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磁脂密封磁场与传热数值研究

作　者: 许洋
导　师: 张秋翔
学　校: 北京化工大学
专　业: 化工过程机械
关键词: 磁性流体磁场耐压性能温度场数值模拟
分类号: TB42
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

采用低沸点液体介质冷却解决低转速、高扭矩电机冷却技术,是减少电机体积,提高电机效率较为有效的措施,尤其对我国大型电机石化行业,船用机械等可将庞大的减速箱去掉,极大地优化结构设计,降低设备成本。电机中冷却液的密封成为该技术的一个关键点。传统密封装置很难达到要求,针对这种工作环境我们提出采用新型密封技术,即磁脂密封。不同间隙和不同齿形的密封结构会影响磁场分布和密封耐压能力；而转轴和磁极的温度场对密封寿命有至关重要的影响。本文首先采用ANSYS分析软件,对磁脂密封不同结构的模型进行磁场的数值模拟,通过得出的实际密封简化耐压公式计算该密封的耐压能力,结果表明：磁脂密封能力好于普通磁流体密封,且由于磁脂密封的磁极与转轴间隙可以更大,所以适用于转轴径向跳动量大的场合,应用范围更广泛。研究表明,磁脂密封失效发生在什么位置是与密封间隙有关系的。双斜齿的密封耐压能力稍强,单斜齿次之,矩形齿稍弱；但三种不同齿形的耐压能力相差不大。由于矩形齿加工工艺简单,性能容易保证,因此在实际应用中一般选用矩形齿；极齿宽度太大或太小都会降低密封能力。对于本实验装置,极齿宽度取2-4mm较为合理；在一定范围内,不同的极齿高度对对密封压差影响不大。建立了实验装置的二维传热模型,并对该模型进行数值求解,获得转轴、磁极和永磁铁内部的温度分布,结果表明：受冷却水的影响,冷却水槽附近磁极温度明显低于转轴的温度；温度最低处发生在与氟利昂接触的内侧磁极,最低温度为80℃；由于转轴与磁铁之间为空气,导热系数低,因此永磁铁的温度较低。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-15
第1章绪论  15-21
  1.1 课题背景  15
  1.2 国内外研究状况  15-18
    1.2.1 本课题研究现状  15-16
    1.2.2 前人的研究成果  16-18
  1.3 研究的目的和意义  18
  1.4 研究的主要内容和方法  18-21
第2章磁脂密封耐压性能分析  21-51
  2.1 磁脂密封原理  21-22
  2.2 磁场数值分析理论基础  22-28
    2.2.1 麦克斯韦方程组  22
    2.2.2 非线性磁场的数学模型  22-24
    2.2.3 非线性磁场的有限元方程  24-26
    2.2.4 非线性代数方程组的求解  26-28
  2.3 磁脂密封磁场有限元分析步骤  28-34
    2.3.1 建立有限元模型  28-30
    2.3.2 施加边界条件并求解  30
    2.3.3 结果与分析  30-34
  2.4 磁脂密封耐压公式  34-35
  2.5 不同结构对密封耐压性能的影响  35-48
    2.5.1 极齿形状对密封耐压性能的影响  35-39
    2.5.2 密封间隙对密封耐压性能的影响  39-44
    2.5.3 极齿宽度对密封耐压性能的影响  44-46
    2.5.4 极齿高度对密封耐压性能的影响  46-48
  2.6 本章小结  48-51
第3章磁脂密封温度场数值模拟  51-63
  3.1 传热学理论基础  51-54
    3.1.1 热量传递的基本方式  51-52
    3.1.2 导热基本定律及基本方程  52-53
    3.1.3 定解条件  53-54
  3.2 建立有限元模型  54-55
    3.2.1 几何模型  54-55
    3.2.2 选择单元类型、定义材料属性  55
    3.2.3 划分网格  55
  3.3 施加边界条件并求解  55-57
    3.3.1 生热率计算  55-56
    3.3.2 对流换热系数  56-57
  3.4 结果与分析  57-60
    3.4.1 密封装置的温度场分布  57-58
    3.4.2 转轴的温度场分布  58-59
    3.4.3 磁极的温度场分布  59-60
    3.4.4 永磁铁的温度场分布  60
  3.5 本章小结  60-63
第4章结论与展望  63-65
  4.1 结论  63-64
  4.2 展望  64-65
参考文献  65-67
致谢  67-69
研究成果及发表的学术论文  69-71
导师及作者简介  71-72
北京化工大学硕士研究生学位论文答辩委员会决议书  72-73

磁脂密封磁场与传热数值研究

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