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环冷机磁流变液密封理论与试验研究

周洪亮  
【摘要】:我国钢铁行业的快速发展,尤其是高炉生产技术的不断进步,使得烧结矿的冷却成为烧结生产过程中必不可少的重要环节,同时也促使烧结矿冷却设备日趋完善,其中以环式冷却机冷却技术最为突出,且应用范围最为广泛。随着烧结机的大型化发展,鼓风环式冷却机正在逐步取代抽风环式冷却机,成为大中型钢铁企业的主要冷却设备。鼓风环式冷却机具有厚料层操作、冷烧比小和废气温度高等优点,但是由于结构设计原因,鼓风环式冷却机存在严重的漏风问题,其影响主要有两点:一是系统漏风严重,致使风机能耗大,冷却效果较差;二是漏风问题造成冷却废气余热温度较低,利用率小,导致大量的余热废气被排入大气,造成了能源浪费和环境污染。针对上述问题作了如下研究: 根据磁流变液在磁场中具有流变特性,以静磁场和磁流变液流体动力学理论为基础,将磁流变液看作Bingham流体,推导了磁流变液在静磁场中所受磁场力公式。根据牛顿流体剪切应力基本准则,得到了磁流变液在磁场中的屈服应力本构方程,并对磁流变液的工作模式进行了分析,为磁流变液密封结构的设计提供了技术指导。 对环冷机主体结构进行了分析,结合磁流变液工作模式和环冷机工作原理,对环冷机磁流变液密封结构进行了设计,建立了磁流变液密封耐压方程,并采用数学恒等式法得到了耐压方程近似解,为磁流变液密封技术的应用提供了理论参考。 对环冷机磁流变液密封磁流耦合模拟问题进行分析,利用有限元软件对磁流变液密封进行了仿真模拟。建立了环冷机磁流变液密封有限元模型,推导磁流耦合基本方程,确定磁流耦合初始和边界条件,并将其输入软件进行有限元仿真,得到了不同间隙下的磁场和流场分布云图,验证了磁流变液密封的可靠性。根据磁流变液在非磁性隔板侧面和底面的屈服应力变化曲线,采用函数最佳逼近法得到了非磁性隔板处磁流变液屈服应力表达式,通过计算得到了非磁性隔板移动时所需拉力值,确定了环冷机磁流变液密封合理密封间隙的大小,为磁流变液密封技术的应用提供了数值依据。 根据实验要求,搭建了磁流变液密封实验台,研制了环冷机磁流变液密封实验装置,对磁流变液密封装置气密性,最大耐压压力和非磁性隔板移动所需拉力进行了测试,为磁流变液密封装置的设计和磁流变液密封技术的应用推广提供了技术支持。


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