磁流体密封是一种可靠性高、功耗低、零泄漏的高性能旋转密封。针对现有磁流体密封不适用于多种液态介质和较高温度条件的问题,提出了适用于多种密封介质,发热量较小,能够适应较高线速度条件的金属磁流体密封。论文从磁流体制备、密封能力、传热性能三个方面对金属磁流体密封展开了深入研究。改变磁性流体的载液和磁性颗粒,制备出液态金属磁性流体,测试了稳定性、蒸发特性、介质相容性、磁化特性,以及金属磁流体粘度随温度的变化规律。改进现有磁流体密封结构,改善安装性能,提出了端面金属磁流体密封新结构。采用ANSYS软件分析金属磁流体密封的磁场强度和磁感应强度分布,得到密封能力。研究了齿高、齿宽、密封间隙、动环厚度以及冷却水槽尺寸等结构参数和转速对密封能力的影响。研究表明密封能力随齿高、齿宽和动环厚度的增大先增后减,而随密封间隙的增加而加速减小。通过正交试验设计法得到齿高、齿宽、密封间隙和动环厚度的多参数综合优化结果,为密封设计建立了基础。采用FLUENT软件,建立金属磁流体密封的传热分析模型,得到密封的温度场分布和磁流体发热规律。分析了金属磁流体密封的转速、齿高、齿宽和密封间隙对传热性能的影响,得到金属磁流体和永磁体的温度及功耗的变化规律。功耗和温度随转速和齿宽的增大而增加,随密封间隙增大而减小,随齿高变化并不明显。研制了金属磁流体密封装置,建立密封试验系统。通过密封能力和传热性能试验,验证了密封装置在实际工况中的可行性。同时,以磁脂作为金属磁流体的对照,得到其在密封能力和传热性能随转速和密封间隙的变化规律,与模拟结果一致,验证了数值分析的正确性。本文通过对金属磁流体密封的性能分析和试验研究,验证了金属磁流体密封的可行性。为磁流体载液方面的研究提供了的研究基础和思路,为磁流体密封结构改进积累了经验,为提升磁流体密封的性能、拓宽其工程应用范围做出了一定贡献。
