真空的獲得是與密封分不開的, 特別是旋轉(zhuǎn)軸動密封技術(shù), 是制約真空設(shè)備性能的重要技術(shù)環(huán)節(jié)之一。過去由于無可靠的轉(zhuǎn)軸動密封技術(shù), 至今采用橡膠密封圈者有之; 采用端面靜密封加電機密封罩者有之; 或者做成內(nèi)藏式結(jié)構(gòu), 將驅(qū)動電機與被驅(qū)動裝置(如風(fēng)扇、風(fēng)機) 全部置于密封工作膠體內(nèi)者亦有之。實際上后兩者本質(zhì)是一樣的: 驅(qū)動電機與真空腔相通。其致命弱點是通電導(dǎo)體在一定真空度條件下易產(chǎn)生真空放電, 損壞設(shè)備, 而且電機系統(tǒng)在真空條件下釋放出來的物質(zhì)容易污染真空環(huán)境, 影響設(shè)備性能。至于橡膠密封的缺點更是顯而易見, 因接觸磨損使用壽命極短, 可靠性差, 易產(chǎn)生磨損粉塵、污染環(huán)境、更換維修工作量大等, 都是真空設(shè)備致命的缺點。轉(zhuǎn)軸磁流體密封技術(shù), 由于無接觸磨損、且磁液揮發(fā)量在10^-5g/cm²h以下, 因而其使用壽命長、可靠性高、轉(zhuǎn)軸摩擦轉(zhuǎn)矩小、功耗小、無磨損粉塵、環(huán)境清潔、維修工作量極小是真空設(shè)備轉(zhuǎn)軸實現(xiàn)零泄漏最佳的密封技術(shù)。

       磁流體密封的技術(shù)核心包括兩個方面: 一是適合密封使用條件的磁流體的制備; 二是密封裝置的結(jié)構(gòu)與磁場的設(shè)計與制造。磁流體一般包含三個組分:

① 鐵磁性納米級顆粒;

② 包裹顆粒的穩(wěn)定劑;

③ 一種適宜的液體作液態(tài)載體。

        密封件的結(jié)構(gòu)與磁場設(shè)計要考慮磁液特性、軸的大小與轉(zhuǎn)速、溫度環(huán)境、工作介質(zhì)特性、密封件與主機的連接方式等諸多因素。下面從設(shè)備類型、運行工況和與之配套的磁流體密封件特點作簡單介紹。

1、單晶爐傳動軸密封

        單晶爐傳動軸包括坩堝轉(zhuǎn)軸、晶轉(zhuǎn)軸、晶升軸。其特點是轉(zhuǎn)速一般都不高, 最高不超過50r/min。工作溫度不超過120℃。真空度要求一般也不是很高,有的3Pa 已滿足要求。泄漏率要求較高, 美國KAYEX公司規(guī)定為1×10^-9std. cc/sec He。我們從事單晶爐傳動軸磁流體密封件生產(chǎn)已經(jīng)近三年。配套主機包括T62、T70、T80型單晶爐、860D型單晶爐, CG23000型單晶爐、6000 型單晶爐,又從事進口單晶爐的改造。軸的類型包括實心軸和空心軸。根據(jù)軸的材質(zhì)不同, 密封件有帶導(dǎo)磁套者, 也有不帶導(dǎo)磁套者。連接方式則有法蘭式和螺紋式之分。當(dāng)工作溫度超過80℃,密封件本身就必須帶水冷式結(jié)構(gòu)。密封件所用磁液則需選擇恰當(dāng)?shù)拇呕瘡姸�、粘度等性能指�?biāo)。實際使用效果表明, 我們所配單晶爐傳動軸磁流體密封件完全能夠滿足主機對密封性能的要求, 且達(dá)到了三年免維修、仍繼續(xù)正常運行的良好狀態(tài)。

2、鍍膜機擋板軸、工作轉(zhuǎn)動軸和電極轉(zhuǎn)動軸密封

        鍍膜機的類型、規(guī)格較多, 工作條件與技術(shù)要求各異, 但都存在電極與軸類動密封問題。其主要特點是: 真空度普遍要求較高, 達(dá)到10^-4Pa,軸的轉(zhuǎn)速也較單晶爐高, 且在某些情況下有軸向往復(fù)運動的要求, 這是磁流體密封的難度所在。此外, 一些直徑超小的軸類, 其密封件的結(jié)構(gòu)設(shè)計也不能采用常規(guī)辦法。我們在為成都南光實業(yè)有限公司配套鍍膜機磁流體密封件過程中已克服了上述障礙, 取得了良好效果。軸向3mm 往復(fù)運動的磁流體密封經(jīng)過實踐檢驗, 證明是可行的。Á 6超小直徑軸類磁流體密封件結(jié)構(gòu)也經(jīng)受實踐考驗, 并且從理論上說更小一點的軸徑也應(yīng)該可行。

3、真空加熱爐(包括真空擴散爐、真空釬焊爐、真空熱處理爐等) 傳動軸密封

        此類設(shè)備對真空度的要求也較高, 如釬焊爐要求10^-4～10^-5 Pa,且軸徑較大,電機轉(zhuǎn)速很高, 大多采用二級馬達(dá), 轉(zhuǎn)速高達(dá)2940r/min, 工作溫度亦較高。因此, 在設(shè)計這些軸類磁流體密封件時, 必須采取如下措施: 首先, 磁流體密封件本身必須帶冷卻水結(jié)構(gòu)。這是因為磁流體工作溫度一般不應(yīng)超過80℃, 即使工作環(huán)境溫度不高, 但是軸徑較大, 轉(zhuǎn)速又很高, 在運轉(zhuǎn)過程中磁流體本身也會發(fā)熱, 密封件本身需要水冷。有資料介紹, 當(dāng)軸的線速度達(dá)20m/s以上時需水冷, 20m/s以下時不需水冷, 而我們的試驗證明, 當(dāng)軸的線速度達(dá)到12m/s 以上時, 磁流體發(fā)熱現(xiàn)象就已比較明顯, 就應(yīng)該采取水冷措施。

         其次, 對于高速旋轉(zhuǎn)的軸來說, 離心力對磁流體的影響不可忽略, 在密封組件的結(jié)構(gòu)設(shè)計上應(yīng)采取相應(yīng)措施。

         第三, 則是軸與極靴同心度問題。由于這類軸較大, 且轉(zhuǎn)速很高, 如何保證軸與極靴間的間隙既能滿足密封要求, 又不至于因太小甚至沒有間隙而互相蹭磨, 是為結(jié)構(gòu)設(shè)計必須十分注意的問題。我們?yōu)槎�汽東風(fēng)公司刃具廠工具研究所改造從美國進口的擴散爐, 用我們的磁流體密封件代替美國進口件取得了良好的效果。為蘭州真空設(shè)備廠配的釬焊爐密封件既有立式軸與有臥式軸, 都獲得了成功。當(dāng)然也有教訓(xùn), 出現(xiàn)過因為軸與極靴的同心度沒有得到充保證而導(dǎo)致失敗。咎其原因, 主要是因為我們沒有充分注意到原設(shè)備的同心度要求不高, 又不想對其做太大的改變。這個問題我們在蘭州真空設(shè)備廠和首都機械廠都遇到過。一旦注意了這個問題, 并采取相應(yīng)的設(shè)計措施, 問題都不難解決。

        真空加熱爐的另一個特點是, 有些真空爐, 如真空淬火爐, 除了加熱過程要求真空條件以外, 在淬火階段又有充0. 6M Pa 甚至更高壓力的N 2 氣的工藝要求。對于這種情況, 磁流體密封件也是可行的。實際上1M Pa 以下的壓力對于磁流體密封件來說, 結(jié)構(gòu)上差別不大。因此, 磁流體密封技術(shù)是真空熱處理爐實現(xiàn)高壓淬火最有力的幫手。

       真空設(shè)備還很多, 如真空泵等, 都有軸類動密封問題。我們成熟的磁流體真空密封和氣體壓力密封技術(shù)一定能助一臂之力, 使我國的真空設(shè)備更加完美, 品質(zhì)更加優(yōu)良。