这是一个典型的两极磁流体动密封装置,该装置由一个永磁体(圆环形)、两个磁极(环状盘片)、旋转轴和磁流体四部分构成。从图1中可以看出,由于该装置中永磁体的N-S极是按轴向分布的且两个磁极和旋转轴由导磁材料制成,因此,在磁场作用下,如图中环线所示形成了一个个封闭的磁路,此封闭磁路是沿N-S区间转轴表面形成的。从图中还可以看,出,两个磁极与旋转轴之间是有间隙存在的,这两处间隙环绕旋转轴该截面外圆呈环形状分布,这两段环状间隙就是我们通常所说的磁场磁路中的"气隙",我们知道,磁场磁路气隙中的磁场强度最大。磁流体密封正是利用了这一磁现象,将具有超顺磁特性的磁流体注人其间,在磁场作用下,磁流体被稳稳地吸附并充满旋转轴(运动件)和磁极(静止件)之间的这两段间隙,实现了对磁场两端空间的分隔,并形成可靠的密封。
   从上述不难看出磁流体密封与传统填料(包括唇圈)密封采用的方式基本相仿,都是通过使用一种密封材料去堵塞运动件与静止件之间的间隙来实现密封的O其主要不同之处在磁流体密封采用的密封材料是液态状并具超顺磁性,而填料(包括唇圈)密封采用的密封材料则是典型的柔性固态非导磁体。这种看似方式相同,选材各异的简单变化,却使旋转轴密封技术前进了一大步:首先,在磁流体密封结构中没有了把密封用零件同时视作"易损零件"的考虑从而摆脱了传统密封中因摩擦磨损问题所带来的困扰可以成倍、成十倍地延长使用寿命;也因为这种磁性液体密封材料的非定形特性,它可以按照设计的需要充满所有的密封间隙,也不存在传统密封中运动件与静止件之间可能出现的接触间隙问题,从而有了实现"零泄漏"目标的技术基础。
4  磁流体的基本构成和特性
   磁流体也称磁性液体(Magnetic M F),它属于软磁材料,是一种固液相混的二相胶状流体,由三种基本成分组成:载液、磁性微粒和表面活性剂。磁性微粒是磁流体的主体材料,通常由磁铁矿(Fe304)、铁氧体、组铸铁氧体、特种合金等磁性材料制成,磁性微粒尺寸极小,直径尺寸<1Onm。表面活性剂也称分散剂,用于将单个磁性微粒的表面包覆起来,使之彼此分开并悬浮于载液中o载液亦称基液是使磁流体中维持流动性能的基础物质一般情况下水、娃、氟化短、双脂、金属有机化合物等,都可以用作载液的材料。从外形和物理形状来看磁流体兼有固体磁性材料的磁性和液体材料的流动性。我们试着将一盛有磁流体的器皿置于一永磁体上马上可以看到磁流体表面层上形

成一个个挺立的磁锥如图2所示。
   这种"磁锥"现象可以解释为在外加磁场作用下,磁流体中的磁性微粒被磁化后出现的定向排列,是磁流体在磁场作用下的磁性表现。由于磁场力的作用,这种磁性排列链力图按照磁场力的方向继续伸展,只是由于磁流体表面的磁性张力与界面张力以及重力作用之间达到了能量平衡,才表现出如此现象。如果撤去永磁体,磁性立刻消失,器皿中的磁流体又会回复到原来的液体重力平衡状态。
   磁流体的物理特性是其应用的基础o如前所述,磁流体是一种功能材料它跟其他材料一样,有不同的品种和规格,其性状差别很大。通常应用于密封的磁流体需要考察其饱和磁化强度、粘度、蒸发量等几个主要技术性能指标。
5  磁流体密封的优点与应用范围
   磁流体密封的优点有:
(1)密封可靠性高。在标准温度和压力下,测定对氮气的密封效果其泄漏量小于10-ucm3/s。因此,通常将其称为"零泄漏"密封。
(2)密封范围广口在高真空、高压差、高转速、和高温差条件下均能保持可靠的密封。我们在实际工作中已经提供了真空度104pa以上,压差1~15MPa,转速5Om/s,温差-100℃~100℃且要求以1℃/min递增(递减)变化等多种磁流体密封技术服务均取得了预期的效果。
(3)使用寿命长。如前所述,由于磁流体密封结构中,密封材料与转轴是液体与固体之间的接触,不存在摩擦磨损失效问题,预期寿命延长从数倍到数十倍。
   由于磁流体密封技术应用在对气体介质(包括蒸汽、放射性气体、非活性气体)密封方面的出色表现,磁流体动密封件已成为真空设备系统中必不可少的密封配件,并且正在逐步走向标准化,我国第一部《真空磁流体动密封件》标准JB/T10463-2004已于2005年4月颁布实施。我国真空系统设备用磁流体配件已完全摆脱了对进口的依赖这同时表明我国的磁流体密封技术包括磁流体和磁流体密封配件的研究、制造、供应的产业化的形成和发展己步入了一个新的水平。
6  磁流体密封技术在高压电气开关上的应用
  磁流体密封技术在高压电气开关上的应用,据我们掌握的资料,开始于2002年,最初是在12kVSF6负荷开关上进行测试和试运行的,2003年进入小批量试用,此后逐步在行业上得到推广应用。2005年下半年开始在405kVGIS设备上试用,历时一年,据试用单位提供的数据,各项技术指标全面达到设计要求。其中往返回转次数要求在100r/min条件下不少于2万往返次,试验达8万往返次时,机械运转性能和密封性能指标仍未发现异常。

   磁流体密封技术在这两种高压电气开关上应用的初衷,在于提高气室输入轴动密封的可靠性,减少意外。前者是对唇圈与转轴之间的摩擦磨损问题的考虑,如图3所示。

   后者则是基于对传动结构的简化和波纹管运转中的附加力矩以及由于反复弯折可能对材料性能的影响的考虑,如图4所示。
   经过近四年的研究、试验、试运行实践表明,磁流体密封应用在12kVSF6负荷开关和40.5kV C-GIS设备上,对提高气室动密封的可靠性、降低泄漏率效果是明显的,从实践中我们还注意到了,这一技术上的改进只需在原构件内部进行不需要对其他部位作任何变动,经济上的合理性也是明显的。
   实践已经表明,磁流体密封的耐压差性能可达1.54MPa,远高于高压开关设备0.8MPa的要求。我们认为,这种密封技术在3.6~1000kV电压和电流等级中的SF6断路器、负荷开关、隔离开关、接地开关、接触器及成套装置GIS、C-GIS中推广应用的前景还是很可观的。
   磁流体密封装置因为具有耐高、低温性能良好,密封可靠,无固体磨损,机械寿命长等优点,同时还有安装快捷,使用方便等特点,许多用户经过使用,对此产品非常满意。
参考文献
[1]邹继斌陆永平著磁流体密封原理与设计。北京。国防工业出版社。2000年8月
[2](德)海因茨K,米勒(英)伯纳德So纳乌著。程传 庆等译流体密封技术一一原理与应用。北京。机械工业出版社。2002年7月
[2]魏龙主编。密封技术。北京。化学工业出版社教材出版中,Go2004年7月