真空用磁流体密封的基本结构及优点

　　真空转轴密封具有代表的典型结构是接触式的威尔逊密封。为了防止轴在高速旋转、下气体的泄露，只能增加密封接触界面上的压力。但是由此而产生的摩擦发热问题却难以解决。因此，研制摩擦损失小，使用寿命长的新型密封结构已成为真空装置中应当解决的重大问题之一。为了解决这一问题，近年来应用磁流体进行真空转轴动密封的技术已经在国内外取得了成功。

真空中应用磁流体密封的优点

　　1)磁流体密封真空转轴可消除密封件间的接触所产生的摩擦损失，提高轴的转速(可达120000r/min)，大大减少泄露。如果采用低蒸汽压的磁流体可将真空室内的真空度维持在1.3×10-7Pa以上。

　　2)磁流体的密封结构简单，维护方便，轴与极靴间的间隙较大，因此可不必要求过高的制造精度。

　　3)磁流体在密封空隙中由磁铁所产生的磁场所固定，因此轴的起动和停止较方便。 其缺点是磁流体在高温下难以稳定，工作温度一般在-30～120℃之间。轴的过高或过低温度下工作时需要采用冷却或升温措施，从而使密封结构复杂化。

　　图9-18是磁流体位于两个支撑轴承一侧且具有轴承润滑的结构。这种结构因转轴径向跳动较大，故密封间隙不能做的太小。

　　如果把磁流体密封轴按磁性回路结构中磁铁和极靴相互配置的情况加以区别的话，可分为图9-19所示的三种型式：其中图9-19A是由一个磁铁与一对极靴构成的结构型式。图9-19B有多个磁铁，每个磁铁与对应的一对极靴构成各自独立的回路，在各回路间采用不导磁的隔垫隔开。而每个极靴上只采用一个密封齿型。图9-19C是多个永久磁铁按同性相斥的方向串联所组成的一种型式。

　　目前常用的齿型如图9-20所示。试验表明，齿形的结构参数是B/Lg,B/Lt,Lt/Lg及α=45°、B/Lg=30的条件下，两种结构的磁导率是不同的。其值如表9-22所示。由于磁导率大会增加耐压，所以选择和设计磁导率大的齿形结构时，找出齿形的最佳参数的必要的。试验指出，图9-20a型的最佳参数是α=45°～60°，B/Lg=30～40，B/Lt=20～10，,Lt/Lg=1.5～4.0.有人对α=45°，Lg=0.5mm的a型结构进行了试验，当Lt在1～6mm内变化，Lt/Lg=2时具有较高的耐压能力。图9-20C为多级结构型式的齿形，其各齿之间不能过于接近，否则磁场会产生相互干涉而减少单级耐压能力。

　　2)表9-22图9-20中A型与B型结构的磁导率型式B/Lt

　　试验表明，一级密封耐压最大不过0.02MPa，而真空密封耐压至少应达到0.1MPa以上，真空转轴密封应反是多级的。图9-21是耐压能力与级数的关系曲线。在一定的磁场强度下，当级数较小时，耐压能里随级数的增加而增加。大约在6～14级之间耐压能力达到最大值。级数再增加时耐压能力反而减小了。这也反映出由于间隙中磁场强度及其分布是变化对耐压能力是有影响的。

　　对一个给定级数的装置而言，耐压能力除了采用增加磁铁尺寸的办法外，还可以通过减少齿顶部与轴之间的间隙Lg来实现。但径向间隙也不能太小，太小时会因轴的径向跳动而引起机械摩擦。一般情况下，取Lg=0.2～0.5mm为宜。密封轴的径向跳动量一般限制在轴与齿顶间的径向间隙的25%以内。