磁流體黏度可隨外部磁場強度發(fā)生變化，故可將其作為非接觸式機械密封端面的潤滑介質，通過改變外部磁場強度來實現(xiàn)磁流體膜動壓性能的控制。為提高磁流體動壓機械密封的密封性能，設計一種磁場發(fā)生器，該磁場發(fā)生器可通過改變電流來調節(jié)磁流體膜的黏度，從而產生不同的動壓，實現(xiàn)對流體膜動壓效應的控制。采用數(shù)值分析的方法，對由動環(huán)、靜環(huán)、磁流體膜及磁場發(fā)生器組成的導磁結構的磁場進行分析，獲得導磁結構中磁力線、磁場強度、磁感應強度分布規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn)，導磁結構中的磁力線幾乎全部穿過密封環(huán)端面，該處的磁場強度達到最高水平; 磁力線在垂直于密封端面方向上有一定的磁場梯度，且磁流體膜中的磁場強度與磁場發(fā)生器的電流強度成正比。

　　磁流體密封是近年來迅速發(fā)展起來的一項新技術，具有摩擦功耗小、密封嚴密零泄漏、長壽命、高可靠性、無污染、可以在高速下運行等諸多優(yōu)點。機械密封是目前應用最普遍的動密封，其中非接觸式機械密封利用潤滑膜的動壓效應使密封環(huán)端面保持非接觸，在減小摩擦功耗的同時實現(xiàn)對介質的密封。許多研究人員對磁流體密封結構進行了有限元分析，得到了不同磁流體密封結構中的磁場分布規(guī)律，并對磁流體密封結構進行了優(yōu)化設計。然而，在傳統(tǒng)的磁流體密封當中，磁場是由永磁體提供的，永磁體的電流密度J 為固定值，欲增強密封性能需要通過增加密封級數(shù)或者增加極靴的尺寸和級齒數(shù)目來實現(xiàn)，但是在多級密封中隨著級數(shù)的增加帶來了軸向尺寸過長，密封結構精度要求高等缺點。

　　基于電流強度I決定磁場強度H 的原理，結合非接觸式機械密封和磁流體密封的特點，本文作者提出了磁流體膜黏度的控制方案，并設計了用于流體動壓機械密封的磁場發(fā)生器，實現(xiàn)了通過增加電流強度I來增加密封間隙的磁場強度H，并在整個導磁結構中產生很強的磁場，使導磁結構飽和磁化，導磁性能達到最強，從而在尺寸不變的情況下大大減少了漏磁，增強了密封性能�？紤]到狹窄密封間隙中磁場強度的精確測量十分困難，利用ANSYS 軟件建立了密封環(huán)和磁場發(fā)生器的整體模型，分析了整個密封結構以及密封間隙的磁場分布規(guī)律，獲得了電流強度I 與密封間隙處的磁場強度H 的關系，通過對照外磁場和黏度的關系可確定磁流體膜的黏度，為分析磁流體膜的動壓效應以及非接觸式磁流體密封結構的設計奠定了基礎。

1、磁流體動壓密封原理及磁場發(fā)生器的設計

　　1.1、磁流體動壓密封原理

　　磁流體作為動壓型機械密封的潤滑介質，對密封環(huán)和動壓槽的結構并無特殊要求，但密封環(huán)必須采用導磁性能良好的材料制成，以便磁力線穿過密封環(huán)到達密封端面。研究發(fā)現(xiàn)，黏度對潤滑膜的動壓效應影響顯著，對于螺旋槽機械密封，液膜的承載力與黏度成正比關系。

　　靜止狀態(tài)下，磁流體內部的納米磁性顆粒將沿磁場方向形成顆粒鏈，顆粒鏈可抵抗剪切作用力，相當于增大了流體黏度。當外加磁場強度較強時，此時外加磁場強度比粒子間磁偶極子作用勢強度大很多，外加磁場作用勢占主導地位，絕大多數(shù)粒子沿外加磁場方向形成鏈狀結構，增加外加磁場強度可以增大垂直于磁場方向磁流體的黏度。為獲得對磁流體黏度控制的效果，設定外磁場方向垂直于密封環(huán)端面，即垂直于磁流體膜的剪切方向，如圖1 所示。調節(jié)外磁場強度，即可改變磁流體膜的黏度。

圖1 外磁場的方向

2、結論

　　(1) 針對非接觸式磁流體機械密封的外磁場發(fā)生要求，設計了磁場發(fā)生器并對密封環(huán)、極靴、導磁環(huán)、磁流體膜組成的導磁結構進行了有限元分析，結果表明，導磁結構中磁力線形成了完整的“O”形回路，并且漏磁極少，說明結構設計和材料的選擇是合理的。

　　(2) 分析了整個系統(tǒng)的磁場強度H 和磁通量密度B 的分布規(guī)律，發(fā)現(xiàn)密封間隙處磁場強度H 顯著高于其他位置，磁力線垂直于密封環(huán)端面且成一定的梯度分布，因此可以形成一定的密封壓差，同時滿足對磁流體黏度控制的要求。

　　(3) 通過調節(jié)磁場發(fā)生器的電流可以調節(jié)磁流體膜的黏度，從而產生不同的動壓，實現(xiàn)對流體膜動壓效應的控制。