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作为水电工程重要装备之一的水轮机的发展对水电事业影响重大。目前,水轮机主轴主要采用填料密封、橡胶平板密封、叶片密封、端面密封等接触式密封形式,但因主轴易磨损,泄漏量大,严重时会使水轮机无法工作,需要停机对主轴进行检修,机组寿命被缩短,也会造一定的经济损失。将磁流体密封技术运用于水轮机主轴密封中,研究疏水磁流体,设计出适合水轮机主轴的磁流体密封装置,使运动件和静止件之间无刚性接触、无磨损,并且可自行修复,能够长时间可靠地工作,可以有效地解决水轮机主轴的密封问题。磁流体作为一种新型的功能材料,以其独特的性质在应用领域得到了越来越广泛的推广。和传统的机械密封相比,磁流体密封具有密封严密、泄漏率低、可靠性高、无污染及能够承受较高转速等优点。本文运用有限元方法对水轮机主轴磁流体密封结构磁场进行分析,并通过试验对分析结果进行验证,本文主要研究内容和成果如下:1)对水轮机主轴密封结构进行设计,对该结构中各材料进行选型:磁流体为氟醚油基,磁源选择NdFeB永磁体,极靴材料选用10号钢,外壳采用材料为1Cr18Ni9Ti合金。为满足不同轴径和不同应用水头的水轮机主轴密封需求,对上述结构进行了改进设计,并对各结构参数进行说明。2)利用有限元仿真软件对以上结构进行仿真计算,并通过试验分别对磁流体自身性能、密封间隙、极靴磁极角度数、密封间隙和主轴转速对密封承压能力的影响进行验证,研究表明:水轮机主轴磁流体密封耐压能力随着密封间隙的增加而逐渐减小,密封间隙为0.2~0.6mm时可满足各工况需求;双倾角梯形齿结构中,随着倾角度数的增加,密封耐压能力先增加后减小,密封角度数在40°~70°时密封能力最强;随着密封级数的增加,密封承压能力逐渐增强直至稳定;动态工况下随着转速的增加密封能力逐渐减小。3)在磁流体密封装置中,齿槽(波谷)与齿尖(波峰)对应的磁感应强度差最大值ΔBsum对不平衡旋度影响较大,ΔBsum越大,此处纳米磁流体不平衡旋度越明显,纳米磁流体不平衡扭矩越大,密封压差越大,密封能力越好,摩擦功耗越大,反之亦然。