磁性液体密封与迷宫密封组合密封的结构设计及优化

doi:10.3901/JME.2022.09.172

机械工程学报 ›› 2022, Vol. 58 ›› Issue (9): 172-181.doi: 10.3901/JME.2022.09.172

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磁性液体密封与迷宫密封组合密封的结构设计及优化

张彤¹, 李德才^1,2, 李艳文²

1. 北京交通大学机械与电子控制工程学院北京 100044;
2. 清华大学摩擦学国家重点实验室北京 100084

收稿日期:2021-06-02 修回日期:2021-10-13 出版日期:2022-05-05 发布日期:2022-06-23
通讯作者: 李德才(通信作者)，男，1965年出生，博士，教授，博士研究生导师。主要研究方向为机电液磁一体化的理论及应用。E-mail：lidecai@tsinghua.mail.edu.cn E-mail:lidecai@tsinghua.mail.edu.cn
作者简介:张彤，女，1997年出生。主要研究方向为机电液磁一体化的理论及应用。E-mail：ZhangTong_0209@163.com
基金资助:
国家自然科学基金(51735006, U1837206, 51927810)和北京市自然科学基金(3182013)资助项目

Design and Optimization of Combined Magnetic Fluid Seal and Labyrinth Seal

ZHANG Tong¹, LI Decai^1,2, LI Yanwen²

1. School of Mechanical, Electronical and Control Engineering, Beijing Jiaotong University, Beijing 100044;
2. State Key Laboratory of Tribology, Tsinghua University, Beijing 100084

Received:2021-06-02 Revised:2021-10-13 Online:2022-05-05 Published:2022-06-23

摘要/Abstract

摘要： 目前，磁性液体密封作为一种新型密封方式，具有零泄漏、无污染、寿命长等优点，但存在着耐温差和耐压差能力相对较弱，高速工况下容易失效的问题。而迷宫密封作为传统密封方式，具有泄漏量大的缺点，但适用于高温、高压和高速的工况，可以很好地弥补磁性液体密封的缺点。因此，设计了磁性液体密封与迷宫密封组合密封的结构，对极靴和轴套的结构尺寸进行正交试验和响应曲面法优化，得到了使组合密封结构耐压值最大的结构尺寸，为高温、高压、高速工况实现零泄漏密封提供了理论基础。

关键词: 磁性液体密封, 迷宫密封, 结构优化, 响应曲面法

Abstract: At present, as a new sealing method, magnetic fluid seal has the advantages of zero leakage, no pollution and long life, but it is relatively weak when the temperature or pressure is high and it is easy to fail under high-speed working conditions. As a traditional sealing method, labyrinth seal has the disadvantage of large leakage, but it is suitable for high-temperature, high-pressure and high-speed working conditions, so it can make up for the shortcomings of magnetic fluid seal well. Therefore, the combined seal structure of magnetic fluid seal and labyrinth seal is designed, and the structural size of pole shoe and shaft sleeve is optimized by orthogonal test and response surface method. The structural size that could maximize the pressure resistance value of the combined seal is obtained, which may provide a theoretical basis for zero-leakage sealing under high-temperature, high-pressure and high-speed conditions.

Key words: magnetic fluid seal, labyrinth seal, structure optimization, response surface methodology

中图分类号:

TH122
TH136

张彤, 李德才, 李艳文. 磁性液体密封与迷宫密封组合密封的结构设计及优化[J]. 机械工程学报, 2022, 58(9): 172-181.

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Design and Optimization of Combined Magnetic Fluid Seal and Labyrinth Seal

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