船舶艉轴磁流体密封技术的研究

论文摘要

船舶艉轴的密封是一类特殊密封,既要防止润滑油漏出船体外面,又要防止海水或江水进入艉轴系统,密封设计不当将造成泄漏、污染环境,还会影响机器的运行安全。磁流体密封由于具有寿命长、零泄漏、磨损少、结构简单、适合高速旋转等特点,已成为解决船舶艉轴密封问题较有效的一项新技术。论文通过对磁流体制备工艺和方法的分析研究,合理选择了磁性粒子、基液及表面活性剂。采用化学方法制备了以Fe3O4为磁性粒子,以水、油和酯为基液的三种不同类型的磁流体。分别对水基、油基和酯基Fe3O4磁流体的疏水性能、疏油性能进行了研究,讨论了Fe3O4磁流体的磁化特性、粘度特性和悬浮稳定性的影响因素,并通过分析比较,确定本文采用油基Fe3O4磁流体作为实验研究对象。根据船舶艉轴磁流体密封实验的研究目标,提出了磁流体密封实验装置的总体方案,设计了磁流体密封实验装置,进行了各部件的材料选择及主要参数的设计计算。该装置在同样磁流体特性与同样永磁体积的前提下,可以提高磁流体的密封压差。从磁路角度分析了艉轴密封装置的磁场特点,建立了磁流体密封模型,根据磁性微粒间的引力,结合磁性微粒在磁场下存在的浓度分布模型,推导了相应的磁流体密封耐压公式。利用本文设计的实验装置,对Fe3O4磁流体的耐压性能进行了研究,分析了影响艉轴磁流体密封装置承压能力的主要因素,结果表明:随着密封间隙的增大承压能力变小,随着磁流体的饱和磁化强度的增加承压能力增大,同时随着转轴转速的增加承压能力变小。本文的研究结果为磁流体密封技术在船舶艉轴上的应用提供了理论基础和可靠的实验数据,同时为后续的研究工作打下了基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景和研究意义
• 1.2 磁流体研究概况
• 1.3 磁流体密封的研究与应用
• 1.3.1 磁流体密封特性
• 1.3.2 磁流体密封国内外研究概况
• 1.3.3 磁流体密封国内外应用概况
• 1.4 论文主要研究内容
• 第2章 船舶艉轴磁流体密封液的制备
• 2.1 磁流体材料的设计
• 2.1.1 磁性粒子的选择
• 2.1.2 基液的选择
• 2.1.3 表面活性剂的选择
• 3O₄磁流体的制备方法'>2.2 船舶艉轴Fe₃O₄磁流体的制备方法
• 2.2.1 铁磁流体的制备工艺方法
• 3O₄粒子的原理'>2.2.2 化学法生成Fe₃O₄粒子的原理
• 3O₄磁流体的工艺制备'>2.2.3 化学法制备Fe₃O₄磁流体的工艺制备
• 3O₄磁流体性能特点'>2.3 Fe₃O₄磁流体性能特点
• 3O₄磁流体性能因素分析'>2.4 影响Fe₃O₄磁流体性能因素分析
• 2.4.1 磁性粒子的粒径分布
• 3O₄磁流体的磁饱和强度'>2.4.2 Fe₃O₄磁流体的磁饱和强度
• 3O₄磁流体的粘度'>2.4.3 Fe₃O₄磁流体的粘度
• 3O₄磁流体的稳定性'>2.4.4 Fe₃O₄磁流体的稳定性
• 2.5 本章小结
• 第3章 船舶艉轴磁流体密封装置结构设计
• 3.1 磁流体的密封机理
• 3.1.1 磁流体密封机理
• 3.1.2 转轴的动密封
• 3.2 船舶艉轴磁流体密封装置结构设计
• 3.2.1 船舶艉轴磁流体密封装置的主要参数
• 3.2.2 密封结构参数的合理设计
• 3.3 船舶艉轴磁流体密封材料的设计
• 3.3.1 磁源的选择
• 3.3.2 磁流体的选择
• 3.3.3 密封壳体、转轴及磁极材料的选择
• 3.4 本章小结
• 第4章 密封装置的磁场分析与耐压公式推导
• 4.1 密封装置的磁场分析与计算
• 4.1.1 密封装置的磁场特点
• 4.1.2 磁回路等效模型
• 4.1.3 艉轴密封间隙中的磁感应强度分析
• 4.2 磁流体密封耐压公式推导
• 4.2.1 磁流体的表面张力
• 4.2.2 磁性微粒的引力分析
• 4.2.3 密封耐压公式的推导
• 4.2.4 油膜最小密封单元的最大密封能力
• 4.3 本章小结
• 第5章 船舶艉轴磁流体密封实验研究
• 5.1 船舶艉轴磁流体密封实验装置的组成
• 5.2 船舶艉轴磁流体密封实验方案
• 5.3 实验结果分析
• 5.3.1 不同型号磁流体对密封能力的影响
• 5.3.2 饱和磁化强度对密封能力的影响
• 5.3.3 密封间隙对密封能力的影响
• 5.3.4 密封级数对密封能力的影响
• 5.3.5 磁极齿形对密封能力的影响
• 5.3.6 转速对密封能力的影响
• 5.4 本章小结
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢
• 个人简历