反应釜装置磁性液体密封的研究

摘要

反应釜装置作为化工综合反应容器，根据反应条件不同，釜内会产生有毒、强腐蚀或易燃、易爆的介质。在化工行业，为保证生产安装，内含危险气体的反应釜装置要求零泄漏。目前大量的反应釜装置轴封采用填料密封和机械密封，但是两者都不能实现零泄漏;磁力传动密封能够实现零泄漏，但是成本太高，而且可靠性不高。所拟用磁性液体密封对反应釜装置上的轴封结构进行设计和改进，使反应釜装置能够实现零泄漏，保证密封的可靠性。
　　针对这一目标，完成了以下研究:
　　(1)针对反应釜装置的工况要求，设计了磁性液体密封结构方案，并根据磁性液体密封的设计原则，分别设计了导磁套、极靴等零件。
　　(2)根据电磁场的相关理论，利用Ansys软件对磁性液体密封结构进行了静态磁场模拟分析，得到磁场强度数值解，并根据磁性液体密封机理，计算出磁性液体的理论耐压能力。
　　(3)利用加工完成的密封件对所设计的反应釜装置进行磁性液体密封的静态实验和动态实验，实验研究了不同的磁性液体及不同磁源结构对耐压能力的影响，并对结果进行分析。实验结果表明，氟醚油基磁性液体和环形永久磁铁具有更好的耐压能力。
　　(4)将加工完成的密封件现场试车后，进行实际应用，结果表明磁性液体密封完全能够解决反应釜装置的轴封问题。针对现场装配和实际应用所出现的问题，对密封结构进行了优化设计，提高了磁性液体密封的可靠性。
　　通过研究，所设计的磁性液体密封装置很好的解决了反应釜装置的轴封问题。

目录

声明

致谢

摘要

1 引言

1．1 课题研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 磁性液体简介

1．2．2 磁性液体密封原理及特点

1．2．3 磁性液体密封的发展及研究现状

1．2．4 反应釜装置及其磁性液体密封

1．3 课题研究内容

2 磁性液体密封理论

2．1 磁性液体密封的流体动力学基本方程

2．1．1 磁性液体质量守恒方程

2．1．2 磁性液体运动方程

2．1．3 磁性液体能量守恒方程

2．2 磁性液体密封的耐压理论

2．2．1 磁性液体的磁化特性

2．2．2 磁性液体密封的耐压公式

2．2．3 低转速情况下的磁性液体Bernoulli方程

2．2．4 磁性液体耐压及失效机理研究

2．3 本章小结

3 反应釜装置磁性液体密封装置的设计

3．1 反应釜装置的磁性液体密封的方案设计

3．2 磁性液体密封结构的设计

3．2．1 磁性液体的选择

3．2．2 永久磁铁的设计

3．2．3 轴承的选择

3．2．4 极靴的设计

3．2．5 导磁套的设计

3．2．6 隔磁外套的设计

3．2．7 螺纹端盖的设计

3．3 磁性液体密封结构的装配

3．4 本章小结

4 反应釜装置磁性液体密封的数值研究

4．1 电磁场有限元分析的理论模型

4．2 磁性液体密封的磁场有限元分析

4．3 磁场模拟计算结果

4．3．1 磁力线分布

4．3．2 节点磁通密度云图分析

4．3．3 磁通密度矢量云图分析

4．3．4 密封间隙中的磁场强度及耐压能力

4．4 本章小结

5 反应釜装置磁性液体密封的实验研究及结构优化

5．1 实验过程与方法

5．1．1 静态密封实验

5．1．2 动态密封实验

5．2 结果分析与讨论

5．2．1 不同磁性液体的结果分析与讨论

5．2．2 不同磁源结构的结果分析与讨论

5．3 反应釜装置磁性液体密封结构的优化设计

5．3．1 反应釜装置磁性液体密封结构存在的缺陷

5．3．2 反应釜装置磁性液体密封结构的优化设计

5．4 本章小结

6 结论

参考文献

作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果

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