磁流體的粘度可隨外磁場(chǎng)強(qiáng)度的變化而變化，因此可用作非接觸式機(jī)械密封端面的潤(rùn)滑介質(zhì)，并且磁流體膜的動(dòng)壓性能可控制通過改變外部磁場(chǎng)的強(qiáng)度。為了提高磁流體動(dòng)壓機(jī)械密封的密封性能，設(shè)計(jì)了磁場(chǎng)發(fā)生器。磁場(chǎng)發(fā)生器可以通過改變電流來調(diào)節(jié)磁性流體膜的粘度，從而產(chǎn)生不同的動(dòng)壓，實(shí)現(xiàn)流體膜的動(dòng)壓效果?？刂?。采用數(shù)值分析的方法對(duì)動(dòng)環(huán)、靜環(huán)、磁液膜和磁場(chǎng)發(fā)生器組成的導(dǎo)磁結(jié)構(gòu)進(jìn)行磁場(chǎng)分析，獲得磁力線、磁場(chǎng)強(qiáng)度的分布規(guī)律和導(dǎo)磁結(jié)構(gòu)中的磁感應(yīng)強(qiáng)度。研究發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)磁結(jié)構(gòu)中的磁力線幾乎全部穿過密封環(huán)端面，此處磁場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到最高水平；磁力線在垂直于密封端面的方向上具有一定的磁場(chǎng)梯度，磁液膜中的磁場(chǎng)強(qiáng)度與磁場(chǎng)一致。與發(fā)電機(jī)的電流強(qiáng)度成正比。

磁流體密封是近年來發(fā)展迅速的一項(xiàng)新技術(shù)。具有摩擦功耗低、密封嚴(yán)密、零泄漏、壽命長(zhǎng)、可靠性高、無污染、可高速運(yùn)轉(zhuǎn)等諸多優(yōu)點(diǎn)。機(jī)械密封是目前最常用的動(dòng)態(tài)密封。其中，非接觸式機(jī)械密封是利用潤(rùn)滑膜的動(dòng)壓作用，使密封環(huán)端面保持非接觸，從而實(shí)現(xiàn)介質(zhì)的密封，同時(shí)降低摩擦功耗。許多研究人員對(duì)磁流體密封結(jié)構(gòu)進(jìn)行了有限元分析，獲得了不同磁流體密封結(jié)構(gòu)中的磁場(chǎng)分布規(guī)律，并對(duì)磁流體密封結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。然而，傳統(tǒng)的磁流體密封中，磁場(chǎng)由永磁體提供，永磁體的電流密度J是固定值。為了增強(qiáng)密封性能，需要增加密封級(jí)數(shù)或增加極片尺寸和齒數(shù)。但在多級(jí)密封中，級(jí)數(shù)的增加帶來了軸向尺寸過大、對(duì)密封結(jié)構(gòu)精度要求高等缺點(diǎn)。

基于電流強(qiáng)度I決定磁場(chǎng)強(qiáng)度H的原理，結(jié)合非接觸式機(jī)械密封和磁流體密封的特點(diǎn)，本文作者提出了磁流體膜粘度的控制方案和設(shè)計(jì)了一種用于流體動(dòng)力機(jī)械密封的磁場(chǎng)發(fā)生器，實(shí)現(xiàn)了通過增大電流強(qiáng)度I，增大密封間隙的磁場(chǎng)強(qiáng)度H，在整個(gè)導(dǎo)磁結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生強(qiáng)磁場(chǎng)，從而使密封間隙的磁場(chǎng)強(qiáng)度H增大，從而使整個(gè)導(dǎo)磁結(jié)構(gòu)產(chǎn)生強(qiáng)磁場(chǎng)。導(dǎo)磁結(jié)構(gòu)飽和磁化，導(dǎo)磁性能達(dá)到最強(qiáng)，從而尺寸保持不變。漏磁大大減少，密封性能增強(qiáng)?？紤]到精確測(cè)量狹窄密封間隙內(nèi)的磁場(chǎng)強(qiáng)度非常困難，利用ANSYS軟件建立了密封圈和磁場(chǎng)發(fā)生器的整體模型。對(duì)整個(gè)密封結(jié)構(gòu)和密封間隙的磁場(chǎng)分布模式進(jìn)行了分析，得到了電流強(qiáng)度I和密封間隙。通過比較外磁場(chǎng)與粘度的關(guān)系，可以確定磁流體薄膜的粘度，為分析磁流體薄膜的動(dòng)壓效應(yīng)和設(shè)計(jì)非接觸式磁流體密封結(jié)構(gòu)奠定了基礎(chǔ)。

1、磁流體動(dòng)壓密封原理及磁場(chǎng)發(fā)生器設(shè)計(jì)

1.1.磁流體動(dòng)力密封原理

磁流體作為動(dòng)壓機(jī)械密封的潤(rùn)滑介質(zhì)，對(duì)密封圈和動(dòng)壓槽的結(jié)構(gòu)沒有特殊要求，但密封圈必須采用導(dǎo)磁性能好的材料，以便磁力線能夠通過。穿過密封圈到達(dá)密封端面。研究發(fā)現(xiàn)，粘度對(duì)潤(rùn)滑膜的動(dòng)壓效果有顯著影響。對(duì)于螺旋槽機(jī)械密封來說，液膜的承載能力與粘度成正比。

在靜態(tài)狀態(tài)下，磁性流體內(nèi)部的納米磁性顆粒會(huì)沿著磁場(chǎng)方向形成顆粒鏈。顆粒鏈可以抵抗剪切力，相當(dāng)于增加了流體的粘度。當(dāng)外部磁場(chǎng)強(qiáng)度較強(qiáng)時(shí)，外部磁場(chǎng)的強(qiáng)度遠(yuǎn)大于顆粒間磁偶極子電勢(shì)的強(qiáng)度，且外部磁場(chǎng)電勢(shì)占主導(dǎo)地位。大部分顆粒沿外磁場(chǎng)方向形成鏈狀結(jié)構(gòu)，外磁場(chǎng)增大。強(qiáng)度可以增加垂直于磁場(chǎng)方向的磁性流體的粘度。為了獲得控制磁流體粘度的效果，將外磁場(chǎng)的方向設(shè)置為垂直于密封圈端面，即垂直于磁流體膜的剪切方向，如圖圖1.調(diào)節(jié)外部磁場(chǎng)的強(qiáng)度可以改變磁液膜的粘度。

2. 結(jié)論

(1)針對(duì)非接觸式磁流體機(jī)械密封的外磁場(chǎng)產(chǎn)生要求，設(shè)計(jì)了磁場(chǎng)發(fā)生器，并對(duì)由密封環(huán)、極片、磁環(huán)和磁體組成的磁性結(jié)構(gòu)進(jìn)行了有限元分析。流體膜。結(jié)果表明，導(dǎo)磁結(jié)構(gòu)中的磁力線形成完整的“O”形回路，漏磁極少，表明結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和材料選擇合理。

(2)分析整個(gè)系統(tǒng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度H和磁通密度B的分布規(guī)律，發(fā)現(xiàn)密封間隙處的磁場(chǎng)強(qiáng)度H明顯高于其他位置。磁力線垂直于密封環(huán)的端面，并按一定的梯度分布，因此可以形成一定的梯度。密封壓差的同時(shí)滿足磁流體粘度控制要求。

(3)通過調(diào)節(jié)磁場(chǎng)發(fā)生器的電流，可以調(diào)節(jié)磁性流體膜的粘度，從而產(chǎn)生不同的動(dòng)壓，控制流體膜的動(dòng)壓效果。