[发明专利]一种磁性液体密封环截面形状及密封耐压的计算方法

权利要求书

1.一种磁性液体密封环截面形状的计算方法，其特征在于，包括：

S1、基于密封结构计算所述密封结构中的磁场分布；

S2、沿所述密封结构的转轴径向为x方向，轴向为y方向，在密封间隙内建立二维坐标系，在x方向等距划分x_j，在每一个x_j处拟合y与磁场强度H的关系式y(H)；

S3、假定密封环截面的初始形状，分别用y₁和y₂表示第一和第二密封环截面自由界面的形状曲线，计算曲线y₂与极靴极齿表面的交点的横坐标ξ；

S4、在所述第一和第二密封环截面自由界面、转轴表面、极齿表面限定的计算区域内，计算所述磁性液体的周向流速方程以得到所述第一和第二密封环截面自由界面上的周向速度分布；

S5、基于所述周向速度分布，计算每一个x_j位置处的积分；

S6、将积分值代入密封环截面边界的应力平衡方程中，得到两自由界面上每一个x_j位置处的磁场表达式，所述磁场表达式包含未知量C_i；

S7、基于所述磁场表达式、y(H)以及磁性液体体积方程求解C_i，并基于C_i求解第一和第二密封环截面自由界面形状曲线；

S8、循环执行S3-7计算第一和第二密封环截面自由界面形状曲线，基于每一次的结果进行收敛判断，相应于当前形状曲线通过所述收敛判断，基于所述截面曲线输出截面形状结果。

2.根据权利要求1所述的磁性液体密封环截面形状的计算方法，其特征在于，在S1中，使用有限元法求解所述密封结构中的磁场分布。

3.根据权利要求1所述的磁性液体密封环截面形状的计算方法，其特征在于，在S2中，应用多项式拟合y坐标与磁场强度H间的关系式y(H)，并根据拟合标准差大于0.99的限值决定多项式的阶数，在转轴与极齿间的空间采用分段函数以获得高精度拟合关系。

4.根据权利要求1所述的磁性液体密封环截面形状的计算方法，其特征在于，在S3中，假定密封环截面初始形状的自由界面与过极齿顶点的磁力线一致。

5.根据权利要求1所述的磁性液体密封环截面形状的计算方法，其特征在于，在S4中，应用边界元法求解磁性液体的周向流速方程。

6.根据权利要求1所述的磁性液体密封环截面形状的计算方法，其特征在于，在S5中，每一个x_j位置处的积分计算公式为：

式中，为x_i位置处的周向速度值，ρ为磁性液体的密度，a为密封间隙大小，v₀为转轴转速，μ₀为真空磁导率，M_s为磁性液体的饱和磁化强度，R为转轴半径，H_c为密封间隙内的最大磁场强度。

7.根据权利要求1所述的磁性液体密封环截面形状的计算方法，其特征在于，在S6中，基于密封环截面的两自由表面设定C_i为C₁和C₂，所述磁场表达式为：

式中，C₁和C₂为未知量，C₁和C₂之间的关系式为：

C₂＝C₁-Pm

式中，其中Δp为密封压力差。