①沈阳市科委攻关计划资助项目项目编号：2001228自从1965年PappelP用湿式机械粉碎法制出实用的Fe34磁性液体以来，磁性液体及器件的产业化已有30多年的历史。从60年代美国宇航局用磁性液体解决宇宙服可转动部分的密封及在空间失重状态下的燃料补充问题至今，磁性液体已广泛应用于密封技术、传感技术、阻尼技术、润滑技术、能量转换技术和精密轴承技术等领域2.全世界每年都有数以万计的磁性液体元器件上市。磁性液体密封是磁性液体的产业化过程中早出现的技术，其应用范围从真空密封，气体密封扩展到液体密封。密封介质为液体时，磁性液体密封的稳定性和持久性（和气体介质比较）明显减小，因为磁性液体和被密封的液体介质的分界面上，两种液体彼此溶解或乳化，磁性液体密封的寿命依赖于两种液体分界面上发生的许多物理现象和化学现象。由于液体密封在实用上的重要丨性国内外都重视研究液体的磁性液体密封技术3~7.本文将高粘度磁性液体8（粘度要大于105mPa°s，饱和磁化强度要大于10A°m2/kg）和密封技术应用于油田专用管式抽油泵（柱塞泵）的间隙密封，以提高泵效，增产原油。抽油泵的磁性液体密封是利用磁场，在柱塞与泵筒的间隙内形成磁性液体密封环来阻塞油液的一种密封。从密封介质讲是液体密封，从运动形式讲是往复运动的磁性液体密封6.油井的情况复杂，对不同的油井，原油中含水，含沙情况不同，原油的粘度也不同，如稀油，稠油，高凝油等。

　　抽油泵工作于井下1000~2000m深处，液体介质的温度高（约70°C），而且柱塞的往复运动行程大。这些情况都增加了应用磁性液体密封的难度。实际上，磁性液体密封技术应用于油田抽油泵，难于达到严格不泄漏的密封，因为柱塞往复运动行程大，密封间隙很难保持严格不变，而且磁性液体也有散失。但是通过磁性液体密封，减少漏失量，提高泵效是可能的。

　　磁性液体的一个重要性质是在磁场中能排挤出其中非磁性物体颗粒。由于这种性质，在抽油泵中采用磁性液体密封技术后，使泵具有一定的防沙功能。由于油井下面的原油中含有细沙，使抽油泵常常出现卡泵现象。磁性液体密封的防沙功能，有利于防止卡泵现象，可延长抽油泵的工作周期，减少检泵次数。

　　1柱塞泵的磁性液体密封结构给出柱塞泵的间隙密封结构示意图，主要密封件是磁环和环形极靴，它们都是装在圆筒形柱塞的表面壁上。磁力线由磁环的N极出发经过极靴、间隙（其中充满磁性液体）、泵筒壁后进入磁环的S极而构成闭合回路。抽油泵工作时，柱塞圆筒和泵筒间隙处的磁性液体在极齿磁场的作用下形成密封环。为了提高耐压能力，极齿作成多极，而且采用了多层磁环结构。由于柱塞与泵筒的相对运动是沿轴线方向的滑动运动，间隙处的磁性液体的散失是难免的，这就影响磁性液体密封持续的寿命。为了延长磁性液体的有效密封时间，采用了补偿磁性液体的结构，就是在极靴中设计了能储存磁性液体的环形槽（用细孔道与极齿相连），能不断补充磁性液体。将这种磁性液体密封件应用于柱塞泵，能大幅度延长磁性流体的有效密封时间。

　　1.柱塞圆筒壁2泵筒壁，3.磁环，4隔磁环5.极靴，6.储存环槽柱塞泵的磁性液体密封结构示意室内试验结果为了确定这种密封结构的效果，在室内进行了打压试验。密封和漏失量试验的介质使用GB252―81《轻柴纟油〉中的10号轻柴油。表1给出了普通极泵加磁性液体密封结构前后漏失量对比。结果表明，加密封结构后在相同配合间隙下漏失量明显减少，二级配合间隙泵漏失量为一级泵漏失量。表2给出了相同漏失量磁性液体密封泵与普通泵间隙比较。结果表明，同泵径同漏失量的普通泵与磁性液体密封泵比较，磁性液体密封泵可有较大间隙，所以即使泵有磨损照样能正常运行。表1普通极泵加磁性液体密封结构前后漏失量对比泵型公称直径间隙等级试验压力（MPa）大漏失量（ml/min）加密封结构前加密封结构后管式令56管式令56管式效的情况下，磁性液体密封抽油泵仍能有效地工作。

　　表3磁性液体密封抽油泵现场运行试验数据井号①普通泵平均曰产量②磁性液体密封泵平均日产量泵效比曰增油统计天数（天）累计增油液油含水液油含水曙15洼31洼13洼17兴82茨23曙06曙3曙9曙6平均注：产液量为0表示施工前抽不出油。

　　表4磁性液体密封抽油泵的泵效表2相同漏失量磁性液体密封泵与普通泵间隙比较泵型公称直径试验压力（MPa）漏失量间隙等级备注普通管式磁性液体密封管式泵I级普通泵大漏失量2894ml/min 3现场运行效果表3和表4中列出了部分试验数据，表的井号栏中洼、兴、茨、曙等标记表示辽河石油勘探局所属不同采油厂。试用结果表明，磁性液体密封抽油泵和普通泵比较，泵效平均提高25以上，同时延长了了检泵周期。即使在抽油泵磨损，间隙变大，普通泵失井号（曙采）泵效（）4结论（1）油泵的磁性液体密封是在间隙密封基础上采用的一种辅助密封，其主要作用是提高泵效，减少油液的泄漏量，增产原油，并具有一定的防沙作用。

　　实验中采用的聚酰亚胺模塑粉是一种热塑性树脂，用于填充丁腈橡胶时可起到一定的补强作用3.一般而言，填充硫化胶的破坏是发生在橡胶一填充剂的相界面上4.当丁腈橡胶中存在聚合物粒子时，由于裂纹的曲线发展以及破坏应力由一个树脂填充剂粒子向另一个粒子转移，而使破坏途径延长，从而可以起到阻碍断裂的作用。此外，聚酰亚胺填充丁腈橡胶时，聚酰亚胺与丁腈橡胶之间发生了一定程度的化学反应，增强了橡胶与填料之间的结合强度，从而使复合材料的体积溶胀比降低。随聚酰亚胺含量的增加，一方面填料粒子的数量增多，另一方面填料与橡胶间的化学反应增强，共混程度增加，所以，复合材料的力学性能得到了一定程度的增加5.当聚酰亚胺填充量过多时，聚酰亚胺之间发生融合，形成尺寸较大的粒子，以致于在这些地方形成破坏发生的发源地，聚酰亚胺填充量越大，这种作用越强烈，复合材料中的缺陷越多，从而造成复合材料的力学性能下降。并且，聚酰亚胺与橡胶间的化学反应在达到一定程度后不会因填料的增加而加强，相反，由于聚酰亚胺自身聚合作用的增加，两者的相容性下降，橡胶的耐溶剂性能反而下降。

　　聚酰亚胺填充的丁腈橡胶其摩擦系数随聚酰亚胺含量的增加而降低，这一方面与材料的硬度变化有关，另一方面也是因为聚酰亚胺自身的摩擦系数要大大低于丁腈橡胶。复合材料的磨损则主要依赖于复合材料物理机械性能的变化。

　　3结论聚酰亚胺填充丁腈橡胶，可以明显提高复合材料的物理机械性能和摩擦学性能，当聚酰亚胺含量为橡胶质量30时，一方面由于填料粒子对裂纹的阻止作用，另一方面由于两者形成共混体系，使复合材料获得了佳的强度。