磁場和磁性流體的飽和磁化強(qiáng)度對磁性流體的密封有著直接的影響。磁性流體密封間隙的變化、轉(zhuǎn)軸偏心、磁性流體的量、轉(zhuǎn)軸直徑、離心力等對磁性流體密封間隙處的磁場產(chǎn)生影響，同時(shí)也對磁性流體的密封壓差也產(chǎn)生影響。本文定量的分析了密封間隙、轉(zhuǎn)軸偏心、轉(zhuǎn)軸直徑、離心力對磁性流體密封能力的影響。

　　影響磁性流體旋轉(zhuǎn)軸密封能力的因素很多，其中磁性流體的材料特性，磁場的強(qiáng)度對軸密封有著直接的影響，對于材料相同和結(jié)構(gòu)相似的密封裝置而言，轉(zhuǎn)軸的偏心、密封間隙的變化以及在轉(zhuǎn)軸的直徑、離心力的作用都會對密封能力產(chǎn)生影響。分析這些因素的影響對磁性流體密封的設(shè)計(jì)和使用是十分重要的。本文采用數(shù)值計(jì)算方法分析了設(shè)計(jì)與制造因素對密封能力的影響。

1、密封的理論基礎(chǔ)

　　一般而言，外加磁場較強(qiáng)，磁性流體處于飽和狀態(tài)，其磁化強(qiáng)度近似等于其飽和磁化強(qiáng)度M_s，不考慮旋轉(zhuǎn)時(shí)離心力的作用，磁性流體單級密封內(nèi)任一點(diǎn)處的壓強(qiáng)為:

　　式中h ——沿重力方向自參考點(diǎn)至磁性流體微團(tuán)的距離，C ——積分常數(shù)，由邊界條件確定。

　　當(dāng)磁性流體較多時(shí)，可以認(rèn)為在極限狀態(tài)下，此時(shí)流體低壓側(cè)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為0，忽略重力作用，單級軸密封的極限密封壓強(qiáng)差近似為：

　　當(dāng)轉(zhuǎn)軸以角速度w₀旋轉(zhuǎn)時(shí)，此時(shí)磁性流體還會受到離心力的作用。假設(shè)轉(zhuǎn)軸半徑為R₁，磁極內(nèi)徑為R₂，則旋轉(zhuǎn)密封磁性流體內(nèi)的壓強(qiáng)為：

　　式中：

2、外加磁場強(qiáng)度及磁性流體磁化強(qiáng)度對密封壓差的影響

　　從式（2）可以看出，磁性流體的密封壓差與外加磁場強(qiáng)度成正比，與磁性流體的飽和磁化強(qiáng)度成正比。因此，為提高磁性流體的密封能力，應(yīng)提高磁場強(qiáng)度，采用磁性強(qiáng)的磁性流體。

3、密封間隙對密封壓差的影響

　　密封壓差取決于磁場的強(qiáng)弱。當(dāng)密封間隙發(fā)生變化時(shí)，由于永磁體的體積不變，磁勢不變，隨著密封間隙的增大，密封間隙處的磁感應(yīng)強(qiáng)度會變小。圖1所示為密封間隙內(nèi)磁感應(yīng)強(qiáng)度沿軸向的分布。隨著密封間隙的不斷增加，密封間隙內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度最大值逐步減小。

　　在磁性流體量不變的前提下，因?yàn)槊芊鈮翰钫�比于磁感�?yīng)強(qiáng)度，所以隨著密封間隙的增加，密封壓差減小。圖2所示為磁性流體密封壓強(qiáng)差與密封間隙的關(guān)系。在加工精度允許的前提下，密封間隙應(yīng)取得小些。

　　除設(shè)計(jì)與制造因素決定密封間隙外，轉(zhuǎn)軸偏心的影響也與間隙的影響相似。當(dāng)轉(zhuǎn)軸產(chǎn)生偏心作用時(shí)，密封間隙沿圓周方向分布不均勻。在磁性流體量不變的情況下，對于整個(gè)密封裝置而言，氣隙大的位置對應(yīng)的壓強(qiáng)差就是整個(gè)裝置的壓強(qiáng)差。偏心距越大，密封壓強(qiáng)差越小。圖3所示為磁性流體密封壓差與轉(zhuǎn)軸偏心的關(guān)系。其中，轉(zhuǎn)軸直徑為10mm，密封間隙為0.5mm。