磁力密封装置

磁力密封装置（精选三篇）

磁力密封装置篇1

500万t/a常减压装置泵P-108, 输送的介质为温度323℃的重柴油。泵在运行中, 轴承箱油封经常失效, 造成润滑油泄漏, 循环冷却水进入轴承箱, 致使轴承损坏, 间接导致机械密封损坏。因该泵故障频发, 检修强度增大, 影响装置的平稳运行。为解决此问题, 先后对使用骨架密封和磁力密封的两种此类泵进行对比, 发现磁力密封的效果很好。

二、P-108泵运行中存在的问题及原因

P-108泵在过去运行的一年中, 经常发生轴承箱漏油、润滑油乳化现象, 导致轴承损坏、机械密封失效的问题。通过分析发现, 由于该泵的温度较高, 安装油封处的温度高达90℃, 而骨架密封的材料为丁腈橡胶, 其使用温度<80℃, 容易老化龟裂, 磨损主轴, 从而造成轴承箱漏油、润滑油乳化。因此, 改用磁力密封进行试验, 借以提高泵轴承箱的密封效果。

三、磁力密封的原理及结构图

1. 磁力密封原理

磁力密封的永磁体使动环和静环结合在一起, 根据不同的工况, 采用不同规格的永磁体, 形成适当的磁力, 使密封端面间形成压力的合力大于密封面两侧的压力差, 从而形成密封端面间良好的密封性能。

2. 磁力密封的结构

图1为磁力密封的结构图。由图1可知, 磁力密封由三部分组成: (1) 遇热稳定、光滑耐磨的动环密封面, 使摩擦降到最低。 (2) 静环密封面, 主要材料是耐磨、自润滑性良好的碳和石墨, 采用整体石墨使其在加工过程中变形更小, 镶嵌高磁力材料保证运转的稳定性。动环密封面采用浮动式设计, 可长期在磁力的作用下与静环保持紧密贴合而不必进行人工调整。 (3) O形圈, 可根据不同的工况条件选择硅胶、经特殊工艺处理的氟橡胶及其他材料, 可有效地进行传动和阻止轴向泄漏。

四、磁力密封的选用

1. 选用磁力密封

根据P-108泵的运行工况及各项指标, 选用CL55系列整体磁力密封。主要参数见表1。

2. 计算磁力密封的端面比压 (略)

五、磁力密封安装方案

1. 改造原密封的轴承压盖

根据磁力密封的安装要求, 只需要对传统密封的轴承压盖进行简单改造即可应用, 加工尺寸根据动静环的实际尺寸确定, 静环与轴承压盖为过渡配合, 静环的嵌入深度应大于静环宽度的2/3, 如图2所示。图中尺寸D6、H、分别为静环外径和宽度的实际尺寸, D1为原压盖尺寸。

2. 磁力密封的安装

拆除原骨架密封, 清理主轴毛刺、污垢, 清理动静环接合表面, 清洗轴颈并涂抹润滑油, 装上动环。将静环装入轴承端盖中, 端盖与机体间加上密封垫片, 将端盖连同静环沿转轴轻轻前推至轴承箱端面处并固定, 端盖与转轴间必须有足够的间隙。将动环沿轴推到与静环紧密贴合, 推入时保持平直, 且不能绕轴转动避免损伤O形圈。外安装磁力密封与轴承压盖的示意图见图3。

六、对比骨架密封磁力密封的优点

(1) 比骨架密封的使用寿命长, 从安装运行到现在已经10个月以上, 密封效果良好。

(2) 磁力密封占用空间小, 结构紧凑, 安装简单, 只需对原轴承箱端盖略微改动即可, 基本上没有安装误差。

(3) 运行状况稳定可靠, 实现了密封寿命、轴承寿命、润滑寿命、设备运行的良性循环。

七、结束语

从磁力密封在500万t/a常减压装置P-108泵上的使用效果来看, 磁力密封可以适应高温环境下的轴承箱密封, 并具有较广泛的适用范围, 可以考虑在各装置的高温泵上加以推广应用, 以彻底解决高温泵上传统轴封使用寿命短, 设备隐患大的问题。目前, 磁力密封在500万t/a常减压装置P-108泵上使用效果良好。W10.09-30

摘要：针对500万t/a常减压P-108泵, 轴封经常失效, 造成轴承箱漏油、进水、润滑油乳化的问题, 对比分析骨架密封及磁力密封在P-108泵轴承箱上的密封效果。

磁力密封装置的研究与应用篇2

在机械传动产品中需要使用密封组件,用来消除产品输出轴处腔体内外因为流体介质的压力差所引起的泄漏,如图1所示。常用的此类密封组件分为:橡胶皮碗组件、端面密封装置(使用波形弹簧的密封装置)和磁力密封装置等。

橡胶皮碗组件的长期运行综合费用高,且使用寿命短,易磨损轴颈。端面密封装置寿命较短,波形弹簧加工难度大,弹力衰减快且不可修复,使用成本高。而磁力密封装置则结构简单,占用空间小,而且密封效果好,因此部分较为先进的传动产品,选择使用了磁力密封装置,尤其是航空传动产品。

1 结构、特性及工作原理

1.1 结构介绍

磁力密封装置主要由三部分组成,具体结构如图2所示。第一部分为磁性静环,它表面光滑,热稳定性好,耐磨能力强,有较强的磁力;第二部分为动密封环,主要材料为耐磨及润滑性良好的石墨,它环嵌在具有磁性的金属座里;第三部分为O型圈,其作用是对径向配合面进行密封,防止泄露。

1-磁性静环;2-动密封环;3-O型圈;4-安装座

1.2 特性

磁力密封装置有较好的密封效果,较长的使用寿命,消耗很低的摩擦功率,而且基本不会损坏旋转轴外表面。此外,对旋转轴在工作工程中产生的振动、偏摆、偏斜等不敏感,密封效果不会受到明显的影响。

磁性静环是一个具有一定磁力磁性的合金件,常由高剩磁铝镍钴合金制成,对碳动环配合的工作表面有非常高的平面度及粗糙度的要求。动密封环是将耐磨、润滑性能非常好的石墨环,嵌在一个磁性的不锈钢合金座里,对石墨环的工作表面也有非常高的平面度及粗糙度要求。动密封环与旋转输出轴之间依靠胶圈传动,使动密封环保持浮动状态,获得良好的随动性,以便能够与磁性静环保持良好的贴合。

1.3 工作原理

通过磁性静环与动密封环间的磁性吸力保证密封端面的贴合,二者产生摩擦运动,依靠密封端面很高的平面度及粗糙度要求,用来保证密封端面的接触面积,从而实现转、静子间的密封。

动密封环和旋转轴之间的O型橡胶圈能够通过自身的弹性、扭转和角向浮动自动补偿密封端面的磨损,并适应旋转轴的攒动。工作时密封端面间维持一个极薄的油膜可以避免端面间的干摩擦,能够有效的降低密封端面的磨损程度、延长使用寿命。

2 应用与研究

2.1 应用

磁力密封装置在设计理念上继承了机械密封的设计原理并简化了结构、完善了功能,具有较高的可靠性、较长的寿命。在先进的发动机传动机匣、减速器及其它旋转设备上都有较为广泛的应用。

如果要获得良好的密封性能,应该注意以下事项。

磁力密封装置应适用于直径在80mm以下的旋转轴;旋转速度不宜过高,密封端面的速度不能超过30m/s;工作温度一般在-30℃～200℃范围内;旋转轴处腔体内外介质的压力差一般不宜大于0.7Mpa;另外,旋转输出轴不能有强烈的振动、猛烈的冲击和大幅的偏摆。

目前,市场上部分机电产品使用了磁力密封装置,在实际的应用过程中暴露出了存在的问题,具体介绍如下。

2.1.1 密封端面磨损

在实际使用过程中,磁性静环的密封表面常常会沿圆周方向受振动而发生轻微的磨损、清洁度等因素的影响,导致泄漏。

2.1.2 磁性静环磁力衰退

在使用过程中,发现有很多可能导致磁性静环磁力衰减的因素,具体分析如下:

1)磁环与碳动环频繁拆卸的分离,可能会导致磁性能衰减;

2)在外界磁场的影响下,可能导致磁性静环磁力衰退或消失,例如其它的强磁性材料产生的磁场,也包括其它的磁性静环;

3)当磁性静环与易被充磁的铁、钢制零件距离适合时,可能产生相互感应而诱发磁场,进而导致磁性静环磁力衰减。

2.1.3 石墨表面划伤

虽然动密封环上的石墨具有较好的耐磨性,同时也具有较强的脆性,工作过程中石墨环边角处可能出现石墨颗粒剥落的现象。当剥落的颗粒进入磁性静环与动密封环之间密封端面之后,经过长时间工作后会很容易划伤动密封环石墨密封端表面,造成泄漏,降低寿命。

2.2 研究

为了获得更好的使用性能,因此对磁力密封装置进行了研究,并采取了一些改进的措施。很多应用过程中暴露出来的问题,通过努力得到了很好的解决,提高了磁力密封装置的综合性能。

2.2.1 改善磁性静环耐磨性能

目前,国内喷涂技术发展迅速,在各行各业均有较为广泛的应用。在对磁性静环的材料进行了认真研究之后,我们认为可以在其密封表面喷涂涂层。经过对比分析,选择在其密封端面上喷涂一层0.05mm～0.5mm厚的碳化钨涂层。研究及试验表明,磁性静环的耐磨性得到了很大的提高,抗冲击性也得到了改善。

2.2.2 稳定磁性静环磁力

磁力密封装置主要是依靠磁力实现密封面的彼此贴合,因此稳定磁力的工作就显得尤为重要。根据铝镍钴永磁合金本身的特点,我们采用径向饱和充磁的方法,来提高零件的磁力。为了把磁力稳定在一定的范围内,我们对充磁后的零件进行了稳磁处理。虽然这种方法导致磁力数值下降了3%～5%,但是磁力的稳定性却得到了提高,完全可以满足使用的要求。

2.2.3 改进动密封环组件

为了降低动密封环石墨出现局部剥落颗粒的现象,我们对动密封环进行了一些改进。将石墨环与金属座之间的配合过盈量由0.05mm～0.12mm更改为0.03mm～0.07mm,降低了石墨环承受的应力。还对石墨环密封端面周围的尖边给出了圆滑处理要求。采取了这些措施之后,基本克服了石墨环局部剥落的问题,避免了密封端面被划伤的情况。

2.2.4 其他改进措施

研究表明,O型橡胶圈与旋转轴及动密封环之间的压缩率过大,会影响动密封环与旋转轴的随动性,在旋转轴窜动量较大的时候使磁性静环与动密封环分离,发生漏油现象。因此我们减小了O型橡胶圈的压缩率同时提高了拉伸率,在密封性、随动性方面取得了较为满意的效果。

3 结束语

磁力密封装置拥有独特的设计结构,占用极少的安装空间,密封效果极佳,可以有效的防止泄漏,并能减少能源的损失,提高了运转设备功效,即节能降耗又能确保设备的安全运行。随着当代科学技术与工业基础的日益发展,磁力密封装置将以其优良的密封效果和可靠性赢得更多高端机械产品的青睐,其应用范围也将越来越广泛,同时使用者对其的要求也会越来越高。

根据磁力密封工作原理可知,通过改进密封面结构能够避免密封面产生过大的摩擦和磨损,进一步提高寿命。目前,国际上较为先进的方法是采用激光加工多孔密封端面。采用激光技术可在密封端面上加工出各种流槽、直线槽、微孔。激光加工端面的微孔可产生明显的动压效应,转速、微孔密度对摩擦扭矩和端面温升有很大影响,可显著改善密封环的摩擦性能。

未来研究发展具有较大矫顽力的新型磁性材料能够获得更为稳定的磁力,改善磁力衰退的情况,可大大提高磁性静环的磁性能和寿命,磁力密封装置也将会得到更好的发展,必将被机械领域的各种产品所广泛应用。

摘要：本文详细的介绍了磁力密封装置的结构、特性及工作原理,对在实际应用过程中出现的典型问题进行了总结,从提高磁力密封装置寿命、可靠性的角度出发,经过较为深入的分析与研究,制定了可行的改进方法。改进后,磁力密封装置的密封性及稳定性得到提高。

关键词：磁力密封装置,特性,结构,工作原理,应用

参考文献

[1]林基恕.航空燃气涡轮发动机机械系统设计[M].北京,航空工业出版社,2005.

一种磁力带材纠偏装置设计篇3

带材纠偏系统广泛应用于钢带、铝带、铜带等金属带材生产中, 为了保证带材质量和正常生产, 需在适当位置安装纠偏辊[1,2,3,4]对带材连续生产进行跑偏控制。目前市场上的纠偏装置多采用光电液压伺服机构的自动纠偏系统[5,6,7], 该类装置可以实现连续自动控制带材位置, 对中精度相对较高, 但是由于故障率高、维护困难等原因, 跑偏现象时有发生, 导致产品表面质量下降, 严重时还会产生断带等生产事故。随着用户对产品质量和尺寸精度要求的提高, 对纠偏装置也提出了更高地要求, 传统的光电液压纠偏装置无法满足高的纠偏响应速度和纠偏控制精度要求, 急需一种能够满足生产需要的高性能纠偏装置。

电磁控制本身具有响应速度快、控制精度高、长寿命、免维修、无污染等特点, 应用在高速带材纠偏系统上可以很好地解决系统复杂、维护困难、响应慢等一系列问题, 电磁轴承支承的转子能够在间隙范围内由电磁力精确控制产生移动或摆动甚至复合运动, 能够满足带材的纠偏要求, 本文基于此机理设计一种新型的纠偏装置———磁悬浮纠偏[8,9]。

1 带材输送及跑偏分析

以带钢生产为例, 如图1所示, 在连续作业生产线上, 带钢主要与各种辊子接触, 从力的角度来说, 假如带钢受到的横向扰动力不能克服带钢和辊子的横向静摩擦力, 带钢是不会跑偏的, 假如带钢受到的横向扰动力能够克服带钢和辊子的横向静摩擦力, 带钢将偏离原来的运动中心线, 发生跑偏, 直到横向扰动力又小于横向静摩擦力, 带钢停止跑偏, 在新的中心线上继续运动。夹送辊、带钢、张力中只要有一个因素产生偏差, 带钢就会产生跑偏。

2 磁力纠偏装置设计

2.1 结构设计

本文设计的纠偏辊两端采用磁悬浮轴承支承, 根据CCD位置传感器检测的偏差信号来控制电磁力来驱动纠偏辊的姿态, 利用可控电磁力实现对被支承物体的驱动, 实现纠偏功能。所设计电磁轴承纠偏辊采用外转子结构, 即电磁轴承定子固定在芯轴上, 整个外套筒作为转动部件, 这样的结构可充分利用空间, 简化结构, 同时有利于获得更大的纠偏角度。该装置可以实现以下功能: (1) 电磁悬浮, 使纠偏辊能够在悬浮状态稳定绕旋转轴旋转, 承担传输带钢功能; (2) 中心柱固定在支架上, 在支承旋转辊同时, 承受带钢张力产生的径向力和滚筒重力, 同时约束轴向运动; (3) 在定转子间隙范围内, 利用电磁控制力驱动滚筒在需要的方向产生纠偏动作, 实现纠偏功能。 (4) 由于电磁悬浮纠偏辊能够在径向4个自由度都具有主动可控性, 且由于结构简单, 滚筒运动惯量相对减少, 受控响应时间缩短, 可以在实现上述基本纠偏动作的基础上, 进一步开发研究新型纠偏动作。

图2 (a) 是磁悬浮纠偏系统的核心。最外层和最内层的所示 (1) 部分都是磁悬浮轴承定子电磁铁, 中间的夹层的 (2) 部分是纠偏辊的套筒。如图2 (b) 所示, 为外定子电磁铁的基本结构, 图2 (c) 为内定子电磁铁的基本结构图。图2 (d) 为纠偏辊的套筒结构图, 套筒上的 (3) 部分是内外侧的永磁体, 使套筒和内外侧的定子均产生合适的悬浮力。

2.2 结构分析

该系统包含了两次电磁场的模拟, 两次永磁体静态磁场的模拟, 四个位置的磁场的耦合分析。由于内圈定子电磁铁和外圈定子电磁铁的电磁场相互独立性, 在实际过程中, 这两处磁场也是各自独立控制的, 以下利用ANSYS软件对外圈定子和内圈定子进行了磁场模拟分析。

模拟过程中关键参数设定如下:

(1) 气隙σ=20mm, 静态工作点B0=0.7t, 永磁体B=1T。

(2) 外圈定子参数:磁极处面积A=800mm×200mm=0.16m2, 线圈匝数N=2000, 匝线圈励磁电流I=2A, 磁极极数n=8个, 单极电磁力F0=402N, 外定子总承载力F1=3217N。

(3) 内圈定子参数:磁极处面积A=300mm×200mm=0.06m2, 线圈匝数:N=1000, 匝线圈励磁电流I=2A, 磁极极数n=8个, 单极电磁力F3=37.7N, 内定子总承载力F4=301.6N。

图3中, (1) 区域表示的是拉应力, (2) 区域表示的是压应力。这个定子是各项约束的, 在机构中, 该装置是固装在支架上的。

通过对外定子的模拟分析, 可以得出, 外定子电磁铁的结构强度和变形范围都符合要求。然后对定子电磁铁进行模拟分析。

内定子的应力集中分布在一侧固定的截面上, 在机构中, 这一部分是通过螺纹旋合在支架上的, 在旋合接触面上, 应力分布较为集中, 因此, 为了提高支架强度, 需要增大旋合轴的半径, 以提高其强度。仿真结果表明该辊筒的悬浮力达到3400N以上, 满足模拟条件下的要求。

3 结论

本文设计了一种新型的磁力纠偏装置, 该结构在充分发挥电磁驱动优势, 提高纠偏效率的同时, 可以有效节省系统体积和重量以及现场空间的占用, 无须润滑, 无需供油系统;由于结构无机械磨损, 可以大量节省维护检修时间。对设备的日常维护成本。对纠偏辊结构的优化以及控制系统的设计将是下一步的研究方向。

参考文献