空间站蒸汽压缩蒸馏装置磁性液体密封的研究

摘要

蒸汽压缩蒸馏装置(VCD)是目前我国组织实施的空间站项目中废水再生系统的关键设备,它的动密封对设备的运行性能、产水量、产水水质起着至关重要的作用,由于传统密封无法满足零泄漏、长寿命、高可靠性等要求,所以本课题的目的是在研究清楚磁性液体密封的耐压及失效机理的前提下,为空间站VCD装置设计能满足这些要求的磁性液体密封结构。
　　 本论文针对这一目标,完成了以下研究:
　　 (1)为了验证磁性液体密封应用于空间站的可行性,创造性的设计了磁性液体密封的耐压及失效机理研究实验台。建立实验台密封结构的磁路模型,计算并测量了密封间隙的磁场强度等参数,得到了极齿下磁场强度的分布规律及密封结构的主要漏磁位置。
　　 (2)在设计的实验台上完成了磁性液体在密封间隙中的分布形状和运动过程实验、密封耐压测试实验、机理验证实验。实验中发现磁性液体密封的耐压能力与密封级数呈现近似线性关系。
　　 (3)提出三种磁性液体密封的耐压及失效机理假设,分析实验结果得出:气体的瞬间级间流动实现密封耐压的传递。建立密封过程的气体流动模型并计算了基本参数。
　　 (4)根据磁性液体密封设计原则,结合磁性液体密封的耐压及失效机理的研究结果,设计了空间站VCD装置的磁性液体密封结构。
　　 (5)运用 Ansys对所设计的密封结构进行磁场模拟,得到磁力线分布、间隙磁场强度、密封耐压等结果,验证了设计的合理性。
　　 (6)建立磁性液体密封结构的优化模型,运用Matlab对密封结构进行优化,达到了减小体积和重量的目的。