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磁力耦合机械密封
磁力机械密封是一种利用磁性材料的磁场作用实现密封的装置。其工作原理是通过磁环产生的磁场,使被磁化的磁性物质在两个接触表面之间形成一个稳定的磁隙,从而达到密封的效果。
与传统的机械密封相比,磁力机械密封具有更少的结构元件,因此结构更为紧凑,安装也更为方便。同时,由于磁力机械密封使用磁力代替弹性元件的弹性力,因此能够克服由制造、安装误差以及工作过程中轴向位移带来的影响,使接触负荷变化小,密封界面接触负荷分布均匀。这使得磁力机械密封装置具有更高的工作能力(如温度和压差范围),工作更可靠,磨损更低,寿命更长。
磁力驱动机构:电机轴连接到一组外部磁铁。这些磁铁产生旋转磁场。
传输:该磁场在连接到泵轴的内部磁铁组中感应出相应的磁场。
扭矩传递:外部和内部磁铁之间的相互作用将旋转扭矩从电机传递到泵叶轮,使叶轮旋转并移动流体通过泵。
安全壳:安全壳通常由非磁性材料制成,将泵油与环境和磁耦合系统分开。该外壳可防止泵送的流体泄漏。
在磁流体密封中,在永磁铁和转轴之间充满磁性流体,由于永磁铁的磁性能效应和磁流体形成了磁场,使得磁流体在磁场作用的环境下,变成磁性环路形成O性密封圈到达密封的效果。并且此密封效果结构紧凑、摩擦率低、泄露量少,因而被广泛应用于工业之中。由于磁性技术的发展,磁力油封开始有了应用。它因工作于低压磁力密封的流体介质中,通过磁力来代替端面压紧力,使得端面紧密贴合而达到密封效果;而且工作时间长,密封效果稳定,所以运用范围得到很大的发展。
随后,因磁性材料的发展,磁材料在磁传动密封技术中的运用,使得密封在磁场的环境作用下,通过磁场力的作用传递旋转动力,使密封端面保持无接触状态。但由于动力部件和从动部分用隔离套将介质与外环境隔离,从而实现了密封效果。但因其传递力矩小、转速低等缺点而使得发展应用收到限制。随着密封复杂工作环境的变化,随后便发明了迷宫式磁力旋转机械密封,它可以运用在高温、高压、高转速的环境,同样到达密封的效果,阻止介质的泄露。随后便有了新型的非接触式磁力机械密封,它以动态可控性来控制旋转轴与设备之间的泄漏量,到达稳定的密封性能等优点获得青睐。
因此,磁力机械密封在化工、石油化工、制药等过程工业的机械设备中得到了广泛的应用,特别适用于高温、高压、强腐蚀介质等苛刻工况。
磁力耦合机械密封基本机构和工作原理
在磁力油封端面结构中,密封由动环装置、静环装置、弹性原件、推环、轴套组成。主要原理为带磁性的动、静环两端面之间,形成两相同引力对密封端面进行密封。当过激振动造成动环的偏移移动,则弹簧推动推环把静环推回,保持动环与静环的紧密贴合,保证了机械密封端面内流体介质不泄漏,从而到达密封的效果。
图1磁力机械密封结构示意图
1)—静密封环:2)—线圈:3)—传感器:4)—动密封环:5)—永磁结构体:6)—卡环:7)—固定销:8)—密封圈:9)—轴套:10)—电磁铁:11)—旋转轴
图2 磁力机械密封控制系统
新型磁力机械密封控制系统装置在工作状态下,轴套9带动动环4进行旋转运动。此时,线圈2通电产生电磁通,进而形成一个电场。这个电场作用于电磁铁10,使其产生磁场。这一磁场对永磁结构体5产生大小相等但方向相反的排斥力。同时,两静止环1也对动环4施加大小相等但方向相反的电磁力。
当密封件受到外部干扰时,动环4可能会发生横向偏移。例如,如果动环4朝静环1的右侧靠近,那么它与静环1左侧之间的间隙h1会变大,而与静环1右侧之间的间隙h2会变小。此时,传感器3能够感知到动环4的位置变化,并将这一位移信息转换为反馈电压Ux。这一反馈电压与平衡位置的参考电压Ur进行比较,计算出偏差控制电压Ue。
随后,控制调节器将控制电压转换成控制电流,并通过功率放大器将电流施加到线圈上。这样,静止环左侧线圈的电流减小,而右侧线圈的电流增大。这导致静止环左侧的电磁场减弱,而右侧的电磁场增强。因此,静止环左侧对动环4的电磁力减小,而右侧对动环4的电磁力增大。
由于静止环左侧对动环4的电磁力小于右侧,动环4在两侧电磁力的合力作用下会向轴向偏移。最终,动环4会恢复到两静止环中间的位置,即零点位置。反之,如果动环4朝静环1的左侧靠近,也会发生类似的调节过程,使其回到中心位置。这种自动调节机制确保了磁力机械密封的稳定性和密封效果。
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