磁性流体密封装置可行性研究报告.doc
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磁性流体密封装置可行性研究报告.doc
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科技型中小企业技术创新基金
可行性研究报告
项目名称:
磁性流体密封装置
申报单位:
沧州市通用建材机械有限公司
通讯地址:
沧州市西环中街82号
联系人:
岳新生
电话:
0317—2082493
传真:
0317—2082246
编制单位:
沧州市通用建材机械有限公司
二零零五年四月二十日
可行性研究报告目录
一、总论
1、概述……………………………………………………………………………………1
2、社会经济效益、进展情况、申请该基金的必要性…………………………………1
3、实施项目的优势和风险………………………………………………………………2
4、项目计划目标…………………………………………………………………………3
5、主要技术经济指标对比………………………………………………………………4
二、申报企业情况
1、申报企业基本情况……………………………………………………………………4
2、企业人员及开发能力论述……………………………………………………………5
3、企业财务经济状况……………………………………………………………………6
4、企业管理情况…………………………………………………………………………7
5、企业发展思路…………………………………………………………………………8
三、项目的技术可行性和成熟性论述
1、项目的技术创新性论述………………………………………………………………8
2、本项目的成熟性和可靠性论述………………………………………………………9
四、项目产品市场调查与竞争预测
1、本项目产品的主要用途………………………………………………………………9
2、本项目的目前的国内生产情况………………………………………………………9
3、本项目产品的市场预测………………………………………………………………9
五、项目实施方案
(一)、项目开发计划………………………………………………………………………10
(二)、技术方案……………………………………………………………………………11
1、磁性流体………………………………………………………………………………11
2、磁聚焦结构……………………………………………………………………………13
3、磁性材料的选择………………………………………………………………………14
4、应用实例………………………………………………………………………………16
(三)、生产方案……………………………………………………………………………17
1、生产主要设备…………………………………………………………………………18
2、原辅材料的来源、供应渠道…………………………………………………………18
3、生产场地和辅助设施…………………………………………………………………18
1、境保护、安全和工业卫生…………………………………………………………18
(四)营销方案……………………………………………………………………………19
六、投资预算与资金筹措
1、投资预算……………………………………………………………………………19
2、新增资金筹措………………………………………………………………………19
3、资金使用计划………………………………………………………………………20
七、经济、社会效益分析
1、产品成本分析………………………………………………………………………20
2、产品单位售价与盈利预测…………………………………………………………21
3、经济效益分析………………………………………………………………………21
4、项目投资分析………………………………………………………………………21
5、社会效益分析………………………………………………………………………22
八、项目可行性研究报告编制说明
1、本项目可行性研究报告编制单位情况……………………………………………22
2、可行性研究报告编制人员情况……………………………………………………22
一、总论
1、项目概述
磁性流体密封装置是一种新的转轴动密封方式,常用于真空密封,它是由不导磁外壳、轴承、磁极、永久磁铁、导磁轴、磁性液体组成,由于磁性液体具有超顺磁特性,在磁场的作用下,磁性液体会充满整个环形间隙,形成一个液体的“O”型密封圈,从而达到密封的目的。
我们在此基础上还进行了两个技术创新:
①磁液润滑②增加了补液孔(后面有详细说明),该产品的技术含量在国内同行业中居于前列,有的技术还居于领先地位。
它与一般的机械转轴密封相比较,具有无摩擦、耗功小、无噪音、零泄漏、长寿命等优点,主要应用在单晶硅炉、真空烧结炉、钎焊炉、镀膜机等真空产品的转轴密封上。
该产品技术已成熟,市场前景非常广阔。
2、社会经济效益、进展情况、申请该基金的必要性
磁性流体密封装置是在磁性液体的基础上发展起来的,磁性液体又称铁磁性流体,是一种新型高科技的纳米材料,随着这项技术的发展,它的重要性日益被人们所知,其应用领域还在不断扩大。
旋转轴动态密封问题,在某种程度上已经成了制约机械行业、仪器仪表、电子设备、航空航天、国防军事等科技和工业发展的瓶颈,磁性液体密封的出现成为解决这一问题的有效途径;生物医药方面,磁性液体血管密封的应用前景更是诱人,磁性液体用于诊断和治疗,已经成了治疗某些疑难病症(如癌症、脑血栓、高血脂等)的关键手段和希望所在,在人类与疾病作斗争过程中起到至关重要的作用。
近年来,企业界的有识之士对磁性液体的研究和应用要求的呼声越来越高,从某种程度上也催生和激发了我国磁性液体的研究和发展。
因此磁性液体密封这项技术成果有望在随后几年内实现产业化。
由于磁性液体密封有寿命长、无污染、零泄漏等优点,该密封装置在服务期内维护费用很低,仅此一项即可节约运营费用60%以上。
对国内现有相关设备75%进行磁液密封技术改造,每年可仅节约维修费用就可达1亿元,综合效益达3.8亿元。
目前,我公司该产品已完成设计定型,处于小试阶段,部分结构产品已批量生产,有如下结构:
实心轴悬臂式密封结构、实心轴法兰式水冷却密封结构、空心轴悬臂式密封结构、空心轴法兰式水冷却密
封结构等,规格型号有:
HFN-28-1、HFN-28-2、HFN-20、HFN-45、SFW-45、SFW-16等,产品已在河北宁晋松宫半导体公司、西安理工大学、辽宁锦州新日硅材料公司、廊坊松宫半导体公司等单位使用,用户反映良好(付用户报告复印件),经济效益十分可观,我们鉴于前期投入和已取得的良好成果,经公司领导研究决定有必要申请省支持的技术创新基金,以便能够在短期内完成扩大中试研发和一定规模生产,我们迫切需要获得创新基金的支持。
3、实施项目的优势和风险
本企业实施项目的主要优势:
(1)本企业是按照现代企业制度运作,具有独立法人代表资格的股份制企业,与中科院、中国矿业大学、哈尔滨工业大学等科研单位有长期技术合作关系。
公司领导充分利用股份制企业的机制优势,把尊重科学知识、开发引进高新技术成果、招揽和重视科技人才作为企业发展的重要方针,全力支持高新产品的开发与创新。
公司领导班子具有很强的市场开拓能力和很高的经营管理水平,尤其是在高技术成果转化方面,取得了良好的研发成果和上佳的经营业绩,多次得到市政府的表彰和奖励,因此说,为该项目的实施和完成,能起到保驾护航的作用。
(2)公司领导一贯重视科学,尊重知识,始终相信要生产出高品质的产品,就必须有高素质的员工和先进的工艺设备。
为此,公司专门设立了一个新产品技术开发部,由一名副总经理主管,该部拥有一批技术水平高、实践经验丰富的科研队伍,其中长期从事科学研究的博士导师1名,高级工程师3名,工程师4名和技师2名。
生产设备方面,公司投资100多万元购买研发、检测仪器。
(3)磁性流体密封装置是在磁性液体的基础上发展起来的,因此说它的寿命与注如其内的磁性液体很大的关系,如果没有具有适当饱和磁化强度和粘度、长寿命的磁性液体就谈不上实现密封的长寿命。
我公司于成立之初就开始研制磁液,至今我们已完全掌握了制作磁液的
技术方法,现已研制、生产了油基、脂基、水基等几大系列基液的磁性液体,这是我们的优势之一。
(4)小试生产的“磁性流体密封装置”产品技术已经成熟,经实际应用与性能检测,证明该产品使用可靠,性能稳定,其质量已得到“河北宁晋松宫半导体公司”、“西安理工大学”、“廊坊松宫半导体公司”等单位用户的认可。
实践证明,该产品具有以下技术优势:
①该产品的出现,解决了历来在精密机械与精密仪器中旋转轴密
封的一大难题。
②等扭矩传动,传动率为100%
③密封可靠,可达到零泄漏
④无机械磨损,使用寿命长
⑤磁液润滑。
我们根据磁液的的特点,将密封与润滑结合在一起,
采用磁性液体作为密封装置内轴承的润滑“脂”,即解决了密封问题,又起到润滑的作用。
⑥磁液补充孔。
这样用户在补充磁液时,不必拆卸,直接在孔里
注射,大大方便了用户。
(5)我公司已建立了比较完整的产品质量检测体系,制定了相应的企业标准,为实施国家产品标准和国际质量认证制造了良好的条件。
我公司已被国家认定为国家二极计量检测检验单位。
(6)近年来,国内外真空设备发展迅猛,在许多转轴密封装置上,磁性流体密封得到了广泛的应用,该产品潜在的市场需求量很大,目前国内该产品的生产能力和技术水平远不能满足市场需求,因此说该产品具有广阔的市场前景,我们已完全掌握了该产品的技术原理和制造工艺,有的技术在国内同行业中居于前列,所以说本企业实施该项目具有很大优势,但风险极小。
4、项目计划目标
(1)总体目标
本项目近期已完成投资160万元,项目执行期内计划新增投资240万元,其中企业自筹210万元,需申请创新基金无偿资助30万元。
2007年6月份项目完成时:
达到规模生产阶段,达到年生产“磁
性流体密封装置”2500套左右;企业人数达100多人,因本项目实施而新增加就业人数50人
(2)经济指标
项目完成时,在项目执行期内可累计实现工业增加值116万元,销售收入2000万元,净利润250万元,缴税总额106.25万元。
(3)技术、质量指标
产品质量标准执行:
Q/CTJ02—2003
技术应达到以下要求:
a.真空度可达10-5Pa
b.耐压力可达0.2MPa
c.泄漏率要小于10-11Pa•m3•S-1
5、主要技术经济指标对比见表
项目实施前后主要技术经济指标对比表
项目实施时间
技术经济指标
项目实施前
项目实施后
各项指标
满足中试需要
满足规模化生产需要
可达真空度(Pa)
≤10-3
≤10-5
耐压力(MPa)
0.15
0.2
泄漏率(Pa•m3•S-1)
<10-8
<10-11
使用温度范围
-20℃+70℃
-30℃+80℃
生产规模
小试
规模生产
年生产量
200
2500
年销售收入(万元)
70
875
年利润总额(万元)
21
260
二、申报企业情况
1、申报企业基本情况
企业名称:
河北省沧州市通用建材机械有限公司
通讯地址:
沧州市西环中街82号
注册资金:
400万元
注册类型:
有限责任公司
注册时间:
1999年9月
主管单位:
沧州市冶金机电办公室
2、企业人员及开发能力论述
(1)企业法定代表人情况:
姓名:
郝振吉
学业情况:
大专
所学专业:
企业管理
主要经历:
1971年—1980年沧州市电机厂工作,任车间主任
1980年—1990年沧州市通用机械厂工作,任车间主任
1990年—1998年沧州市利民机械厂工作,任该厂厂长
1998年—2003年沧州市通用机械厂工作,任该厂厂长
2003年—至今沧州市通用建材机械有限公司,任董事长
技术特长:
企业经济管理
创新能力和主要业绩:
公司法定代表人、董事长兼总经理郝振吉同志,勤奋钻研本岗位专业知识,积极进取,勇于创新,有很强的市场开拓能力。
在担任利民机械厂厂长期间,重新盘活了该厂,该厂当年就扭亏为盈。
由于能力突出,后被调入沧州市通用机械厂工作,任该厂厂长,为了适应现代市场规律的发展,该厂于2003年改制,组建了沧州市通用建材机械有限公司,在他的领导下,我公司于2004年被沧州市人民政府授予“沧州市先进集体”单位称号。
(2)企业人员基本情况
沧州市通用建材机械有限公司磁流体分公司现有在岗职工51人,其中大专以上科技人才13名,在中层以上管理人员当中,大学本科以上人员6名,直接从事本项目研发的科技人员7名。
随着项目的建设实施,管理、技术开发、生产、销售人员的比例分别为:
15%,13%,66%,8%。
(3)项目负责人的情况
项目负责人、高级工程师尤福祯同志,大学本科学历,机械制造专业,负责此项目前,在车间工作时任副主任一职,因工作成绩优异后调入技术科任科长,期间无论是技术水平,还是管理水平能力都非常突出,富有创新、开拓精神。
多次在《机械工程制造》、《当代工人》等杂志中发表过论文。
(4)新产品开发能力情况
我公司始终秉承着向高新企业发展的目标,不断寻求发展科技含量高、附加值高的产品,公司专门设有一个新产品项目开发小组,组长由总经理担任,一名副总经理担任副组长,小组成立后,落实各人员的责任,技术质检生产部负责新项目的设计,工艺论证及设备选型、负责所需设备进厂、安装、验收,负责生产原材料的检验及价格的认定;销售部负责新产品的广告、宣传、推销、;人事部负责该产品生产人员的调配;组长、副组长负责整个项目的进度,协调各部门的关系。
在新产品试制过程中,我们选择最优良的生产工艺,选用最先进的科研、生产、检测设备,以求能生产出最优良的产品。
在新产品研发中,继续加强与大专院校、科研院所的技术合作,根据市场需求开发新产品。
3、企业财务经济状况
本公司制定了严格的财务管理制度,对资金实行统一管理,统一控制,对资金出入有详细的记录,并建立起了成本考核体系,原材料实行比价采购等,公司财务状况良好。
下面是我公司2004年底财务状况的各项指标
总资产(万元)
5215
总负债(万元)
2510
固定资产总额(万元)
1251
总收入(万元)
1630
产品销售收入(万元)
200
净利润(万元)
146.7
上缴税费(万元)
83.6
流动比例(%)
222
速动比例(%)
104
总资产报酬率(%)
2.8
净资产收益率(%)
5.4
应收帐款周转率(%)
85
今后公司三年财务预测:
销售收入每年按30%递增,2007年销售收入可达2000万;效益按20%递增,2007年利润可达200多万,税费100多万。
4、企业管理情况
沧州市通用建材机械有限公司是按照现代企业制度运作的有限责任公司。
公司的最高权力为股东大会,各位股东股权明晰,企业法人为公司董事长兼总经理,管理体系实行董事会领导下的总经理负责制,采用股份期权的分配方式,把责、权、利有效地结合起来,总经理负责全面工作,具体到下面各项工作:
技术开发、安全生产、市场销售、财务主管、人力资源等分别由几位副总(股东)主管,推行项目责任制度。
企业管理机构如下图:
股东大会
董事会
监事会
总经理
副总经理
副总经理
副总经理
财
部
务
人
力
资
源
部
销
售
部
技
术
开
发
部
生
产
质
检
部
本企业结合自己的实际情况已建立了比较完善、健全的管理制度体系,,制定了相应的管理制度。
本企业产权明晰,具有独立的资产权,生产经营权,自负盈亏权。
公司通过了ISO9000质量管理体系
认证。
5、企业发展思路
沧州市通用建材机械有限公司是按照现代企业制度运行承担的有限责任公司,公司目前主要产品有建材产品、石油矿山设备、水泥制品设备、磁性流体等产品,公司始终以市场为导向,用市场需求来评估新项目,不断寻求发展科技含量高,附加值高的产品。
我公司于成立之初就涉足纳米级磁性液体的研制,至今已研制、生产了油基、脂基、水基等几大系列基液的磁性液体,我们在销售此产品的过程中,发现磁性液体目前的应用非常广泛,如在航空,航天、电子、仪表、机械、冶金、环保、医疗等领域都有应用,目前最精彩地用途是在各种工况下地动态密封。
磁性流体密封装置的出现有效的解决了旋转轴动态密封的问题,我们在进行了市场调研后,邀请了这方面的专家进行了可行性论证,公司决定投入一定的人力物力开发磁性流体密封件产品。
目前我们的小批量产品已投放市场,主要用在单晶硅炉、真空烧结炉、钎焊炉、镀膜机等真空产品的转轴密封上,在经过市场试销售使用过程中显示出了它的优异的性能和特点,具有等扭矩传动、零泄漏、无磨损、寿命长、无污染等特点,很受市场的欢迎。
鉴于前期投入所取得的成果和良好的市场前景,公司决策进一步扩大该项目的研发力度,逐步形成规模化生产。
使之成为我公司的又一创益点。
三、项目产品的技术可行性和成熟性分析
1、项目的技术创新性论述
磁性流体密封装置是由非磁性外壳、永久磁铁、环型磁极、轴承、导磁轴、磁性流体等组成,由于永久磁铁、磁极、导磁轴形成回路,又通过外壳和轴承定位,进而使具有超顺磁性的磁性流体在磁场的作用下形成“O”型密封圈,代替了常规的橡胶密封圈。
为使我们的产品更完善,综合考虑用户使用要求,我们进行了以下两方面的创新:
a、磁液润滑—我们根据磁性流体的特点,将密封与润滑结合在一起,采用磁性流体作为密封装置内轴承的润滑“脂”,即解决了密封问题,
又很好的解决了轴承的润滑问题,延长了磁性流体密封的运行寿命。
b、磁液的补充问题—为了延长密封装置的使用寿命可以在经过较长时间的使用后对密封装置补充部分磁性流体,在不影响密封能力的前提下,从操作方便、简单考虑,我们特别设计了一个补液孔,这样可通过该孔直接补充,不必进行拆卸,方便用户使用。
2、本项目的成熟性和可靠性论述
目前我公司已完全掌握了此项技术的各种原理及产品加工工艺流程、检测流程,生产出来的产品各项技术指标完全达到设计要求。
产品已于2004年11月份顺利通过有关专家组织的新产品技术鉴定会,会上各位专家给予了充分的肯定,2004年12月1日产品通过河北省机械产品质量监督检验总站的检验,符合Q/CTJ02—2003标准要求。
本项目于2004年2月投入小试生产,产品于2004年2月开始分别在河北宁晋松宫半导体公司、西安理工大学、辽宁锦州新日硅材料公司、廊坊松宫半导体公司等单位使用,均反映该产品质量稳定,性能可靠。
(附鉴定证书、用户报告)
四、项目产品市场调查与竞争预测
1、本项目产品的主要用途
本项目产品目前主要用在上单晶硅直拉炉、真空烧结炉、钎焊炉、镀膜机等真空产品的转轴密封上,我们也可根据用户的特殊结构要求进行专门设计生产。
随着这项技术的日益发展、完善,磁性流体密封装置除了高真空度、高转速密封应用外,低真空密封和环境密封装置会逐步应用起来。
2、本项目目前的国内生产情况
目前国内专业生产此产品的单位有为数不多的几家,产品的技术含量、稳定性相当。
3、项目产品市场预测
磁性流体密封装置作为新一代的高科技密封产品,它的出现有效的解决了旋转轴动态密封问题,而且它的应用范围正在逐步扩散,航空航天、电子、仪表、机械、冶金、环保、医疗、生物等领域都涉及
到磁性流体密封。
就目前我公司产品而言,多用在单晶硅直拉炉上(也可根据用户的特殊结构要求进行专门设计生产),它是一种提拉单晶硅棒的真空设备,随着我国电子半导体行业的飞速发展,单晶硅是大规模集成电路的基础材料,"十五"期间,由于国内"芯片"生产线将增长3倍以上,因此I单晶硅的需求量也将增长3倍以上,预计2005年单晶硅的需求将达到500-650吨。
2010年之前IC硅片的需求量每年以6%—8%的速度增长,因此生产单晶硅炉及提拉单晶硅棒的厂家会越来越多,市场前景十分可观。
而这只是磁性流体密封装置应用的一方面。
与国外相比,我们国内的产品有质量和价格的优势,并且随着近几年的飞速发展,在技术水平上与国外正在慢慢缩小,产品质量完全有能力与进口产品相抗衡。
五、项目实施方案
(一)、项目开发计划
项目开发大体分为四个阶段:
阶段1从2005年6月至2005年9月:
我们进行了详细的市场调研和项目可行性论证,制定了完善的实施方案,对相关人员进行了系统的培训,搞好销售市场的运作。
阶段2从2005年10月至2005年11月:
我们完成了所需研发、生产、检测等设备的购买、安装及调试,制定了各种原材料的购进计划,完成对购进原材料样品的检测,确定原材料供应渠道,具备中试生产条件试验生产200套。
阶段3从2005年12月至2006年11月:
是试生产阶段,完善生产管理、质量保证及安全规章等制度,计划生产2500套。
阶段4从2006年12月至2007年6月:
完善全部产品的生产所需的软硬件设施,达到规模化生产条件。
(二)、技术方案
(1)磁性流体密封装置的原理如下图:
图1.磁性流体密封原理
它是由非磁性外壳、一个永磁铁环、两个环形磁极、磁性流体和旋转导磁轴及O型圈组成。
(2)关键技术
a、磁性流体
磁性流体密封的核心是选择合适的磁性流体。
磁性流体亦称磁液,是一种可流动的液体磁性材料,它是把磁性微粒粉末均匀地分散在基液中而形成的稳定胶体(如图2),这种胶体具有在重力、离心力和磁场作用下不沉降、不凝聚、本身具有超顺磁性和被磁场吸引的特性。
根据基液的不同,磁性流体可分为水基、酯及二酯基、碳氢化合物、氟碳化合物和硅油基等磁性流体。
对于密封装置,如果没有具有适当饱和磁化强度和粘度,长寿命的磁性流体就谈不上实现密封的长寿命,而磁性流体的寿命主要决定于基液的饱和蒸气压的大小,要想获得长寿命的磁性流体,就要选择在工作温度下基本不蒸发的基液,我们选用的二酯基磁性流体在87℃时每平方厘米表面蒸发量与时间的关系为一阶指数函数关系,用外推法测得一年和五年流体的蒸发量分别为0.11g/cm²,0.68g/cm²,可以满足设计需要。
图2磁性流体组成示意图
磁性流体的粘度与其本身的饱和磁化强度Ms的大小有关,与温度也有密切的关系。
对于Fe3O4的磁性流体的Ms在0.05T以下时,磁性流体的Ms与它的粘度近似成正比关系:
当Ms接近0.06T时,磁流体的粘度将急剧增加,如图3所示,所以实用的磁性流体的Ms不宜过大,以0.04T以下为好。
当温度变化时,粘度也变化,温度升高粘度下降,图4为二酯基磁流体的粘温曲线,由此可知,选用的磁流体的粘度较小为宜,大于100mPa·s。
图3 二酯基磁性流体的粘温曲线图4 磁性流体的饱和磁化强度与其粘度的关系
目前公司生产的磁性流体其主要性能指标检测结果如下:
检测项目
饱和磁化强度(Gs)
粘度(mPa.s)
密度(g/cm3)
颗粒大小(nm)
检测结果
398.6
390
1.26
10
b、磁聚焦结构
磁流体密封的另一关键技术及难点是磁聚焦结构,即密封部位的齿、槽、间隙之间关系的匹配。
它涉及流体力学、电磁场计算和机械加工等领域。
式
(1)
磁聚焦结构匹配的总目的是在永久磁体尺寸一定的情况下,使齿下的磁场强度
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