磁流变液是一种新型智能材料,其独特的流变性使其在很多领域中备受xx。离心机过临界技术是离心机研制中的关键技术。为了探索过临界的新方法,该文将磁流变液引入离心机下阻尼器的设计中,从理论和实验2方面对使用磁流变液下阻尼器的离心机转子在通过临界转速时的振动特性进行研究。结果显示:通过调节磁流变液阻尼器的外加磁场,可以使离心机转子无共振通过系统二阶临界转速;磁流变液阻尼器比传统的离心机阻尼器具有更为显著的减振效果。

    关键词：离心机;磁流变液;临界转速;不平衡响应

    中图分类号：O328文献标识码:A文章编号:1000-0054(2008)03-0388-05

    气体离心法分离同位素从产生至今已经有70多年的历史,在离心法的发展过程中,如何提高离心机的单机分离能力是最突出的技术问题。研究表明,要提高离心机的分离能力主要有2个途径:一是提高转子的线速度,二是增加转子的有效长度,而转子转速和长度的增加就可能使离心机需要工作在超临界状态[1]。

    磁流变液(magnetorheologicalfluid)是在20世纪40年代出现的可控流体,在外加磁场的作用下,其力学特性,即弹性、塑性和有效黏度等会产生连续、可逆、可控的变化,响应时间在ms量级[2]。本文从磁流变液的流变性在振动控制中的应用出发,通过改进离心机现有阻尼器的结构,利用磁流变液代替原来的阻尼油,对离心机转子通过临界转速时的振动特性进行研究,讨论磁流变液阻尼器在离心机过临界技术中的具体应用。

    1　磁流变液简介

    1.1　磁流变液

    磁流变液由3种主要成分组成:分散的铁磁颗粒、绝缘载液和稳定剂。第1个组成部分铁磁颗粒是直径大约为1～10μm的小球,比较常见的磁性颗粒是具有高磁导率的羟基铁软磁粉末。第2个组成部分是绝缘载液,一般优先考虑的载液有硅油和合成油。磁流变液的第3个组成部分是稳定剂,其作用是使铁磁性颗粒在载液中保持悬浮状态。

    1.2　本文使用的磁流变液

    考虑到离心机系统的特殊性,本文采用的磁流变液必须满足以下要求:在无外加磁场作用时初始黏度与原挤压油膜阻尼器的阻尼油黏度相当,真空性能高,时间稳定性好。

    针对以上要求,本文选择具有较低黏度的甲基硅油作为载液,使用这种硅油配制的磁流变液在具备良好的流变特性的同时,其初始黏度可以满足实验需要。另外这种硅油在原挤压油膜阻尼器中也作为阻尼油使用,真空性能高。在磁性颗粒的选择上,常见的羟基铁磁粉末就能满足实验需要。为提高磁流变液的时间稳定性,本文选用油酸作为表面活性剂对羟基铁磁粉末进行处理,并在磁流变液中加入少量的硅凝胶作为添加剂来进一步改善磁流变液的稳定性。使用上述材料,通过高速球磨掺混机的作用,最终配制出的磁流变液在室温(20℃)时初始黏度μi=0.52Pa.s,与原阻尼油的μo=0.46Pa.s相差不大。

    2　磁流变液下阻尼器的设计

    2.1　离心机下支承结构优化

    离心机下支承的结构优化主要表现在阻尼芯的支承形式和油膜结构。按照挤压油膜理论,要减小阻尼力系数和附加质量,应当减小挤压膜长度和加大挤压膜间隙。调整挤压膜长度和间隙一定可以找到一组结构参数,使下阻尼器的质量和阻尼力系数分别达到各自的{zj0}值。挤压膜长度改变对于附加质量的影响比对阻尼力系数的影响明显,而改变挤压膜间隙对于调节阻力系数更为有效。通常,利用上述更改挤压油膜的厚度和长度等手段来调节阻尼器动力学性能参数的手段称为离心机下阻尼器传统的结构优化方法[3]。

    2.2　磁流变液下阻尼器的设计

    在设计磁流变液阻尼器的过程中,应当考虑以下几个主要问题:首先要保证在外加磁场条件下磁流变液会产生流变效应;其次在原阻尼器中阻尼油同时起到润滑小轴的作用,而磁流变液显然不能满足这一要求,所以必须使阻尼液和小轴润滑油分开;{zh1}要考虑磁流变液阻尼器在无外加磁场的条件下的初始性能要与原普通阻尼油下阻尼器相当。

    实验表明,在下阻尼器底部施加磁场可以保证磁流变液流变效应的产生,而且磁流变液黏度和屈服应力相应于磁感应强度的变化也可以满足实验要求。为达到使磁流变液与小轴润滑油分隔的目的,适当增加了阻尼芯油膜作用面的高度,并对其形状进行了必要的改动,同时将小轴所在的阻尼芯部分进行单独处理,使之与充满磁流变液的阻尼器其他部分进行隔离。

    挤压油膜理论表明,挤压膜长度的增加会使阻尼力系数和附加质量增大,为了保持阻尼器的性能