针对大型船舶装备中大功率电机冷却蒸发介质的密封问题,将传统的迷宫密封与磁流体密封有机结合起来,设计了一种新型大间隙阶梯式磁流体密封装置,采用数值模拟与实验的方法研究了阶梯式磁流体密封的耐压能力,并以此验证了发散型和聚合型阶梯式磁流体密封耐压理论的正确性。为了提高阶梯式磁流体密封的耐压能力,在极靴内环面上设置了不同数量的极齿,在与轴肩相对的极靴端面上设置了与其内环面上相同数量的极齿。采用磁场有限元法研究了不同径向极齿数量、轴向极齿数量、径向密封间隙高度、轴向密封间隙宽度和转轴偏心率时发散型和聚合型阶梯式磁流体密封的轴向与径向密封间隙内的磁场分布,并根据发散型和聚合型阶梯式磁流体密封耐压理论计算出不同参数下发散型和聚合型阶梯式磁流体密封耐压理论值。揭示了径向与轴向极齿数量、径向密封间隙高度、轴向密封间隙宽度及转轴偏心率对发散型和聚合型阶梯式磁流体密封理论耐压能力的影响规律。实验研究了磁流体注入量、径向极齿数量、轴向极齿数量、径向密封间隙高度、轴向密封间隙宽度和转轴偏心率对发散型和聚合型阶梯式磁流体密封耐压能力的影响,并与通过有限元分析得到的阶梯式磁流体密封耐压理论值进行了对比与分析。数值与实验研究结果表明:阶梯式磁流体密封结构中的磁流体注入量存在一个饱和值,当磁流体注入量未达到饱和值时,阶梯式磁流体密封耐压能力随着磁流体注入量的增加而增加;发散型阶梯式磁流体密封耐压能力随着径向齿数的增加先增大后减小,随着轴向齿数的增加而增大,随着径向间隙的增大先增大后减小,随着轴向间隙的增大先增大后趋于稳定;聚合型阶梯式磁流体密封耐压能力随着径向齿数的增加保持不变,随着轴向齿数的增大而增大,随着径向密封间隙高度的增大先减小后趋于稳定,随着轴向密封间隙宽度的增大先减小后增大。为了验证阶梯式磁流体密封的优越性,实验研究了普通磁流体密封的耐压能力,并将发散型和聚合型阶梯式磁流体密封耐压能力与普通磁流体密封的耐压能力进行了比较与分析。实验结果表明:发散型和聚合型阶梯式磁流体密封耐压能力远大于普通磁流体密封耐压能力;当径向极齿数量为1时,发散型阶梯式磁流体密封耐压能力小于聚合型阶梯式磁流体密封耐压能力;其他条件下,发散型阶梯式磁流体密封耐压能力均大于聚合型阶梯式磁流体密封耐压能力。