特種磁性潤滑脂密封溫升試驗研究

于微波，　楊　莉，　劉芳雪

(長春工業大學 電氣與電子工程學院， 吉林 長春　130012)

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特種磁性潤滑脂密封溫升試驗研究

于微波，楊莉，劉芳雪

(長春工業大學 電氣與電子工程學院， 吉林 長春130012)

摘要：將磁脂密封應用于電機系統，建立了磁脂密封試驗平臺并進行了磁脂密封溫升試驗與數據分析。與傳統型磁流體密封相比，磁脂密封的使用溫度范圍更廣，耐壓能力更高。

關鍵詞：特種磁脂； 密封； 溫升試驗

0引言

噴淋式蒸發冷卻技術普遍應用于大型感應電動機中，作為一種安全可靠、效果顯著的冷卻方式，冷卻介質一般采用氟碳化合物，其原理是電機溫度升高時，沸點只有50多度的氟碳化合物沸騰汽化帶走熱量[1]。然而，這種介質極易揮發而導致泄漏，因此，對密封裝置的要求極高。

1磁脂密封原理及裝置結構

磁脂密封[2]類似于磁流體密封，是由磁性納米顆粒經過特殊處理后，均勻分散到液體當中與其混合而成的一種固液相混的膠狀液體。它既有液體的流動性，也具有磁性。當磁脂注入到高性能的永久磁鐵和導磁性能良好的極靴及主軸所構成的磁回路中時，由于磁極齒尖處磁場力最強，磁流體集中于齒尖處，在密封間隙內形成一系列液體“O”型密封環，將密封間隙充滿而達到密封的效果[3]。

磁脂密封裝置的具體結構如圖1所示。

1.外側墊圈; 2.壓板; 3.腔體; 4.水套; 5.永磁體; 6.內側墊塊; 7.刀口; 8.軸圖1　磁脂密封構件圖

內、外側墊塊主要是為了防止安裝時由于永磁體與軸發生相互吸引，引起碰撞損壞軸；冷卻水套內部空腔通冷卻水，主要作用是降低永磁體溫度，使其低于居里點，防止發生退磁；每圈永磁體與腔體之間都有補脂口，可用于開始時的充脂以及使用過程中的補脂；永磁體與軸之間的空間可用于磁脂的容留[4]。

2磁脂密封試驗裝置

磁脂密封試驗[5-6]裝置主要包括：

1)驅動元件：電機、變頻器；

2)安裝裝置：聯軸器、泵座和安裝腔體；

3)試驗裝置：磁脂密封;

4)氣源：氣瓶、調節閥、壓力表和管路;

5)冷卻水：水源、進水管、出水管和控制閥;

6)測量裝置：泄漏氣體測量裝置、溫度測量裝置。

磁脂密封試驗現場如圖2所示。

圖2　磁脂密封試驗現場

在試驗中，磁鐵采用釹鐵硼材料，該材料磁場強度高，剩磁及矯頑力大；外殼采用OCr18Ni9不銹鋼非導磁材料；磁極和轉軸均采用Q235-A碳鋼導磁材料，導磁能力較好；右端的泄漏收集蓋采用非導磁材料；右端設有滾動軸承，材料為碳鋼，導磁；軸承采用脂潤滑，軸承與導磁體之間用聚四氟乙烯隔開；非導磁體上開有冷卻水腔，用于冷卻磁脂密封產生的熱量；導磁體與非導磁的外殼采用“O”形圈隔離成冷卻水腔，共有兩個冷卻水腔，中間用水管連接[7]。

3試驗數據及分析

3.1　同一實驗條件下對同一磁脂在不同轉速下的溫度影響

1號磁脂300 r/min和1 000 r/min下溫升曲線分別如圖3和圖4所示。

圖3　1號磁脂300 r/min下溫升曲線圖

圖4　1號磁脂1 000 r/min下溫升曲線圖

從圖3和圖4可以看出，對于1號磁脂，在任何轉速下，無冷卻條件的最終穩定溫度遠遠高于有冷卻條件的溫度。在1 000 r/min的轉速下，無冷卻條件的溫度超出了安全溫度的范圍。

在此轉速下，要補給冷卻水。同時,從溫升曲線圖也可看出，壓力對最終穩定的溫度有微弱作用，壓力對1號磁脂的溫升曲線不能構成明顯影響。

3.2　同一實驗條件下不同轉速對同一磁脂的溫度影響

同一試驗條件包括無冷無壓、無冷有壓、有冷無壓、有冷有壓4種狀態，現在重點分析無冷無壓條件下1號磁脂的溫升曲線，如圖5所示。

圖5　1號磁脂的溫升曲線圖

從圖5可以看出，在無冷無壓工作條件下，轉速對1號磁脂的最終穩定溫度有顯著影響。2 000 r/min在6 min左右時超過100 ℃，在此情況下為安全考慮必須停車。1 000 r/min在34 min左右時超過100 ℃，比2 000 r/min到達100 ℃的時間慢了近6倍，而300 r/min和600 r/min沒有超過100 ℃，并在100 min左右達到基本穩定溫度，其穩定溫度分別是50.8 ℃和86.2 ℃。

在試驗中同時也證明，在其它3種工作條件下，1號磁脂最先達到的最終穩定溫度的轉速是2 000 r/min，其后依次是1 000,600,300 r/min。

3.3　同一轉速、同一工作條件下不同配方對溫度的影響

300 r/min，600 r/min，2 000 r/min無冷無壓條件下溫升曲線分別如圖6~圖8所示。

圖6　300 r/min無冷無壓條件下溫升曲線

圖7　600 r/min無冷無壓條件下溫升曲線

圖8　2 000 r/min無冷無壓條件下溫升曲線

圖6、圖7和圖8是在無冷無壓工作條件下的溫升曲線圖，可以通過試驗證明其它工作條件下的曲線圖與其走勢基本相同。從圖6~圖8可以看出，磁脂配方對于600 r/min條件下的溫升狀況有影響，并且影響不可忽略。在2 000 r/min時，3條溫升曲線出現明顯差別，3號磁脂最終穩定溫度最低，1號磁脂最高[8]。

3.4　長時間(20 h)高速運轉后的磁脂性狀

長時間高速運轉后，發現磁脂密封對軸的扭矩加大。特別是釹鐵硼的作用力更大，用手盤車都很費力(由于未安裝扭矩傳感器，具體數值未得出)。拆開磁脂密封后，發現磁脂性狀有所改變：

1)磁粉變得更細，磁粉顆粒經過一段時間研磨后變得很細，開始時的大顆粒和片狀粉體研磨的較細。

2)混合磁粉(或)的脂變得更少、更粘稠、更干燥。甚至有時釹鐵硼的磁脂變得非常干燥，只余下磁粉。為了減少磁力，切除部分磁極后并把釹鐵硼粉更換成氧化鐵粉后，磁脂性狀變化稍小，稍微變干，軸的扭矩也變小[9]。

長時間高速運轉后，軸的溫度升高較多，經過測量最高達100 ℃。腔體由于有冷卻水，溫度升高不大。

4結語

綜上所述，在所有試驗變量中，冷卻水對溫度參數的影響是最大的，有無冷卻水的兩條曲線差別很大，并且帶有一定的規律性，所有有冷卻水的溫度曲線都遠低于沒有冷卻水的溫度曲線，并且在試驗的任何配方下，2 000 r/min時都必須帶冷卻水，否則就超過安全溫度。是否在工作壓力下運轉對磁脂密封設備溫度的影響可忽略，為了密封設備的安全，轉速在600 r/min以上時必須要用冷卻水[10]。

轉速和配方均是影響溫度變化的重要因素。上述的溫度對比圖可以看出一定的規律性，并在理論和試驗中找到最優磁脂配方。

本試驗深刻分析了工作狀態下各種因素對其溫度的影響，驗證了磁脂密封可以滿足工作要求。

參考文獻：

[1]張鵬．超級計算機噴淋式蒸發冷卻技術理論研究及其應用[D]:[博士學位論文].北京:中國科學院大學，2013.

[2]吳飛飛,蔡紀寧,張秋翔,等.磁性潤滑脂密封溫升及功率損耗的實驗研究[J].潤滑與密封,2012,27(3):59-64.

[3]李德才，楊文明．大直徑大間隙磁性液體靜密封的實驗研究[J].兵工學報，2010，31(3):355-359.

[4]庫里柯夫斯基.磁流體力學[M].上海:上海科學技術出版社,1966.

[5]查盛，張秋翔，蔡紀寧，等．高黏度非牛頓磁性潤滑脂密封的試驗研究[J].潤滑與密封，2010，35(4):90-93.

[6]許洋，張秋翔，蔡紀寧，等．高黏度非牛頓磁性流體密封耐壓性能分析[J].潤滑與密封，2009，34(8):42-44.

[7]鄒繼斌，陸永平．磁性流體密封原理與設計[J].北京:國防工業出版社，2000.

[8]陳方譽，樊玉光，王媛．磁流體密封中影響熱損耗因素的分析[J].機械研究與應用，2010(2):18-20.

[9]李麗屏，董添，張賀，等.氧化劑含量對聚苯胺/磁流體納米復合粒子性能影響[J].長春工業大學學報:自然科學版，2008，29(1)：18-21.

[10]李德才．磁性流體理論及應用[M].北京:科學出版社，2003.

Experimental research on the temperature

of special magnetic grease seal

YU Wei-bo,YANG Li,LIU Fang-xue

(School of Electrical & Electronic Engineering, Changchun University of Technology, Changchun 130012， China)

Abstract：Magnetic seal grease is applied to motor system, and a magnetic grease seal test platform for is built for magnetic grease seal temperature rise test and data analysis. Being compared to traditional magnetic fluid seal, the magnetic grease seal is with wider temperature range and higher pressure capability.

Key words：special magnetic grease; seal; temperature rise test.

作者簡介：于微波(1970-)，女，漢族，吉林長春人，長春工業大學副教授，碩士，主要從事智能儀器與智能控制方向研究,E-mail:yuweibo@ccut.edu.cn.

基金項目：吉林省科技廳基金資助項目(20140204018GX)

收稿日期：2014-05-27

中圖分類號：TE 626.4

文獻標志碼：A

文章編號：1674-1374(2015)01-0048-05

DOI:10.15923/j.cnki.cn22-1382/t.2015.1.10