磁流體密封在真空設備中的使用進(jìn)展
真空的獲得是與密封分不開(kāi)的, 特別是旋轉軸動(dòng)密封技術(shù), 是制約真空設備性能的重要技術(shù)環(huán)節之一。過(guò)去由于無(wú)可靠的轉軸動(dòng)密封技術(shù), 至今采用橡膠密封圈者有之; 采用端面靜密封加電機密封罩者有之; 或者做成內藏式結構, 將驅動(dòng)電機與被驅動(dòng)裝置(如風(fēng)扇、風(fēng)機) 全部置于密封工作膠體內者亦有之。實(shí)際上后兩者本質(zhì)是一樣的: 驅動(dòng)電機與真空腔相通。其致命弱點(diǎn)是通電導體在一定真空度條件下易產(chǎn)生真空放電, 損壞設備, 而且電機系統在真空條件下釋放出來(lái)的物質(zhì)容易污染真空環(huán)境, 影響設備性能。至于橡膠密封的缺點(diǎn)更是顯而易見(jiàn), 因接觸磨損使用壽命極短, 可靠性差, 易產(chǎn)生磨損粉塵、污染環(huán)境、更換維修工作量大等, 都是真空設備致命的缺點(diǎn)。轉軸磁流體密封技術(shù), 由于無(wú)接觸磨損、且磁液揮發(fā)量在10-5g/cm2h以下, 因而其使用壽命長(cháng)、可靠性高、轉軸摩擦轉矩小、功耗小、無(wú)磨損粉塵、環(huán)境清潔、維修工作量極小是真空設備轉軸實(shí)現零泄漏最佳的密封技術(shù)。
磁流體密封的技術(shù)核心包括兩個(gè)方面: 一是適合密封使用條件的磁流體的制備; 二是密封裝置的結構與磁場(chǎng)的設計與制造。磁流體一般包含三個(gè)組分:
① 鐵磁性納米級顆粒;
② 包裹顆粒的穩定劑;
③ 一種適宜的液體作液態(tài)載體。
密封件的結構與磁場(chǎng)設計要考慮磁液特性、軸的大小與轉速、溫度環(huán)境、工作介質(zhì)特性、密封件與主機的連接方式等諸多因素。下面從設備類(lèi)型、運行工況和與之配套的磁流體密封件特點(diǎn)作簡(jiǎn)單介紹。
1、單晶爐傳動(dòng)軸密封
單晶爐傳動(dòng)軸包括坩堝轉軸、晶轉軸、晶升軸。其特點(diǎn)是轉速一般都不高, 最高不超過(guò)50r/min。工作溫度不超過(guò)120℃。真空度要求一般也不是很高,有的3Pa 已滿(mǎn)足要求。泄漏率要求較高, 美國KAYEX公司規定為1×10-9std. cc/sec He。我們從事單晶爐傳動(dòng)軸磁流體密封件生產(chǎn)已經(jīng)近三年。配套主機包括T62、T70、T80型單晶爐、860D型單晶爐, CG23000型單晶爐、6000 型單晶爐,又從事進(jìn)口單晶爐的改造。軸的類(lèi)型包括實(shí)心軸和空心軸。根據軸的材質(zhì)不同, 密封件有帶導磁套者, 也有不帶導磁套者。連接方式則有法蘭式和螺紋式之分。當工作溫度超過(guò)80℃,密封件本身就必須帶水冷式結構。密封件所用磁液則需選擇恰當的磁化強度、粘度等性能指標。實(shí)際使用效果表明, 我們所配單晶爐傳動(dòng)軸磁流體密封件完全能夠滿(mǎn)足主機對密封性能的要求, 且達到了三年免維修、仍繼續正常運行的良好狀態(tài)。
2、鍍膜機擋板軸、工作轉動(dòng)軸和電極轉動(dòng)軸密封
鍍膜機的類(lèi)型、規格較多, 工作條件與技術(shù)要求各異, 但都存在電極與軸類(lèi)動(dòng)密封問(wèn)題。其主要特點(diǎn)是: 真空度普遍要求較高, 達到10-4Pa,軸的轉速也較單晶爐高, 且在某些情況下有軸向往復運動(dòng)的要求, 這是磁流體密封的難度所在。此外, 一些直徑超小的軸類(lèi), 其密封件的結構設計也不能采用常規辦法。我們在為成都南光實(shí)業(yè)有限公司配套鍍膜機磁流體密封件過(guò)程中已克服了上述障礙, 取得了良好效果。軸向3mm 往復運動(dòng)的磁流體密封經(jīng)過(guò)實(shí)踐檢驗, 證明是可行的。Á 6超小直徑軸類(lèi)磁流體密封件結構也經(jīng)受實(shí)踐考驗, 并且從理論上說(shuō)更小一點(diǎn)的軸徑也應該可行。
3、真空加熱爐(包括真空擴散爐、真空釬焊爐、真空熱處理爐等) 傳動(dòng)軸密封
此類(lèi)設備對真空度的要求也較高, 如釬焊爐要求10-4～10-5 Pa,且軸徑較大,電機轉速很高, 大多采用二級馬達, 轉速高達2940r/min, 工作溫度亦較高。因此, 在設計這些軸類(lèi)磁流體密封件時(shí), 必須采取如下措施: 首先, 磁流體密封件本身必須帶冷卻水結構。這是因為磁流體工作溫度一般不應超過(guò)80℃, 即使工作環(huán)境溫度不高, 但是軸徑較大, 轉速又很高, 在運轉過(guò)程中磁流體本身也會(huì )發(fā)熱, 密封件本身需要水冷。有資料介紹, 當軸的線(xiàn)速度達20m/s以上時(shí)需水冷, 20m/s以下時(shí)不需水冷, 而我們的試驗證明, 當軸的線(xiàn)速度達到12m/s 以上時(shí), 磁流體發(fā)熱現象就已比較明顯, 就應該采取水冷措施。
其次, 對于高速旋轉的軸來(lái)說(shuō), 離心力對磁流體的影響不可忽略, 在密封組件的結構設計上應采取相應措施。
第三, 則是軸與極靴同心度問(wèn)題。由于這類(lèi)軸較大, 且轉速很高, 如何保證軸與極靴間的間隙既能滿(mǎn)足密封要求, 又不至于因太小甚至沒(méi)有間隙而互相蹭磨, 是為結構設計必須十分注意的問(wèn)題。我們?yōu)槎麞|風(fēng)公司刃具廠(chǎng)工具研究所改造從美國進(jìn)口的擴散爐, 用我們的磁流體密封件代替美國進(jìn)口件取得了良好的效果。為蘭州真空設備廠(chǎng)配的釬焊爐密封件既有立式軸與有臥式軸, 都獲得了成功。當然也有教訓, 出現過(guò)因為軸與極靴的同心度沒(méi)有得到充保證而導致失敗。咎其原因, 主要是因為我們沒(méi)有充分注意到原設備的同心度要求不高, 又不想對其做太大的改變。這個(gè)問(wèn)題我們在蘭州真空設備廠(chǎng)和首都機械廠(chǎng)都遇到過(guò)。一旦注意了這個(gè)問(wèn)題, 并采取相應的設計措施, 問(wèn)題都不難解決。
真空加熱爐的另一個(gè)特點(diǎn)是, 有些真空爐, 如真空淬火爐, 除了加熱過(guò)程要求真空條件以外, 在淬火階段又有充0. 6M Pa 甚至更高壓力的N 2 氣的工藝要求。對于這種情況, 磁流體密封件也是可行的。實(shí)際上1M Pa 以下的壓力對于磁流體密封件來(lái)說(shuō), 結構上差別不大。因此, 磁流體密封技術(shù)是真空熱處理爐實(shí)現高壓淬火最有力的幫手。
真空設備還很多, 如真空泵等, 都有軸類(lèi)動(dòng)密封問(wèn)題。我們成熟的磁流體真空密封和氣體壓力密封技術(shù)一定能助一臂之力, 使我國的真空設備更加完美, 品質(zhì)更加優(yōu)良。
