特种磁性润滑脂密封温升试验研究

于微波，　杨　莉，　刘芳雪

(长春工业大学 电气与电子工程学院， 吉林 长春　130012)



特种磁性润滑脂密封温升试验研究

于微波，杨莉，刘芳雪

(长春工业大学 电气与电子工程学院， 吉林 长春130012)

摘要：将磁脂密封应用于电机系统，建立了磁脂密封试验平台并进行了磁脂密封温升试验与数据分析。与传统型磁流体密封相比，磁脂密封的使用温度范围更广，耐压能力更高。

关键词：特种磁脂； 密封； 温升试验

0引言

喷淋式蒸发冷却技术普遍应用于大型感应电动机中，作为一种安全可靠、效果显著的冷却方式，冷却介质一般采用氟碳化合物，其原理是电机温度升高时，沸点只有50多度的氟碳化合物沸腾汽化带走热量[1]。然而，这种介质极易挥发而导致泄漏，因此，对密封装置的要求极高。

1磁脂密封原理及装置结构

磁脂密封[2]类似于磁流体密封，是由磁性纳米颗粒经过特殊处理后，均匀分散到液体当中与其混合而成的一种固液相混的胶状液体。它既有液体的流动性，也具有磁性。当磁脂注入到高性能的永久磁铁和导磁性能良好的极靴及主轴所构成的磁回路中时，由于磁极齿尖处磁场力最强，磁流体集中于齿尖处，在密封间隙内形成一系列液体“O”型密封环，将密封间隙充满而达到密封的效果[3]。

磁脂密封装置的具体结构如图1所示。

1.外侧垫圈; 2.压板; 3.腔体; 4.水套; 5.永磁体; 6.内侧垫块; 7.刀口; 8.轴图1　磁脂密封构件图

内、外侧垫块主要是为了防止安装时由于永磁体与轴发生相互吸引，引起碰撞损坏轴；冷却水套内部空腔通冷却水，主要作用是降低永磁体温度，使其低于居里点，防止发生退磁；每圈永磁体与腔体之间都有补脂口，可用于开始时的充脂以及使用过程中的补脂；永磁体与轴之间的空间可用于磁脂的容留[4]。

2磁脂密封试验装置

磁脂密封试验[5-6]装置主要包括：

1)驱动元件：电机、变频器；

2)安装装置：联轴器、泵座和安装腔体；

3)试验装置：磁脂密封;

4)气源：气瓶、调节阀、压力表和管路;

5)冷却水：水源、进水管、出水管和控制阀;

6)测量装置：泄漏气体测量装置、温度测量装置。

磁脂密封试验现场如图2所示。

图2　磁脂密封试验现场

在试验中，磁铁采用钕铁硼材料，该材料磁场强度高，剩磁及矫顽力大；外壳采用OCr18Ni9不锈钢非导磁材料；磁极和转轴均采用Q235-A碳钢导磁材料，导磁能力较好；右端的泄漏收集盖采用非导磁材料；右端设有滚动轴承，材料为碳钢，导磁；轴承采用脂润滑，轴承与导磁体之间用聚四氟乙烯隔开；非导磁体上开有冷却水腔，用于冷却磁脂密封产生的热量；导磁体与非导磁的外壳采用“O”形圈隔离成冷却水腔，共有两个冷却水腔，中间用水管连接[7]。

3试验数据及分析

3.1　同一实验条件下对同一磁脂在不同转速下的温度影响

1号磁脂300 r/min和1 000 r/min下温升曲线分别如图3和图4所示。

图3　1号磁脂300 r/min下温升曲线图

图4　1号磁脂1 000 r/min下温升曲线图

从图3和图4可以看出，对于1号磁脂，在任何转速下，无冷却条件的最终稳定温度远远高于有冷却条件的温度。在1 000 r/min的转速下，无冷却条件的温度超出了安全温度的范围。

在此转速下，要补给冷却水。同时,从温升曲线图也可看出，压力对最终稳定的温度有微弱作用，压力对1号磁脂的温升曲线不能构成明显影响。

3.2　同一实验条件下不同转速对同一磁脂的温度影响

同一试验条件包括无冷无压、无冷有压、有冷无压、有冷有压4种状态，现在重点分析无冷无压条件下1号磁脂的温升曲线，如图5所示。

图5　1号磁脂的温升曲线图

从图5可以看出，在无冷无压工作条件下，转速对1号磁脂的最终稳定温度有显著影响。2 000 r/min在6 min左右时超过100 ℃，在此情况下为安全考虑必须停车。1 000 r/min在34 min左右时超过100 ℃，比2 000 r/min到达100 ℃的时间慢了近6倍，而300 r/min和600 r/min没有超过100 ℃，并在100 min左右达到基本稳定温度，其稳定温度分别是50.8 ℃和86.2 ℃。

在试验中同时也证明，在其它3种工作条件下，1号磁脂最先达到的最终稳定温度的转速是2 000 r/min，其后依次是1 000,600,300 r/min。

3.3　同一转速、同一工作条件下不同配方对温度的影响

300 r/min，600 r/min，2 000 r/min无冷无压条件下温升曲线分别如图6~图8所示。

图6　300 r/min无冷无压条件下温升曲线

图7　600 r/min无冷无压条件下温升曲线

图8　2 000 r/min无冷无压条件下温升曲线

图6、图7和图8是在无冷无压工作条件下的温升曲线图，可以通过试验证明其它工作条件下的曲线图与其走势基本相同。从图6~图8可以看出，磁脂配方对于600 r/min条件下的温升状况有影响，并且影响不可忽略。在2 000 r/min时，3条温升曲线出现明显差别，3号磁脂最终稳定温度最低，1号磁脂最高[8]。

3.4　长时间(20 h)高速运转后的磁脂性状

长时间高速运转后，发现磁脂密封对轴的扭矩加大。特别是钕铁硼的作用力更大，用手盘车都很费力(由于未安装扭矩传感器，具体数值未得出)。拆开磁脂密封后，发现磁脂性状有所改变：

1)磁粉变得更细，磁粉颗粒经过一段时间研磨后变得很细，开始时的大颗粒和片状粉体研磨的较细。

2)混合磁粉(或)的脂变得更少、更粘稠、更干燥。甚至有时钕铁硼的磁脂变得非常干燥，只余下磁粉。为了减少磁力，切除部分磁极后并把钕铁硼粉更换成氧化铁粉后，磁脂性状变化稍小，稍微变干，轴的扭矩也变小[9]。

长时间高速运转后，轴的温度升高较多，经过测量最高达100 ℃。腔体由于有冷却水，温度升高不大。

4结语

综上所述，在所有试验变量中，冷却水对温度参数的影响是最大的，有无冷却水的两条曲线差别很大，并且带有一定的规律性，所有有冷却水的温度曲线都远低于没有冷却水的温度曲线，并且在试验的任何配方下，2 000 r/min时都必须带冷却水，否则就超过安全温度。是否在工作压力下运转对磁脂密封设备温度的影响可忽略，为了密封设备的安全，转速在600 r/min以上时必须要用冷却水[10]。

转速和配方均是影响温度变化的重要因素。上述的温度对比图可以看出一定的规律性，并在理论和试验中找到最优磁脂配方。

本试验深刻分析了工作状态下各种因素对其温度的影响，验证了磁脂密封可以满足工作要求。

参考文献：

[1]张鹏．超级计算机喷淋式蒸发冷却技术理论研究及其应用[D]:[博士学位论文].北京:中国科学院大学，2013.

[2]吴飞飞,蔡纪宁,张秋翔,等.磁性润滑脂密封温升及功率损耗的实验研究[J].润滑与密封,2012,27(3):59-64.

[3]李德才，杨文明．大直径大间隙磁性液体静密封的实验研究[J].兵工学报，2010，31(3):355-359.

[4]库里柯夫斯基.磁流体力学[M].上海:上海科学技术出版社,1966.

[5]查盛，张秋翔，蔡纪宁，等．高黏度非牛顿磁性润滑脂密封的试验研究[J].润滑与密封，2010，35(4):90-93.

[6]许洋，张秋翔，蔡纪宁，等．高黏度非牛顿磁性流体密封耐压性能分析[J].润滑与密封，2009，34(8):42-44.

[7]邹继斌，陆永平．磁性流体密封原理与设计[J].北京:国防工业出版社，2000.

[8]陈方誉，樊玉光，王媛．磁流体密封中影响热损耗因素的分析[J].机械研究与应用，2010(2):18-20.

[9]李丽屏，董添，张贺，等.氧化剂含量对聚苯胺/磁流体纳米复合粒子性能影响[J].长春工业大学学报:自然科学版，2008，29(1)：18-21.

[10]李德才．磁性流体理论及应用[M].北京:科学出版社，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.

作者简介：于微波(1970-)，女，汉族，吉林长春人，长春工业大学副教授，硕士，主要从事智能仪器与智能控制方向研究,E-mail:yuweibo@ccut.edu.cn.

基金项目：吉林省科技厅基金资助项目(20140204018GX)

收稿日期：2014-05-27

中图分类号：TE 626.4

文献标志码：A

文章编号：1674-1374(2015)01-0048-05

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