磁流体密封具有零泄漏，小摩擦，低功耗，无磨损，无老化，结构简单和寿命长等优点，可以在高速下运行，尤其在旋转轴密封中具有独特的优越性，目前已用于气体和真空的密封。

磁流体是磁性流体的简称。它既具有磁性材料和液体的特性，又具有利用磁场控制流变性、热物理性和光学性能的能力。它是将超微磁粒通过界面活性剂高度分散在载液中而形成的一种胶体溶液（见图29.9-1），其中含有矿物油、有机硅液、有机氟液、许多其它液体和磁性材料（粒度＜10nm的磁铁矿、Fe和Co＝。为防止这些磁性颗粒材料产生凝聚，在颗粒表面包覆着一层活性物质（稳定剂）。作为密封用磁流体，其性能要求：稳定性好（不凝聚、不沉淀、不分解），饱和磁化强度高，起始磁导率大，粘度和饱和蒸汽压低。其它如凝固点、沸点、导热率、比热容和表面张力等也有一定的要求。表29.9-1和表29.9-2列出了几种磁流体的物理特性。

图29.9-1铁磁流体的组成

1— 铁磁性微粒；2—载液；3—表面活性剂

2— 表29.9-1几种磁流体的物理特性

载液	材料代号	饱和磁化强度M/A·m-1	密度ρg·cm-2	粘度①η×10-3/Pa·s	冰点t1/℃	沸点（气压为133.3Pa）tb/℃	起始磁化率/M·H-1	表面张力σ×10-3/N·m-1	导热率λ×10-2/W·（m·℃）-1	比热容C/kJ·（kg·℃）-1	膨胀系数③α×10-4/℃
二酯基	D01	2.51	1.185	75	-37	148.9	0.5
烃基	H01	2.51	1.05	3	4.4	76.7	0.4	28	14.6	1.72	2.78
	H02	5.02	1.25	6	7	76.7	0.8	28	14.6	1.84	2.67
碳氟基	F01	1.26	2.05	2500	-34.4	182.2	0.2	18	8.4	1.97	3.28
酯基	E01	7.54	1.40	35	-63.2	40	1.0	21	13	3.73	2.5
	E02	5.02	1.30	30	-56.7	148.9	0.8	26	13	3.73	2.5
	E03	2.51	1.15	14	-56.7	148.9	0.4	26	13	3.73	2.5
水基	A01	2.51	1.18	7	0	25.6②	0.6	26	58.6	4.2	1.61
	A02	5.02	1.38	100	0	25.6②	1.2	26	58.6	4.2	1.56
聚苯醚基	V01	1.26	2.05	7500	10	260	0.2

①剪切率＞101/s。

②气压为3.2kPa时的数据。

③平均温度在25～93℃

表29.9-2国外某些磁流体的性质

磁流体	W-35	HC-50	DEA-40	DES-40	NS-35	L-25	PX-10
外部形状	黑色液态	黑褐色液态	黑色液态	黑色液态	黑色液态	黑色液态	黑色液态
磁化，4πM/，T	0.036±0.002	0.042±0.002	0.040±0.002	0.040±0.002	0.030±0.002	0.018±0.002	0.010±0.002
密度（25℃）kg·m-3	1.35	1.30	1.40	1.40	1.27	1.10	1.24
粘度（25℃）/Pa·s	0.03±20%	0.03±20%	0.02±20%	0.03±20%	1.0±20%	0.3±20%
沸点（0.1013MPa）/℃	100	180～212	335	377			240～260（266.64Pa）
流动点/℃	0	-27.5	-72.5	-62	-35	-55	-35
着火点/℃		65	102	215	225	224	233
蒸汽压/Pa			333.31（200℃时）	66.66（200℃时）	0.33×10-6（200℃时）0.666（150℃时）
分散媒介质（载液）	水	煤油	二酯	二酯	醇酸萘	合成油	磷酸二酯
主要用途	密度分选	密度分选显象液	轴密封与扬声器轴承		真空密封扬声器轴承	磁盘用密封	场声器轴承

表29.9-3载液的特点及适用范围

载液	密度/kg·m-3	粘度/Pa·s	特点及适用范围
水或水基	1.18～1.38	0.007～0.100	通常承载比其它流体稍微大些，价格低廉饱和蒸汽压高以及水的冰点高
烃基	1.05～2.05	0.003～0.006	水解稳定性良好，粘度低，适用于高速场合饱和蒸汽压高，易挥发，限制最高使用温度＜100℃
酯基	1.15～1.4	0.014～0.035	饱和蒸汽压低，粘度低，润滑性较好，适用于真空或长期运行状况，也适用于低温
碳氟基	2.5	2.5	高粘度，低挥发性，具有不易燃，难溶解的特点，适用于化学性活泼介质的密封
二酯	1.18	0.075	高速下适用于低粘度，也适用于真空
醚基	2.05	7.5	饱和蒸汽压很低和化学稳定性极强，适用于高真空和强辐射场合

常用的几种磁流体的载液的特点及适用范围列于表29.9-3

图29.9-2中，圆环形永久磁铁1，极靴2和转轴3所构成的磁性回路，在磁铁产生的磁场作用下，把放置在轴与极靴顶端缝隙间的磁流体4加以集中，使其形成一个所谓的“O”形环，将缝隙通道堵死而达到密封的目的。这种密封方式可用于转轴是磁性体（图29.9-2b）和非磁性体（图29.9-2c）两种场合。前者磁束集中于间隙处并贯穿转轴而构成磁路，而后者磁束并不通过转轴，只是通过密封间隙中的磁流体而构成磁路。

图29.9-2磁流体的密封原理及其密封方式

a）剖视图；b）、c）剖面图

1—永久磁铁；2—极靴；3—旋转轴；4—磁流体

由于磁流体密封中，磁流体会有损耗，可考虑设置磁流体补给装置。因工作中温度升高会影响密封的耐压能力，故需装设冷却水槽。

图29.9-3为磁流体密封破坏过程示意图。当两则无压差时，极靴处密封液环保持正常形状（图a）；当两则有压差时，密封磁流体呈凹截面，但仍能保持正常形状（图b）；当两侧压差增大到大于磁流体密封的承载能力时，密封液环先开始变形（图c），然后迅速形成穿孔（图d），此时被密封介质通过针孔流到下一级。如果不断地增加压差，则密封液环遭到破坏（图e）；如果被密封介质通过针孔流到下一级，下一级压力增加，压差减小，针孔愈合（图b）。因此，多级磁流体密封具有一定的破坏压力和恢复压力。为安全起见，通常使工作压力小于各级恢复压力的总和，即要具有一定的备用级。

图29.9-3密封及密封破坏

a）密封不受压；b）密封受压；c）密封受压增强；d）密封穿孔；e）密封破坏

2.1密封的耐压能力

磁流体密封中，当聚焦结构（极靴）达到磁饱和时，间隙磁场强度可达（1.19～1.587）×106A/m。由于磁流体作为流体状态在磁场内服从修正的伯努利方程

式中ρ——磁流体的密度；

M——磁流体的磁通密度；

H——间隙中的磁场强度；

h——高出水平面的高度。

上式中前三项为静压能、动压能和位能之和，第四项为考虑磁特性的附加项。磁性项与其它每一项组合，就产生新的流体现象，构成铁磁流体动力学的基础。因此，在密封设计中既应考虑它的流体动力性能的参数（如密度、粘度、粘温关系以及流体的切应力等），又应当考虑它的磁性（磁饱和强度、由聚焦结构-极靴所产生的磁场梯度等）。实践表明，提高磁场强度将增加密封的承载能力，但随着流体粘度的增加，其切应力也增加，因而增加了动力消耗，并使流体的温度升高，温度升高，磁饱和强度将下降，而密封的承压能力下降。

式（29.9-1）可以预计单级密封的耐压能力，当外加磁场强度很大时可近似地取

式中MS——铁磁流体的饱和磁化强度（A/m）；

H——间隙中磁场强度（A/m）。

多级密封的耐压能力为

式中i——磁流体密封的级数。

上面两式说明，磁流体的饱和磁化强度愈大，磁场强度愈大，密封的耐压能力也就愈大。

一般磁流体密封每级的耐压能力为0.020～0.035MPa。只要通常磁流体密封的耐压能力比临界压差（密封破坏时压差）低25%，在此恢复压力下，可再恢复密封性。

给定级的耐压能力取于磁场强度，因此耐压能力可以通过增加磁铁尺寸来增强。同时磁场强度也可以通过减少转轴与极板间的径向间隙来增加。

图29.9-4表示径向间隙、压差和磁铁尺寸之间的关系。但间隙不能无限制地减小，因为边缘磁场效应限制了给定尺寸磁铁的最大磁场，同时间隙太小，会由于轴的机械振动引起机械摩擦。一般对于小直径的密封（d＜50mm），其间隙为0.05～0.25mm；对于大直径或跳动量较大的轴，可取间隙大于0.25mm。

图29.9-4磁铁尺寸增大时压差与径向间隙的关系

用PTFE添加玻璃粉、石墨或二硫化钼等可以制作V形圈。V形圈以多个圈成组安装，有一个凸面座和一个凹面座（图29.6-5）。这样可以提高密封效果和使用寿命。图c表示用波形弹簧增加自动接触力，从而起到预加载荷的作用并自动补偿V形圈的磨损。

表29.6-5V形密封圈及部件

a）V形圈组件，b）凸面座和凹面座；c）带波形弹簧的V形圈和组件

唇的截面内侧轮廓线为曲线，外侧轮廓线为直线，从而使得两个相邻环之间为点接触，以得到较高的挠性。唇的曲线使得套装在一起的密封圈形成单线接触，从而迫使各密封圈以最小的摩擦靠着相邻圈的45°斜边产生挠曲。

凹面座的作用是防止压力升高时密封圈变形，凸面座有助于唇自动起作用，并在承受压力时产生可靠的密封。

适宜的弹簧尺寸，应使密封圈圆周长度上的平均载荷为18～27N/cm。每套填料密封组件中V形圈的数量取3～5个。