[发明专利]一种磁流体及其动密封方法和应用

说明书

本发明公开了一种磁流体，所述磁流体中磁粉结构为多级尺度的Fe@Fe₃O₄核壳结构强磁纳米颗粒。本发明还公开了一种磁流体的动密封方法及其在旋转式动密封设备和/或抽拉式动密封设备中的应用。本发明磁流体具有梯度分布的核壳磁流体结构，同时具有强的磁表面张力和强化的爬杆效应现象。本发明通过多级反应使Fe₃O₄磁性颗粒形成Fe@Fe₃O₄核壳结构强磁纳米颗粒，再分散在磁流体液中，在外磁场作用下形成强磁力粗颗粒为骨架，细颗粒填充骨架缝隙的多级梯度结构。解决了磁流体在动密封领域所存在的抽拉式密封不严的问题。

技术领域

本发明涉及一种磁流体及其动密封方法和应用，尤其涉及一种基于磁流体动密封作用的高效密封技术及其应用，属于磁流体动密封技术领域。

背景技术

磁流体是一种在工程技术甚至生物医学领域具有广泛用途的高科技材料。20世纪60年代中期，美国首先成功用于解决宇航服可动部分的真空密封以及在失重状态下宇宙飞船液体燃料的固定问题。此后磁流体技术逐渐被人们所认识，其研究应用一直是世界各国十分关注的前沿课题，我国科研工作者经过数年的潜心研究，于1997年生产出首批产品。目前国际上仅美、中、俄、日等少数国家能够生产。磁流体密封是利用在外加磁场作用下磁流体具有承受压力差的能力而实现的密封。磁流体的磁性回路由永久磁铁、极靴和转轴组成。放置在导磁性良好的转轴与极靴顶部之间的制作精良的磁流体在高性能的永久磁铁产生的磁场作用下高度集中，形成一个液体O型密封圈，当磁流体受到压力差作用时，磁流体在非均匀磁场中略微移动，产生了对抗压力差的磁力，从而达到新的平衡，进而将转轴与极靴间的缝隙堵死而达到密封的目的。

磁流体应用于密封液体目前虽然尚未达到实用化的阶段，但是由于这种密封所具有的零泄漏特性，在防止固体和液体的阻隔密封中，有极大的应用价值。这类密封存在被密封的液体介质易与磁流体接触而引起乳化、变质从而导致密封失效的缺点。在磁流体材料品种少、稳定性差的初期，研究较早较多的是采用辅助手段将密封液体与磁流体分隔开来，阻止二者直接接触以避免对磁流体的侵害，从而将问题转化为各种各样的组合密封结构，例如磁流体密封与螺旋密封组合，利用螺旋密封有效地将被密封液体与磁流体隔开，保证磁流体密封正常工作，防止向内泄漏和停车泄漏，另外还有磁流体密封与离心密封、端面密封等多种组合形式，一般都是为了充分利用磁流体密封的零泄漏、低摩擦、低功耗等特性，但密封结构偏于复杂。另一条有效的技术途径是选用能与被密封液体接触但不受侵害的磁流体，这依赖于开发出专门针对某种特定被密封液体的高稳定性的磁流体。最早应用的报道是使用油基磁流体密封深水泵内部电机的旋转轴，取得了令人满意的效果；将磁流体密封用于舰船螺旋推进器的主轴密封，代替传统的盘根密封，可使主轴功率损耗降低10～40％，明显提高了船的航行速度。

目前，磁流体在液体的密封过程中旋转动密封已经能够较好的实现，但面对抽拉式动密封仍旧存在磁流体动密封不严，尤其是循环抽拉过程所引起磁流体液的密封失效，该问题始终制约磁流体在液体的动密封体系中的应用。因此，开发一种基于磁流体动密封作用的高效密封技术是当前解决这一问题的关键。

综上所述，本领域技术人员亟需研究一种磁流体及其动密封方法和应用，用以解决磁流体在动密封领域所存在的抽拉式密封不严的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，本发明提供一种磁流体，该磁流体具有梯度分布的核壳磁流体结构，同时具有强的磁表面张力和强化的爬杆效应现象。

同时，本发明提供一种磁流体的动密封方法，该法通过多级反应使Fe₃O₄磁性颗粒形成Fe@Fe₃O₄核壳结构强磁纳米颗粒，再分散在磁流体液中，在外磁场作用下形成强磁力粗颗粒为骨架，细颗粒填充骨架缝隙的多级梯度结构。

同时，本发明提供一种磁流体在旋转式动密封设备和/或抽拉式动密封设备中的应用。