专利名称：磁隔离密封型往复泵的制作方法
在工业生产中，往复泵被广泛应用于矿山、电厂、水泥厂、石化等部门，用以输送尾矿浆，电厂灰浆，水泥料浆，原油等介质。
往复泵的简单原理结构如
图1，图中(1)为进口阀、(2)为出口阀(3)为活塞，活塞往复运动时，就可输送矿浆。
由往复泵的结构和实际工况可知，往复泵的关键是活塞和介质的隔离及活塞的密封。根据隔离的不同，目前往复泵主要有油隔离泵，隔膜泵和水冲洗泵等。
为了简化往复泵的结构，提高泵的效率和使用范围，现提出一种新型的往复泵。
本发明的往复泵暂称磁隔离密封型往复泵，简称磁泵，其简单结构如图2。图中，(1)是主传动齿轮，(2)是连杆，(3)是柱塞罐套，(4)是柱塞，(5)是电磁铁，(6)是出口阀，(7)入口阀。在柱塞、柱塞罐间充满磁性流体。
本发明往复泵的关健是采用磁流体做为柱塞罐内隔离和密封材料。
一、磁流体和磁流体力学磁流体是70年代发展起来的新技术，它是将导磁微粒均匀分布在非导电性液体中，形成胶体溶液，在制作上应使微粒表面吸附有油酸等界面活性剂。产生斥力，并利用布郎运动作用，使微粒在强磁场下不会因为凝聚和重力作用而沉淀，微粒的直径在5～10毫微米。
对于磁性流体的力学研究，我们可以参照普通粘性流体的运动方程式来讨论以磁力为主的质量力的影响。
式中μ0为真空中的导磁率，M为磁性流体的磁化强度，H为磁场强度，箭头为矢量符号。
另外，在磁性流体的自由界面上，由于麦克斯韦应力的关系，还作用着一个压差。
PO-Pi≌(μ0/2)M2n (2)式中PO，Pi为自由界面内外的压力，Mn为磁化强度在与界面垂直方向上的分量。
磁性流体的磁化强度M可由下式清楚地表示出来M＝nmL(ζ-1) (3)式中n为微粒的密度，m为微粒的磁矩(m＝MsV)而L(ζ)＝Cothζ-ζ1(ζ＝μ0mH/KT) (4)其中Ms为磁性流体微粒的饱和磁化强度，V为微粒的体积。K为玻尔曼常数，T为温度。
在磁场下，磁性流体的粘度将会增大，即是nH＝ns+△n式中ns为未受磁场作用时的粘度，△n为受磁场作用后增加的粘度。
二、磁流密封的基础研究
(1).密封耐压磁流体密封可以用图3所示的装置来分析，通过永久磁铁在轴和箱体之间构成磁回路，在其微小的间隙里注入少量的磁性流体，从而实现密封。
如果考虑式(1)和式(2)，密封耐压为ΔP=P2-P1=μ0∫H1H1MdH+μ02{Mn2(2)-Mn2(1)}(5)]]>但如图3的场合，在磁性流体的自由面上，磁力线大致是沿着自由界面的(Mn≈0)，而且H2》H1≈0，所以式(5)可以用式(6)来求△P≈μ0
H2(6)现取H1＝0，H2＝1.8×10安/米，M＝2.25×10牛顿/米，则△P≈5兆帕。
(2)磁极结构从式(6)可以看出，密封耐压要受磁性流体中磁场强度分布的影响，所以影响磁场分布回路的构成，特别是磁极前端的形状设计相当重要。
对于这个问题，国外已进行了大量的研究，在要求耐压较高的情况下，通常采用多级密封，图4是多级密封结构，通过理论计算，Lt/Lg＝2，Ls/Lg＝2.5～3是令人所望之值。密克勒夫等人用图4的6级密封(α＝45°，B/Lg＝40，Lt/Lg＝3)进行实验后得出
△PN＝(0.64N+0.36)△P1⑦式中N为级数，△P1为每级的耐压能力。
(3)速度的影响在磁流体密封中，存在着因磁极间运动而引起摩擦矩增大，以及由于高速下摩擦发热引起的液温上升的问题，对此，国外有人已作了研究，认为在V≥20米/秒时，有必要设冷却状置。对于磁性流体量供给充足的场合，已经实验证明了密封耐压几乎不受速度影响(V＜20米/秒)。但有文献说，在大磁场梯度下，磁性流体长时间保持静止(或低速)状态，那么，随其时间的增长耐压也增大。
(4).磁性流体其它特点(a)磁性流体在受到磁场的作用后，由于铁磁物质磁滞特性，使得磁性流体代有剩磁，这个特性将使它能自动地附在铁磁物质上。
(b)磁性流体在受到磁场作用时，将呈胶状。如与其它与磁流体不相溶的液体相混时，它将保持着明显的界面。为此，有人按图5的形式做过实验，证明这个界面很稳定，而且磁流体的耐压力与(6)相符。
(c)磁性流体有润滑性，它的润滑性与其基液有关，只是粘度增加了△n，当基液于固时，磁流体就失去了密封特性。
(5).涡流的影响用磁流体做动密封时，由于磁场的存在，运动部分会产生涡流，这个涡流会使密封部分发热。从目前已知材料看，在磁极间速度＜20米/秒时，可以不考虑之。
为了减小涡流损失，应尽量减少运动部分的体积，柱塞要求做成空心，这样，即可减少涡流损失又可减轻柱塞重量。
通过前面对磁性流体特性的分析，我认为磁流体特别适用于往复泵的隔离和密封。如泥浆泵等，为此，本人按图6的结构，以电厂灰浆做介质，以机油为液基制成磁流体密封的柱塞体，模拟泵的柱塞体，图中，①灰浆，②罐套，③活塞，④磁流体。经过实验，效果良好。这个实验虽然简单，但却说明了用磁流体做泥浆泵的隔离密封材料是可行的，它的耐压亦很大，如在20cm长的密封罐内，制成50道磁极，每个磁极按5MPa耐压计算。则罐内总的密封耐压有160兆帕之多。
三、柱塞、罐套部分结构往复泵的柱塞和罐套是泵的关键部分，本发明的柱塞体如图7a所示，图中①是罐套，②是柱塞，柱塞直径比罐套要小0.1～0.2mm。保证在柱塞和罐套间有一定间隙，罐套的内径上有N道凸起的磁极结构，如图7b所示，现取Lt＝1mm，Ls＝2mm。罐套的外径上有n道槽，做为直流电磁铁的下线槽，罐套的密封磁极长度L，按密封耐压的要求选，一般△PN＞3PeL1＝N(Lt+Ls)
其中△PN是各级磁极总的计算耐压能力，Pe是实际需要的耐压能力。△PM＞3Pe是由于磁流体密封在实际应用时，考虑了低粘度(减少摩擦阻力)，低蒸气压(防止蒸发)等特理性质以及温度的影响，耐压性能可能有所下降和泵内压力波动所致。
图8罐套前面的斜面是为了贮存一些磁流体的，柱塞行程的起止点，都在活塞罐密封套中，下面就图6来说明整个柱塞工作的，图8a是柱塞在吸程顶端。此时，斜口上贮存一些磁流体，图8b是柱塞在冲程顶端，在柱塞由吸程向冲程运动时，斜口中贮存的磁流体会因为代有剩磁而吸附在柱塞上，因此，柱塞在推进介质时，表面上有一层磁流体保护层，使介质不能直接附在柱塞上，而在柱塞由冲程向吸程运动时，柱塞表面的磁流体会重新聚集在斜口中，由于在斜口上的磁流体受到磁场的作用，能紧密地吸附在斜口上，而介质没受到这种力，因此会被排除其中，因此，磁流体能有效地隔离介质，防止其进入柱塞罐中。
本发明的柱塞和罐套可有多种形式，图9是其中一种。它的柱塞采用前端开口型，柱塞的侧壁被罐体包围，罐体两壁间的前端开通。这种结构，由于柱塞前端也被包围在磁流体中。因此，能更好地防止被输送介质进入柱塞密封端。它特别适用输送介质粘度较大的场合。
本发明的柱塞罐体，可以采用图10的结构，即罐套的内径是平滑的，不用凸型磁极。
本发明的柱塞和罐体，也可以采用图11的结构，其罐套和柱塞的前端采用磁流体做密封和隔离材料，防止介质进入柱塞罐，罐套的后端采用橡胶密封圈密封，图中，1是罐套，2是柱塞，3是密封圈。
总之，本发明的柱塞和罐套可做成多种形式，其关键是往复泵的柱塞和罐套采用磁性流体做隔离和密封材料。
四、柱塞和柱塞罐的磁场柱塞和罐体之间的磁场，影响着磁流体密封的耐压性能，磁场的产生可由直流电磁铁完成，它可产生强而稳定的磁场。
图12是柱塞罐电磁铁绕组示意图，图中1是绕组线圈，2是柱塞罐，3是磁流体，4是柱塞，图中的双点划线表示磁路。×·表示电流方向。
五、磁隔离密封型往复泵的特点本发明的往复泵可以输送多种介质，如矿山尾矿，电厂灰浆，原油，水泥浆料等。可广泛应用在石化，矿山、水泥厂等。由于本泵结构简单，柱塞密封性能好，亦可做为计量泵使用。
本发明的往复泵与现行的往复泵如油隔离泥浆泵，隔膜泵，水冲洗柱塞泵相比，具有结构简单，制造容易，冲程高，体积小，运行费用低、效率高和输送介质品种较多等特点。
本泵的另一特点是柱塞和罐套，除磁流体失效外，一般不用检修，柱塞和罐套的间隙量范围大(0.1～1mm)。不存在磨损间隙过大问题，柱塞的润滑由磁流体自身完成，磁流体或磁流体的基液应经常补充。
磁流体的连续动密封时间，国外已报道过有二年以上的事例。
本往复泵所选用的磁流体的基液，与所输送的介质有关，主要原则是要求基液不与所输送的介质发生化学变化或相溶。
权利要求
1.一种能输送多种介质的往复泵，如输送尾矿浆，原油，电厂灰浆等料浆，其特征是泵的柱塞和柱塞罐之间用磁性流体做隔离和密封材料，本泵的柱塞和柱塞罐可做成多种形式A、柱塞做成空心结构，柱塞罐的内壁有N道磁极，外壁有n道槽。B、柱塞罐内壁平滑。C、柱塞罐内有密封圈。D、柱塞前端开口，柱塞的侧壁被罐体包围，罐体两壁间的前端开通。
全文摘要
本发明是一种能输送多种介质的泵。如输送尾矿浆，原油、水泥料浆和电厂灰浆等料浆，本泵也可做为计量泵使用。本泵可广泛应用于矿山、石化、冶金、电厂等部门。
文档编号F16J15/56GK1035348SQ88104170
公开日1989年9月6日 申请日期1988年7月5日 优先权日1988年7月5日
发明者刘平, 刘水 申请人:刘平