真空用磁流體密封的基本結(jié)構(gòu)及優(yōu)點(diǎn)
真空轉(zhuǎn)軸密封具有代表的典型結(jié)構(gòu)是接觸式的威爾遜密封。為了防止軸在高速旋轉(zhuǎn)、下氣體的泄露，只能增加密封接觸界面上的壓力。但是由此而產(chǎn)生的摩擦發(fā)熱問(wèn)題卻難以解決。因此，研制摩擦損失小，使用壽命長(zhǎng)的新型密封結(jié)構(gòu)已成為真空裝置中應(yīng)當(dāng)解決的重大問(wèn)題之一。為了解決這一問(wèn)題，近年來(lái)應(yīng)用磁流體進(jìn)行真空轉(zhuǎn)軸動(dòng)密封的技術(shù)已經(jīng)在國(guó)內(nèi)外取得了成功。
真空中應(yīng)用磁流體密封的優(yōu)點(diǎn)
1)磁流體密封真空轉(zhuǎn)軸可消除密封件間的接觸所產(chǎn)生的摩擦損失，提高軸的轉(zhuǎn)速(可達(dá)120000r/min)，大大減少泄露。如果采用低蒸汽壓的磁流體可將真空室內(nèi)的真空度維持在1.3×10-7Pa以上。
2)磁流體的密封結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維護(hù)方便，軸與極靴間的間隙較大，因此可不必要求過(guò)高的制造精度。
3)磁流體在密封空隙中由磁鐵所產(chǎn)生的磁場(chǎng)所固定，因此軸的起動(dòng)和停止較方便。 其缺點(diǎn)是磁流體在高溫下難以穩(wěn)定，工作溫度一般在-30～120℃之間。軸的過(guò)高或過(guò)低溫度下工作時(shí)需要采用冷卻或升溫措施，從而使密封結(jié)構(gòu)復(fù)雜化。
圖9-18是磁流體位于兩個(gè)支撐軸承一側(cè)且具有軸承潤(rùn)滑的結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)因轉(zhuǎn)軸徑向跳動(dòng)較大，故密封間隙不能做的太小。
如果把磁流體密封軸按磁性回路結(jié)構(gòu)中磁鐵和極靴相互配置的情況加以區(qū)別的話，可分為圖9-19所示的三種型式：其中圖9-19A是由一個(gè)磁鐵與一對(duì)極靴構(gòu)成的結(jié)構(gòu)型式。圖9-19B有多個(gè)磁鐵，每個(gè)磁鐵與對(duì)應(yīng)的一對(duì)極靴構(gòu)成各自獨(dú)立的回路，在各回路間采用不導(dǎo)磁的隔墊隔開(kāi)。而每個(gè)極靴上只采用一個(gè)密封齒型。圖9-19C是多個(gè)永久磁鐵按同性相斥的方向串聯(lián)所組成的一種型式。
目前常用的齒型如圖9-20所示。試驗(yàn)表明，齒形的結(jié)構(gòu)參數(shù)是B/Lg,B/Lt,Lt/Lg及α=45°、B/Lg=30的條件下，兩種結(jié)構(gòu)的磁導(dǎo)率是不同的。其值如表9-22所示。由于磁導(dǎo)率大會(huì)增加耐壓，所以選擇和設(shè)計(jì)磁導(dǎo)率大的齒形結(jié)構(gòu)時(shí)，找出齒形的最佳參數(shù)的必要的。試驗(yàn)指出，圖9-20a型的最佳參數(shù)是α=45°～60°，B/Lg=30～40，B/Lt=20～10，,Lt/Lg=1.5～4.0.有人對(duì)α=45°，Lg=0.5mm的a型結(jié)構(gòu)進(jìn)行了試驗(yàn)，當(dāng)Lt在1～6mm內(nèi)變化，Lt/Lg=2時(shí)具有較高的耐壓能力。圖9-20C為多級(jí)結(jié)構(gòu)型式的齒形，其各齒之間不能過(guò)于接近，否則磁場(chǎng)會(huì)產(chǎn)生相互干涉而減少單級(jí)耐壓能力。
2)表9-22圖9-20中A型與B型結(jié)構(gòu)的磁導(dǎo)率型式B/Lt
試驗(yàn)表明，一級(jí)密封耐壓最大不過(guò)0.02MPa，而真空密封耐壓至少應(yīng)達(dá)到0.1MPa以上，真空轉(zhuǎn)軸密封應(yīng)反是多級(jí)的。圖9-21是耐壓能力與級(jí)數(shù)的關(guān)系曲線。在一定的磁場(chǎng)強(qiáng)度下，當(dāng)級(jí)數(shù)較小時(shí)，耐壓能里隨級(jí)數(shù)的增加而增加。大約在6～14級(jí)之間耐壓能力達(dá)到最大值。級(jí)數(shù)再增加時(shí)耐壓能力反而減小了。這也反映出由于間隙中磁場(chǎng)強(qiáng)度及其分布是變化對(duì)耐壓能力是有影響的。
對(duì)一個(gè)給定級(jí)數(shù)的裝置而言，耐壓能力除了采用增加磁鐵尺寸的辦法外，還可以通過(guò)減少齒頂部與軸之間的間隙Lg來(lái)實(shí)現(xiàn)。但徑向間隙也不能太小，太小時(shí)會(huì)因軸的徑向跳動(dòng)而引起機(jī)械摩擦。一般情況下，取Lg=0.2～0.5mm為宜。密封軸的徑向跳動(dòng)量一般限制在軸與齒頂間的徑向間隙的25%以?xún)?nèi)。
