CN101427039A - 磁密封组件 - Google Patents

Abstract

本发明技术领域涉及一种磁密封装置，用于传送扭矩并包括旋转部件。经营化学和制药的工业需要混合诸如气体和液体的材料。这通过混合器和搅拌器或其他的类似设备实现。所有的设备包括从设备主体出来的轴，就是说，轴穿透设备。轴进入设备的位置为潜在的渗漏部位。本发明解决的一个技术问题为，提供减少渗漏的安全密封。公开于本发明的磁密封组件提供磁密封设备，该磁密封设备为用于工业规模应用的搅拌器驱动器和类似的设备提供安全、无故障、耐用和防渗漏的无接触密封。公开于本发明的装置用于在工业规模搅拌器中传送扭矩，其中可无渗漏地处理大的液体量。

Description

磁密封组件

技术领域

本发明的领域通常涉及用于传送扭矩并包括旋转部件的密封装置。本发明具体涉及使用针对于此的磁密封装置。

背景技术

参考专利申请No.926/MUM/2005，其中，临时申请文件于2005年8月9日递交，且完整的申请文件(现已转变成临时申请文件)于2005年10月11日递交。

经营化学和制药的工业需要将诸如气体和液体的材料混合。这通过混合器和搅拌器以及其他的类似设备实现。多种化学和处理机器，例如反应器、鼓风机、涡轮、泵、搅拌过滤器，等，具有连接到轴的内推动器(impeller)。轴-推动器组件通过主动机D(具有/不具有变速箱的马达)旋转。轴突出设备主体，也就是说，轴穿透设备。轴进入设备的位置处为潜在的渗漏部位。为了提供能减少渗漏的安全密封，过去曾进行了各种尝试。

通常，轴进入部位通过填料箱(stuffing box)或机械密封而以一种略显粗糙的方式进行密封。

填料箱为与轴同心并且连接到容器的柱。诸如石棉、石墨或PTFE绳的填密材料被填入到轴与同心柱之间的环形空间。(绳也可由其他的合适材料制成)。该填密物通过另一中空柱而变紧，该中空柱的内径稍大于轴，且其外径稍小于同心柱。通常，存在通过填料箱的连续渗漏，并且这种密封方法仅能用于在大气或低气压下的无害液体的反应器。在填料箱的摩擦中会损失相当大的动力。在中速至高速下，变紧的绳可能会磨蚀轴，而造成轴直径的减小。

机械密封是在轴进入部位处的腔。该腔填充以油，并外部加压至稍高于容器工作压力的压力。旋转盘(密封面)连接到轴，而且所述腔包括静止盘(密封面)。密封面通过弹簧彼此压靠，弹簧推压密封面而使其相互挤靠。油膜形成在这些相对于彼此旋转的面之间。油膜防止处理流体(通常为气体)透过密封流出而渗漏。通常，密封面中的一个面由诸如碳化硅，碳化钨，或硬合金的硬材料制成，而另一面由诸如碳的软材料制成。对于在更高压力下的密封反应器，密封腔可以包括另外的一组密封面，以防止腔中的密封流体渗漏到大气中。

机械密封通常可用在多种设计中。机械密封具有阻隔流体，该阻隔流体在密封失效的情况下可能会渗漏。机械密封可能以不同的方式失效。最通常的原因是，由于对密封面的机械损害、机械冲击、不合适的对准、振动、等所致的密封弹性体失效，从而导致透过密封面的渗漏。在这些情况下，存在容器流体的损失，和/或具有密封液体的容器内容物的污染。机械密封用于维修过于困难而不能使用填料箱的设备。压力和温度越高，则通常处理流体越危险。由于这个原因，机械密封失效可能会严重损害工厂安全，并还可能导致环境危害。

第三种密封装置为磁密封，如在与本发明相关的领域中已知的用于某些离心泵的磁驱动器(Mag Drive)。其中包括通过马达旋转的外磁体组件。内磁体组件位于泵壳之内，且泵轴/推动器连接到内磁体。当外磁体旋转时(借助于马达)，泵推动器旋转并泵送流体。

磁密封泵的使用相对容易。泵轴较短，并在任一端处通过陶瓷套筒轴承支撑，陶瓷套筒轴承通过泵送的液体冷却。此外，由于泵具有小尺寸推动器而通常消耗功率低。由于泵的速度高，通常为3000RPM，因而扭矩需求低。(对于给定的马力，扭矩与RPM成反比)。

至今，在搅拌器和类似的驱动器上使用磁密封存在相当大的困难，这是由于下述原因：功率消耗相对较高，并且速度低，通常低于300RPM，因此，扭矩需求显著高于反应器的扭矩需求。

Scherer在美国专利5692957中公开了一种具有驱动和从动连接元件的磁连接系统。其中所公开的磁连接系统包括套筒轴承器件，该器件包括一对轴向分开的套筒轴承。该发明的缺点为套筒轴承在低温易于冻结，从而需要加热流体围绕套筒循环。该发明的操作中的另一缺点为，存在由摩擦而产生相当大的热。

当前所使用的磁密封的另一特征为，磁密封在轴的两端使用套筒轴承。不同于泵的情况的是，在用于处理腐蚀流体的设备的情况下，不适合在轴的任一端使用轴承。处理流体可为腐蚀性的并且还可能包括悬浮的磨蚀固体，搅拌器轴的端部浸没在该处理流体中可能会使浸没的轴承或轴本身被腐蚀。因此，可能有利的是，使用通过悬臂支撑而悬在搅拌器内的轴。

在目前可用于反应器的磁密封上还存在一些其他局限。一个局限是关于反应器的尺寸。目前可用的磁密封反应器用于实验室规模的应用，其中混合量可达1至40升，并且扭矩需求相对较低(最大值大约为250Nm)。另一局限是关于轴的直径。目前可用的磁密封适合高至大约4cm的轴直径。轴直径和混合量的局限也意味着当前可用的磁密封不能用于工业规模的应用，在工业规模应用中，混合量可为2立方米至25立方米或者更大，扭矩需求可高达2000Nm或更高。因此，当前可用的磁密封用于某些泵或实验室规模的反应器(高压器)中。对当前可用的磁密封泵和实验室反应器工作的调查将有助于理解这些局限背后的原因：

a)离心泵运行于高速，通常大约3000RPM。(对于给定的马力，扭矩与RPM成反比)。因此，中等尺寸(10HP)的离心泵将具有24牛顿-米(N-m)稳态扭矩等级。由于扭矩低，因而轴尺寸以及磁体组件相应较小。因此，外磁体组件相当小，为直径10cm且长8cm的量级。如此小的组件可直接安装在马达轴上，而不用担心任何偏心运动(摆动)。

内泵组件是连接到轴的推动器，并装配有内磁体。轴在装配于泵壳中的陶瓷套筒内的任一端被支撑。这些套筒用作轴承，并使泵轴/推动器/内磁体组件在泵壳中保持对准。泵总是在“最佳”条件下运行，即，当其充满将被泵送的流体时运行。该流体带走在套筒轴承中所产生的摩擦热，并保持套筒轴承冷却。

b)实验室规模的反应器装配有微HP马达(小于1HP)，并通常在500至1000RPM下运行。这种反应器的最大扭矩为10至15N-m。轴尺寸较小，大约1至2cm的直径。用于如此低扭矩的设备需要极小的磁驱动器。如同在离心泵的情况下那样，外磁体组件连接到马达轴。外磁体组件的小尺寸和低重量排除了任何摆动的可能性。悬挂在顶部的轴非常轻，大约几克。因此，轴向载荷和径向载荷非常低，这样，轴在其上端通过陶瓷或弹性刷而被支撑(防止落入实验室反应器中)。

另一方面，用于工业反应器/高压器中的磁密封需要显著较高的扭矩。马达HP范围为1至50，搅拌器速度为30至300RPM。磁扭矩范围为80N-m至远高于1000N-m。因此，轴直径和长度较高，即大约为4至30cm的直径和1至4米的长度。某些轴甚至可能会更大且更重，重量超过1吨。实验室反应器轴重几克。泵推动器组件重几千克，且不承受任何轴向载荷。更高的扭矩需要显著更高的内磁体组件和外磁体组件，以及明显更大的罩。因此，用于工业反应器/高压器/搅拌器的磁密封的设计需要解决这些问题。不可能以线形方式按比例扩大现有的设计，这是因为以下原因：

1)工业反应器中的磁密封可能用于容纳危险蒸汽/气体，或承受高内压，或防止反应器内容物的污染，或这些情况的组合。由于罩直径更大，因此罩厚度将相应地高。(为了承受给定的压力，更大直径的罩具有更高的壁厚。)这意味着内磁体和外磁体将进一步彼此远离，并因此将使磁力的作用更小。这因而使得有必要提供更大/更多的磁体组件，甚至需要更大的罩。

2)由于套筒不能承受内轴的大重量，因此内轴承不能作为套筒(类似于用于实验室反应器/泵的陶瓷/弹性体套筒)。这些轴承需要由例如球轴承或辊轴承的滚动元件制成。而且，内轴承不能在轴的任一端处，这是由于在下端处，轴/推动器浸入被混合的反应器液体中。必然地，内轴承需要位于反应器的上部或顶空间中，并且，由于在推动器上的径向推力，旋转轴将在轴承上施加悬臂载荷。进一步地，某些推动器(也已知为下泵推动器)向下泵送反应液体。这在轴上产生向上的推力。内轴承不得不抵抗这些轴向载荷和侧向载荷。

3)化学反应器用于将多种流体进行混合/反应，其中许多流体或多或少地具有腐蚀性。内轴承的所有部件均需要由例如不锈钢或陶瓷的抗腐蚀材料制成。

4)化学反应器经常包括能够溶解轴承油脂的溶剂蒸气。这些溶剂还能够腐蚀润滑剂，即使在“被密封”的轴承中也是如此。此外，许多化学反应器处于真空状态。这能够迫使油脂渗到轴承之外。因此，常常有必要使用无润滑轴承。可注意的是，无润滑轴承的承载能力为相同润滑轴承的承载能力的一部分。这也需要考虑到工业设备用磁密封的设计因素中。

5)用于工业反应器的外磁体组件远大于用于实验室设备或泵中的外磁体组件。为了保持外磁体组件与静止罩的同心度(即，为了防止摆动)，外磁体保持器在任一端设置有轴承。这些外轴承还需要壳体(支座)，并需要浸入润滑剂中。该润滑剂需要冷却，因此，该支座装有套，并且冷却剂通过套循环。该支座还作为基座以安装主动机(马达)。

6)化学反应器可包括悬浮的固体，其中有些固体可在蒸汽顶部空间中流质化(在空中)。在上、下内轴承的上方和下方的防尘刷防止灰尘进入和“粘住”内轴承。这种现象在实验室反应器和泵中不存在，其中有套筒轴承防止固体的进入。

7)内压力或真空可导致在反应器轴上的严重的轴向载荷。例如，在10cm直径的轴上的25大气压的内压可导致几乎2吨的向上的轴承载荷。防尘刷需要使蒸汽能透过，以防止这种载荷的累积。

8)反应器可包括危险流体。在静止罩中发生泄漏的情况下，支座装配有渗漏检测口。该口可通过腔连接到通风管路，该腔装配有合适的传感器以指示渗漏。

不可能以直接方式使现有的(小尺寸的)磁密封设计规模化。由于这些原因，磁密封搅拌器至今仍未得到广泛使用，尤其在腐蚀和磨损环境或高压应用中，特别是在工业规模上。因此，需要成功解决这些问题的磁密封组件，并为用于工业规模应用的搅拌器驱动器和类似的设备提供安全、无故障、坚固耐用和防渗漏、无接触的密封。

发明内容

因此，本发明的目的为提供一种磁密封组件，其可使用在工业规模应用中并具有非常低或近乎零的渗漏。

本发明的另一目的为，提供一种磁密封组件，其：

a)在轴上存在很少磨损或没有磨损。

b)通过使移动部件间的摩擦最小化而节省动力。

c)不必使用在密封面失效的情况下可能渗漏到反应器中的密封流体。

d)提供一种无接触的密封方法，而形成长寿命和无故障操作。

e)在高压和高温时确保容器流体的安全密封。

f)在需要使用诸如氯、溴等腐蚀气体的应用情况下，确保安全密封。

g)确保危险、有毒或易燃流体的安全密封。

h)通过悬臂结构提供悬在搅拌器内的轴。

i)能够用于工业规模，其中，混合量大，这需要大扭矩，并且轴直径可适当的高。

在本发明中所公开的磁密封组件(MSA)包括密封腔，密封腔内部包括旋转轴/推动器。内磁体组件连接到旋转轴。在密封腔外，外磁体组件通过主动机D旋转。磁通量通过腔壁从外磁体组件传送至内磁体组件，以传送无接触扭矩，该扭矩旋转内轴/推动器。MSA还装配有对准内/外磁体和轴的装置，并且在静止位置或旋转时将这些装置保持就位。MSA还装配有密封装置，以防止固体或灰尘沉积在罩内的内磁体表面上，或防止密封腔的内容物泄漏到外部环境中。

1附图说明

图1以横截面形式示意性图示了本发明的磁密封组件；

图2显示了具有盖法兰和O型环的罩；

图3显示了外磁体组件；

图4显示了具有外上轴承的驱动器联结部；

图5显示了支座组件，以及马达，支座轴承，外磁体组件，渗漏检测口，和具有O型环的安装法兰；

图6显示了内磁体组件；

图7显示了具有内衬垫的内轴，其包括锁定螺钉，内轴承，内锁螺母和锁定衬垫，以及从动轴；

图8显示了轴承组件，其包括内轴承，防尘刷，以及具有喷嘴法兰和衬垫的容器。

附图标记列表：

容器喷嘴法兰 A

容器或反应器 B

衬垫 C

主动机(prime mover) D

安装法兰 1

静止罩 2

下支座法兰(LSF) 3

轴承壳体 4

轴承锁 5

轴承锁螺钉 6

驱动器连接部螺钉 8

套入口连接部 10a

套出口连接部 10b

斜孔 11

罩壳 12

罩法兰 13

罩盖 14

罩螺钉 15

内O型环 16

外磁体保持器 17

外磁体 18

外锁螺母 23

外锁衬垫 24

下外轴承 26

支座壳 27

上支座法兰(USF) 28

支座套 29

内磁体保持器 30

内磁体 31

内套筒 32

内核 33

具有联结部的内轴 34

上内轴承 35

下内轴承 36

内锁螺母 37

内锁衬垫 38

下防尘刷 40

外O型环 41

储油器 42

内衬垫 43

内轴锁定螺钉 44

从动轴 45

中心孔 46

上防尘刷 47

渗漏检测口 48

排油阀 49

溢油阀 50

上外衬垫(UOW) 20

驱动器联结部 21

上外轴承 22

下外衬垫(LOW) 19

具体实施方式

图1至8详细例示了本发明。各说明性附图以适当的等轴视图或等轴半截面方式显示。横截面视图显示在每个等轴视图旁边。

如图1所示，本发明的磁密封组件包括：环形安装法兰1，其螺接(bolt)在容器/反应器B上的喷嘴法兰A上。容器B的喷嘴法兰A与安装法兰1之间的衬垫C确保针对容器压力的组件密封。

安装法兰1的上表面具有两个槽，用于装配O型环，即，内O型环16和外O型环41，这两者通常均由弹性材料制成，且将在静止罩2与下支座法兰3之间提供密封。在安装法兰1的上表面上设置有台阶以协助将静止罩2和下支座法兰3定位和相对就位。安装法兰1中的内孔装配有中空柱，该中空柱作为轴承壳体4。内轴承(包括上内轴承35和下内轴承36)装配在轴承壳体4的任一端。

上内轴承和下内轴承(分别为35和36)被暴露于来自容器B的流体，该流体可为腐蚀性流体和/或为高温流体。在许多情况下，这些流体可溶解通常的轴承润滑剂。因此，内轴承由惰性材料制成，并且自润滑、或无润滑(干式运行)或密封以惰性润滑剂。

如图2所示，静止罩2以基本压力容纳MSA。该静止罩2包括罩壳12，罩壳12通常为柱形，并在其下端具有罩法兰13，且在其上端具有罩盖14。罩法兰13钻有螺纹孔。设置在这些孔中的多个罩螺钉(bolt)15将静止罩2固定到安装法兰1。通过装配在安装法兰1的内O型槽中的内O型环16，实现在静止罩2与安装法兰1之间的防渗漏密封。罩法兰13在其螺纹圆周直径(bolt-circle diameter，BCD)处的下(衬垫)表面处具有台阶。这适于减少作用于内O型环16上的轴承面积而导致内O型环16上的压力增加，并有助于以均匀方式压缩内O型环16，从而形成良好的密封。

如图3所示，外磁体组件包括：外磁体保持器(OMH)17，外磁体18，和外上/下衬垫。OMH 17为由软铁或其他的类似合适材料制成的中空柱，并具有加工在其柱形内表面中的轴向缝。这些轴向缝装配以外磁体18，所述外磁体通常为方形形状且沿其表面具有南北磁极，即，外磁体沿其厚度而非沿其长度被磁化。外磁体18通过磁吸引力将其自身连接至OMH 17，并且，为了进一步的安全，外磁体18可通过专用粘合剂固定在轴向缝中。下外轴承(LOB)26装配在OMH的柱形外表面上。LOB 26的外柱面(race)装配在支座壳27中的合适凹部中。

OMH 17在其下端处具有螺孔。下外衬垫(LOW)19利用螺丝件(screw)安装至外磁体保持器17的下端，螺丝件拧入这些螺孔中。外磁体保持器17的内柱形部分在其上端装配有上外衬垫(UOW)20。由于外磁体18位于LOW 19与UOW 20之间，因而这用于限制磁体的任何轴向运动。作为本发明的有利特征，LOW 19还防止LOB 26在旋转时滑落。OMH 17在其上表面上也具有螺孔，驱动器联结部(DC)21(如图4所示)通过螺钉或螺丝件固定其上。

参照图3和4，外磁体组件通过DC 21连接到主动机D，而DC 21通过驱动器联结部螺钉8螺接至OMH 17的上部。DC 21具有径向朝外扇形设置的斜孔11。这些孔切向向外定向，并作为离心泵叶片，将围绕静止罩2的润滑剂或冷却剂(通常包括合适的油)甩出。通过旋转内磁体和外磁体18，在静止罩2中产生涡流。这些涡流因而产生热。在组件的旋转过程中，斜孔的偏斜定向有利地使润滑剂/冷却剂流至罩的柱形表面。这有助于散热，以冷却静止罩2。油循环也用于使磁体保持冷却。作为本发明的有利特征，DC21在其上表面上具有通风孔，以确保冷却剂将其完全填充。

冷却油(下文中被称为油)通过储油器42填充在支座组件中。外磁体组件以及罩的外表面浸入该油中。油被填充直至溢出溢油阀50，溢油阀50然后关闭。在拆卸之前，油通过位于支座法兰28或安装法兰1的外直径处的排油阀49被排出。支座中的油冷却外轴承，并散除由于罩中的涡流损失而在罩中产生的热。(当扭矩被磁传送通过诸如不锈钢/镍基合金罩的导电介质时，在罩中产生涡流。这些涡流使罩变热。)

如图2至4所示，DC 21的上端的内外均被加工，并装配有上外轴承22，且使外磁体组件与DC 21相对定位。上外轴承和下外轴承(分别为22和26)将外磁体组件与静止罩2同轴对准。外轴承(22和26)确保外磁体组件与罩同心，并且确保在外磁体18与罩之间形成一致的间隙。这些外轴承能够使用多排磁体，这有助于获得更高的扭矩。如果需要，可以包括两个以上的外轴承，这取决于磁体的长度和磁体的排数。DC 21的相应的内部被钻孔，以容纳具有键槽的主动机轴。DC 21的加工后的上端被部分地形成螺纹，以装配外锁螺母(nut)23和外锁衬垫24，以将上外轴承22锁定就位。

外磁体组件和DC 21位于支座组件内。如图5所示，支座组件具有连接部，用于润滑剂或冷却剂的填充、溢出和排出。支座组件包括下支座法兰(LSF)3，装配在任一端的支座壳27，上支座法兰(USF)28，和可选的支座套29。LSF 3位于安装法兰1上，并通过安装法兰1中的台阶而定位。LSF 3通过衬垫或外O型环41螺接到安装法兰1，以确保LSF 3与安装法兰1之间的防渗漏密封。

支座壳27被填充以润滑流体，该润滑流体润滑下外轴承26，并且还作为冷却剂。下支座法兰3具有连接部，适于填充通过储油器42供给的润滑剂。外磁体组件也浸入该润滑剂/冷却剂中。支座套29围绕支座壳27。冷却水或其他任何合适的冷却剂通过支座套29循环，支座套29在其下端和上端处分别具有入口连接部和出口连接部(如图1所示，分别为10a和10b)。

USF 28在其上表面中具有凹部和螺孔，以容纳通过法兰安装的主动机(马达或齿轮箱，D)。上支座法兰28的内径被加工以容纳上外轴承22。该轴承的外柱面装配在USF 28中。如图2和4所示，该轴承的内柱面位于DC 21的上端的被适当加工的部分上。作为本发明的有利特征，正是通过这种方式，驱动器联结部21以及外磁体组件与静止罩2同轴定位。

如图6所示，内磁体组件包括内磁体保持器30，内磁体31，内套筒32，和内核33。内磁体保持器30为中空的软铁柱。该柱的外表面被加工成多面体表面，其中，多面体的面数等于组件中内磁体的数量。每一个内磁体31被连接至多面体的对应的面。

参照图6和7，内磁体保持器30被焊接到非磁内核33上。内核33为台阶形的中空非磁柱形部分，该台阶被提供以便于确保内衬垫43的定位。内磁体保持器30连同所连接的内磁体31滑动至内核33上。由抗腐蚀材料制成的内套筒32装配在内磁体31上，并在内核33的任一端处焊接到内核33。这确保了内磁体不接触反应器容器B中的流体，所述流体在某些情况下可能会具有腐蚀性。

如图6和7所示，内核33在其轴线处具有台阶孔，以容纳具有联结部的内轴34。台阶孔上端处直径大于其下端处的直径。下孔(较小直径)被形成缝以装配键槽，从而确保具有联结部的内轴34随内核33旋转。

图6和7图示了具有联结部的内轴34穿过的内核33中的中心孔，如前所述。该轴的上端具有螺孔。设置在内核孔的台阶上的内衬垫43具有固定在具有联结部的内轴34中的螺孔中的内轴锁定螺钉44，从而将具有联结部的内轴34相对于内核33轴向定位。该内轴在上内轴承35之中和之上具有螺纹部分，以容纳用于限制上内轴承35的内锁螺母37和内锁衬垫38。

参照图7和8，上内轴承35能够承受由于轴的重量所致的轴向载荷、以及由搅拌器(agitator)轴的泵作用而产生的轴向液压力。上内轴承35被螺接的轴承锁5限制，使得搅拌器轴上的任何向上推力不能提升磁驱动组件。轴承锁5通过螺钉6螺接到安装法兰1。

如图8所示，轴承壳体4延伸使得下防尘刷40装配在内轴与轴承壳体之间。下防尘刷40是由石墨、PTFE、PEEK、或其他合适材料制成的中空柱，以防止灰尘或固体颗粒进入内轴承或罩的区域。该下防尘刷40还作为阻隔物以防止热的容器气体进入直接接触内轴承和内磁体。类似地，上防尘刷47装配在内轴的上端处。防尘刷40、47针对可能出现在反应器中的灰尘和磨蚀固体而保护内轴承。

内轴钻有竖直中心通孔46。本发明的有利特征在于，此结构确保形成压力平衡，即，容器压力被传送至罩，并且，还确保内轴承在所有侧上具有一致的压力。应注意的是，防尘刷40、47对于气流是可透过的。

磁密封终止于内轴的联结部。在此部位，作为反应器的一部分的从动轴45螺接到内轴34。当内轴34由于磁扭矩传送而旋转时，通过联结部螺接到内轴的从动轴45也旋转，从而将动力传送给搅拌器。

对于与本发明相关的一些有利的安全特征进行描述。静止罩2通过诸如不锈钢或高合金钢的抗腐蚀材料而构造。静止罩2是主要的磁密封压力保持部件。如果静止罩由于任何原因而破坏，则将存在容器/反应器流体的渗漏路径。渗漏检测口48设置在支座的上端并通常结合排油阀49设置。该渗漏检测口可连接到通风管路。为了检测危险处理流体的潜在渗漏，装配有传感器的腔可安装在渗漏检测口与通风管路之间。

MSA的操作：

柱形支座组件位于安装法兰1上，安装法兰1顺次螺接到反应器容器上。支座组件的上表面具有合适的台阶和螺孔，以容纳具有向下的轴的竖直主动机D。驱动器联结部21通过外轴承定位于支座组件的上法兰处。在驱动器联结部21顶部中的中心孔/凹部接受主动机轴。

外磁体组件连接在驱动器联结部21的下端处，并随其旋转。罩密封了反应器/压力容器。扭矩外磁体组件以无接触方式从通过罩而传送至内磁体组件，且内磁体组件连接到内轴。位于被冷却的轴承壳体4中的一对内轴承保持内轴。内轴与轴承壳体4之间的防尘刷40防止灰尘和热量到达轴承、内磁体和罩。作为本发明的有利特征，内轴在防尘刷40的上方是中空的，使得容器压力被传送至罩，而内轴承承受来自所有侧的相等压力。

当马达/主动机D旋转时，扭矩以无接触方式被传送至内轴，该内轴以同步方式旋转。

根据上述描述，显而易见的是，本发明具有下述关键特征。其中：

a)由于内轴和外轴通过具有滚动元件的轴承支撑/定位，因而在二轴上存在很小的磨损或没有磨损，从而排除了轴与轴承之间的摩擦作用；

b)通过使移动部件之间的摩擦最小化而节省动力，这是由于具有滚动元件的轴承与套筒轴承相比具有更低的摩擦；

c)不同于现有技术的机械密封的是，不必使用在密封面失效的情况下可能渗漏到反应器中的密封流体；

d)提供一种无接触的密封方法而形成长寿命和无故障操作。这是由于在外轴与内轴之间没有物理接触、因而没有摩擦而实现的。这导致进一步减少磨损，并因此延长密封寿命；

e)确保在高压和高温时容器流体的安全密封。只有当诸如静止罩之类的静止部件失效时，磁密封才可能发生渗漏。不同于机械密封中通常在诸如密封面或O型环之类的旋转部件失效时发生失效，诸如静止罩的部件由于这些部件的坚固设计而很难失效；

f)在需要使用诸如氯、溴等腐蚀气体的应用的情况下确保安全密封。这是由于与上述项e)相同的原因；

g)确保危险、有毒或易燃流体的安全密封。这是由于与上述项e)相同的原因；

h)通过悬臂结构设置悬挂在搅拌器内的轴；

i)能够用于工业规模，其中，混合量大而需要大扭矩，并且轴的直径可适当的高。这是由于具有创造性的轴承设计使得密封设计允许重且大直径的轴。其他的磁设计可仅用于小且轻的轴推动组件。

鉴于本发明的前述的详细描述，对本领域的技术人员而言，显而易见的是，本发明主要包括下述项：

1、一种磁密封组件，包括：

(a)环形安装法兰(1)，所述环形安装法兰螺接到装配在一反应器容器(B)上的喷嘴法兰上(A)上，

(b)静止罩(2)，

(c)支座组件，

(d)外磁体组件，

(e)内磁体组件，

(f)驱动器联结部(21)，和

(g)轴承壳体(4)，

(h)上内轴承和下内轴承(35，36)，

(i)上外轴承和下外轴承(22，26)，

其中，所述环形安装法兰(1)同轴地、可密封地且牢固地连接到所述静止罩(2)的罩法兰(13)、连接到所述支座组件的下支座法兰(3)并且连接到容器(B)的喷嘴法兰(A)；

其中，所述驱动器联结部(21)的下端同轴地、可密封地且牢固地连接到所述外磁体组件的外磁体保持器(17)的上部；

其中，所述驱动器联结部(21)在其中心孔中同轴地容纳一主动机(D)的主动机轴，所述主动机轴具有第一键槽，用于将所述驱动器联结部(21)与所述主动机轴连接在一起；

其中，所述驱动器联结部(21)通过所述上外轴承(22)而同轴地、可密封地且可旋转地连接到所述支座组件；

其中，所述外磁体组件通过所述下外轴承(26)而同轴地、可密封地且可旋转地连接到所述支座组件；

其中，所述内磁体组件通过第二键槽而同轴地、可密封地且牢固地连接到具有联结部的内轴(34)，其中，所述具有联结部的内轴(34)被部分地同轴容纳在所述内磁体组件的内核(33)的中心孔中，所述内核(33)具有同轴中心台阶孔，其中所述第二键槽装配在所述台阶孔的下部较小直径部分的缝内；

其中，所述具有联结部的内轴(34)通过所述上内轴承和所述下内轴承(35，36)而同轴地、可密封地且可旋转地设置在所述轴承壳体(4)的中空柱中；

其中，所述主动机(D)的主动机安装法兰同轴地且牢固地安装在所述支座组件的上支座法兰(28)上。

2、根据项1所述的磁密封组件，其中，

a.所述安装法兰(1)的上表面具有多个槽，用于装配包括内O型环和外O型环的O型环，在所述安装法兰(1)的所述上表面上设置有台阶；所述安装法兰(1)中的内孔装配有轴承壳体(4)，其中，进一步包括上内轴承(35)和下内轴承(36)的内轴承装配在所述轴承壳体(4)的任一端；

所述内轴承由惰性材料制成，并可自润滑，或无润滑(干式运行)，或密封以惰性润滑剂；

b.所述静止罩(2)进一步包括罩壳(12)，所述罩壳在其下端具有罩法兰(13)且在其上端具有罩盖(14)，所述罩法兰(13)具有钻制的螺纹孔，多个罩螺钉装配在所述螺纹孔中以将所述罩法兰(13)牢固连接到所述安装法兰(1)，内O型环设置在所述安装法兰(1)的内O型槽中；其中，所述罩法兰(13)在其螺纹圆周直径处的下表面处具有台阶，

c.所述外磁体组件进一步包括外磁体保持器(17)、多个外磁体(18)、外上衬垫和外下衬垫，所述外磁体保持器(17)包括中空柱，该中空柱具有加工至其内柱形表面中的轴向缝，所述轴向缝装配有外磁体(18)，所述外磁体(18)具有沿其表面定向的南北磁极，即，所述外磁体(18)沿其厚度磁化，所述外磁体(18)通过磁引力连接到所述外磁体保持器(17)；并且，为了进一步的安全，所述外磁体(18)通过特定粘合剂固定在所述轴向缝中；其中，下外轴承(26)装配在所述外磁体保持器(17)的外柱形表面上，且所述下外轴承(26)的外柱面装配在支座壳(27)中的合适凹部中，所述外磁体保持器(17)在其下端处具有螺孔，下外衬垫(19)利用穿过所述螺孔的螺丝件装配到所述外磁体保持器(17)的下端；其中，所述外磁体保持器(17)的内柱形部分在所述外磁体保持器(17)的上端处装配有上外衬垫(20)；其中，所述外磁体保持器(17)在其上表面上具有装配有驱动器联结部(21)的螺孔；

d.所述驱动器联结部(21)将所述外磁体组件连接至所述主动机(D)，其中，所述驱动器联结部(21)具有径向向外扇形设置的斜孔(11)，所述的斜孔进一步切向向外定向，所述驱动器联结部(21)在其上表面上具有通风孔，所述驱动器联结部(21)的所述上表面在内外均被加工，且装配有上外轴承(22)；其中，所述上外轴承(22)和所述下外轴承(26)将所述外磁体组件与所述静止罩(2)同轴对准，以确保在所述外磁体(18)与所述罩之间具有一致的间隙；所述驱动器联结部(21)的内部形成孔，以容纳具有所述第一键槽的所述主动机轴，并且，所述驱动器联结部(21)的经加工的上端被部分地形成螺纹，以装配将所述上外轴承(22)锁定就位的外锁螺母(23)和外锁衬垫(24)；

e.所述外磁体组件和所述驱动器联结部(21)设置在所述支座组件内，所述支座组件具有连接部，用于润滑剂或冷却剂的填充、溢出和排出，其中，所述支座组件包括支座壳(27)、下支座法兰(3)、上支座法兰(28)、和可选的支座套(29)，其中，所述支座壳(27)装配在所述支座组件的任一端，所述下支座法兰(3)位于所述安装法兰(1)上并通过所述安装法兰(1)中的台阶而就位，所述下支座法兰(3)螺接到具有外O型环(41)的所述安装法兰(1)，从而确保在所述下支座法兰(3)与所述安装法兰(1)之间的防渗漏密封；

其中，所述支座壳(27)被填充以润滑流体或冷却流体，所述下支座法兰(3)具有连接部，用于填充由相应储流器(42)供给的润滑流体或冷却流体，所述润滑流体或冷却流体被填充直至其溢出溢流阀(50)，所述溢流阀然后关闭；

其中，所述外磁体组件还被浸入所述润滑流体或所述冷却流体中；其中，可选的支座套(29)围绕所述支座壳(27)，冷却水或其他任何合适的冷却剂通过所述支座套(29)循环，所述支座套(29)在其下端和上端分别具有套入口连接部(10a)和套出口连接部(10b)；

f.所述上支座法兰(28)在其上表面中具有凹部和多个螺孔，以容纳通过法兰安装的主动机(D)，所述上支座法兰(28)的内径被加工以容纳所述上外轴承(22)，所述上外轴承(22)的外柱面装配在所述上支座法兰(28)中，所述上外轴承(22)的内柱面位于所述驱动器联结部(21)的上端处的被适当加工的部分上，从而将所述驱动器联结部(21)和所述外磁体组件与所述静止罩(2)同轴定位，

g.所述内磁体组件包括内磁体保持器(30)、多个内磁体、内套筒(32)、和内核(33)，

其中，所述内磁体保持器(30)为中空柱形并由软铁制成，所述内磁体保持器(30)的外表面被加工成多面体表面，使得多面体的面数等于所述组件中所述内磁体的数量，并且所述内磁体连接至所述多面体表面的每一面；

其中，所述内磁体保持器(30)被焊接到非磁内核(33)上，所述非磁内核(33)为台阶状中空非磁柱形部分，所述台阶被提供以利于确保内衬垫(43)的定位；所述内磁体保持器(30)连同所连接的所述内磁体由此滑动至所述内核(33)上；和

其中，所述内套筒(32)优选由抗腐蚀材料制成，并装配在所述内磁体上，而且被焊接到所述内核(33)的任一端处，所述内磁体因而不接触所述反应器容器中的流体，

h.所述内核(33)在其轴线处具有台阶孔，以容纳所述具有联结部的内轴(34)，其中，所述台阶孔在其上端处的直径大于在其下端处的直径，并且，所述孔在所述下端处形成缝以装配所述第二键槽，由此确保所述具有联结部的内轴(34)可靠地随所述内核(33)旋转；

i.其中，所述具有联结部的内轴(34)穿过所述内核(33)中的中心孔，所述轴的上端具有螺孔，其中，设置在所述内核(33)的台阶上的内衬垫(43)形成孔并具有内轴锁定螺钉，所述螺钉紧固在所述螺孔中，由此将所述具有联结部的内轴(34)相对于所述内核(33)同轴定位；

j.所述内轴(34)在所述上内轴承之中和之上具有螺纹部分用以容纳内锁螺母和内锁衬垫，所述内轴通过使用轴承锁来限制所述上内轴承(35)，所述轴承锁通过多个螺钉被螺接到所述安装法兰(1)；

k.所述轴承壳体(4)延伸以装配一对防尘刷，其中，下防尘刷(40)装配在所述内轴(34)与所述轴承壳体(4)之间，上防尘刷(47)装配在所述内轴的上端处；所述防尘刷(40，47)是由从包括石墨、PTFE、PEEK、或其他合适材料在内的组中选出的材料所制成的中空柱，以防止灰尘或固体颗粒进入所述内轴承或所述罩的区域，并形成阻隔部，以防止热的容器气体进入而直接接触内轴承和内磁体；

l.所述内轴(34)在所述防尘刷(40)的位置上方钻有水平孔，并且，竖直孔从所述水平孔延伸至所述内轴(34)的顶部，以确保：形成压力平衡，容器压力被传送直到所述罩，并且还确保所述内轴承在所有面上具有一致的压力；

其中，在所述磁密封组件中，所述支座组件位于所述安装法兰(1)上，所述安装法兰(1)顺次地螺接到所述反应器容器上，其中，所述支座组件的所述上表面具有合适的台阶和螺孔，以容纳具有向下的轴的竖直的所述主动机(D)，所述驱动器联结部(21)通过所述外轴承定位于所述支座组件的所述上法兰处，在所述驱动器联结部(21)的顶部中的中心孔容纳所述主动机轴；

所述外磁体组件连接在所述驱动器联结部(21)的下端处，并随其旋转；所述罩密封所述反应器容器；扭矩从所述外磁体组件以无接触方式通过所述罩传送至所述内磁体组件，所述内磁体组件顺次地连接到所述内轴(34)。

3、根据项1或2所述的磁密封组件，进一步包括：设置在所述支座组件的上端处的渗漏检测口(48)，和位于所述支座法兰或所述安装法兰的外直径处的排油阀(49)。

尽管上述描述包括了许多特征，然而这些特征应认为不是限制本发明的范围，而是作为其优选实施例的例示。可进行其他多种变化。因此，本发明的范围并非通过所例示的实施例确定，而是通过所附权利要求及其合法等同设置来确定。

Claims (4)

1、一种磁密封组件，包括：

(a)环形安装法兰(1)，所述环形安装法兰螺接到装配在一反应器容器(B)上的喷嘴法兰上(A)上，

(b)静止罩(2)，

(c)支座组件，

(d)外磁体组件，

(e)内磁体组件，

(f)驱动器联结部(21)，和

(g)轴承壳体(4)，

(h)上内轴承和下内轴承(35，36)，

(i)上外轴承和下外轴承(22，26)，

其中，所述环形安装法兰(1)同轴地、可密封地且牢固地连接到所述静止罩(2)的罩法兰(13)、连接到所述支座组件的下支座法兰(3)并且连接到容器(B)的喷嘴法兰(A)；

其中，所述驱动器联结部(21)的下端同轴地、可密封地且牢固地连接到所述外磁体组件的外磁体保持器(17)的上部；

其中，所述驱动器联结部(21)在其中心孔中同轴地容纳一主动机(D)的主动机轴，所述主动机轴具有第一键槽，用于将所述驱动器联结部(21)与所述主动机轴连接在一起；

其中，所述驱动器联结部(21)通过所述上外轴承(22)而同轴地、可密封地且可旋转地连接到所述支座组件；

其中，所述外磁体组件通过所述下外轴承(26)而同轴地、可密封地且可旋转地连接到所述支座组件；

其中，所述内磁体组件通过第二键槽而同轴地、可密封地且牢固地连接到具有联结部的内轴(34)，其中，所述具有联结部的内轴(34)被部分地同轴容纳在所述内磁体组件的内核(33)的中心孔中，所述内核(33)具有同轴中心台阶孔，其中所述第二键槽装配在所述台阶孔的下部较小直径部分的缝内；

其中，所述具有联结部的内轴(34)通过所述上内轴承(35)和所述下内轴承(36)而同轴地、可密封地且可旋转地设置在所述轴承壳体(4)的中空柱中；

其中，所述主动机(D)的主动机安装法兰同轴地且牢固地安装在所述支座组件的上支座法兰(28)上。

2、如权利要求1所述的磁密封组件，其中，

a.所述安装法兰(1)的上表面具有多个槽，用于装配包括内O型环(16)和外O型环(41)的O型环，在所述安装法兰(1)的所述上表面上设置有台阶；所述安装法兰(1)中的内孔装配有轴承壳体(4)，其中，进一步包括上内轴承(35)和下内轴承(36)的内轴承装配在所述轴承壳体(4)的任一端；

所述内轴承由惰性材料制成，并可自润滑，或无润滑(干式运行)，或密封以惰性润滑剂；

b.所述静止罩(2)进一步包括罩壳(12)，所述罩壳在其下端具有罩法兰(13)且在其上端具有罩盖(14)，所述罩法兰(13)具有钻制的螺纹孔，多个罩螺钉装配在所述螺纹孔中以将所述罩法兰(13)牢固连接到所述安装法兰(1)，内O型环设置在所述安装法兰(1)的内O型槽中；其中，所述罩法兰(13)在其螺纹圆周直径处的下表面处具有台阶，

c.所述外磁体组件进一步包括外磁体保持器(17)、多个外磁体(18)、外上衬垫和外下衬垫，所述外磁体保持器(17)包括中空柱，该中空柱具有加工至其内柱形表面中的轴向缝，所述轴向缝装配有外磁体(18)，所述外磁体(18)具有沿其表面定向的南北磁极，即，所述外磁体(18)沿其厚度磁化，所述外磁体(18)通过磁引力连接到所述外磁体保持器(17)；并且，为了进一步的安全，所述外磁体(18)通过特定粘合剂固定在所述轴向缝中；其中，下外轴承(26)装配在所述外磁体保持器(17)的外柱形表面上，且所述下外轴承(26)的外柱面装配在支座壳(27)中的合适凹部中，所述外磁体保持器(17)在其下端处具有螺孔，下外衬垫(19)利用穿过所述螺孔的螺丝件装配到所述外磁体保持器(17)的下端；其中，所述外磁体保持器(17)的内柱形部分在所述外磁体保持器(17)的上端处装配有上外衬垫(20)；其中，所述外磁体保持器(17)在其上表面上具有装配有驱动器联结部(21)的螺孔；

d.所述驱动器联结部(21)将所述外磁体组件连接至所述主动机(D)，其中，所述驱动器联结部(21)具有径向向外扇形设置的斜孔，所述的斜孔进一步切向向外定向，所述驱动器联结部(21)在其上表面上具有通风孔，所述驱动器联结部(21)的所述上表面在内外均被加工，且装配有上外轴承(22)；其中，所述上外轴承(22)和所述下外轴承(26)将所述外磁体组件与所述静止罩(2)同轴对准，以确保在所述外磁体(18)与所述罩之间具有一致的间隙；所述驱动器联结部(21)的内部形成孔，以容纳具有所述第一键槽的所述主动机轴，并且，所述驱动器联结部(21)的经加工的上端被部分地形成螺纹，以装配将所述上外轴承(22)锁定就位的外锁螺母(23)和外锁衬垫(24)；

e.所述外磁体组件和所述驱动器联结部(21)设置在所述支座组件内，所述支座组件具有连接部，用于润滑剂或冷却剂的填充、溢出和排出，其中，所述支座组件包括支座壳(27)、下支座法兰(3)、上支座法兰(28)、和可选的支座套(29)，其中，所述支座壳(27)装配在所述支座组件的任一端，所述下支座法兰(3)位于所述安装法兰(1)上并通过所述安装法兰(1)中的台阶而就位，所述下支座法兰(3)螺接到具有外O型环(41)的所述安装法兰(1)，从而确保在所述下支座法兰(3)与所述安装法兰(1)之间的防渗漏密封；

其中，所述支座壳(27)被填充以润滑流体或冷却流体，所述下支座法兰(3)具有连接部，用于填充由相应储油器(42)供给的润滑流体或冷却流体，所述润滑流体或冷却流体被填充直至其溢出溢油阀(50)，所述溢油阀然后关闭；

其中，所述外磁体组件还被浸入所述润滑流体或所述冷却流体中；其中，可选的支座套(29)围绕所述支座壳(27)，冷却水或其他任何合适的冷却剂通过所述支座套(29)循环，所述支座套(29)在其下端和上端分别具有套入口连接部(10a)和套出口连接部(10b)；

f.所述上支座法兰(28)在其上表面中具有凹部和多个螺孔，以容纳通过法兰安装的主动机(D)，所述上支座法兰(28)的内径被加工以容纳所述上外轴承(22)，所述上外轴承(22)的外柱面装配在所述上支座法兰(28)中，所述上外轴承(22)的内柱面位于所述驱动器联结部(21)的上端处的被适当加工的部分上，从而将所述驱动器联结部(21)和所述外磁体组件与所述静止罩(2)同轴定位，

g.所述内磁体组件包括内磁体保持器(30)、多个内磁体、内套筒(32)、和内核(33)，

其中，所述内磁体保持器(30)为中空柱形并由软铁制成，所述内磁体保持器(30)的外表面被加工成多面体表面，使得多面体的面数等于所述组件中所述内磁体的数量，并且所述内磁体连接至所述多面体表面的每一面；

其中，所述内磁体保持器(30)被焊接到非磁内核(33)上，所述非磁内核(33)为台阶状中空非磁柱形部分，所述台阶被提供以利于确保内衬垫(43)的定位；所述内磁体保持器(30)连同所连接的所述内磁体由此滑动至所述内核(33)上；和

其中，所述内套筒(32)优选由抗腐蚀材料制成，并装配在所述内磁体上，而且被焊接到所述内核(33)的任一端处，所述内磁体因而不接触所述反应器容器中的流体，

h.所述内核(33)在其轴线处具有台阶孔，以容纳所述具有联结部的内轴(34)，其中，所述台阶孔在其上端处的直径大于在其下端处的直径，并且，所述孔在所述下端处形成缝以装配所述第二键槽，由此确保所述具有联结部的内轴(34)可靠地随所述内核(33)旋转；

i.其中，所述具有联结部的内轴(34)穿过所述内核(33)中的中心孔，所述轴的上端具有螺孔，其中，设置在所述内核(33)的台阶上的内衬垫(43)形成孔并具有内轴锁定螺钉，所述螺钉紧固在所述螺孔中，由此将所述具有联结部的内轴(34)相对于所述内核(33)同轴定位；

j.所述内轴(34)在所述上内轴承之中和之上具有螺纹部分用以容纳内锁螺母和内锁衬垫，所述内轴通过使用轴承锁来限制所述上内轴承(35)，所述轴承锁通过多个螺钉被螺接到所述安装法兰(1)；

k.所述轴承壳体(4)延伸以装配一对防尘刷，其中，下防尘刷(40)装配在所述内轴(34)与所述轴承壳体(4)之间，上防尘刷(47)装配在所述内轴的上端处；所述防尘刷(40，47)是由从包括石墨、PTFE、PEEK、或其他合适材料在内的组中选出的材料所制成的中空柱，以防止灰尘或固体颗粒进入所述内轴承或所述罩的区域，并形成阻隔部，以防止热的容器气体进入而直接接触内轴承和内磁体；

l.所述内轴(34)在所述防尘刷(40)的位置上方钻有水平孔，并且，竖直孔从所述水平孔延伸至所述内轴(34)的顶部，以确保：形成压力平衡，容器压力被传送直到所述罩，并且还确保所述内轴承在所有面上具有一致的压力；

其中，在所述磁密封组件中，所述支座组件位于所述安装法兰(1)上，所述安装法兰(1)顺次地螺接到所述反应器容器上，其中，所述支座组件的所述上表面具有合适的台阶和螺孔，以容纳具有向下的轴的竖直的所述主动机(D)，所述驱动器联结部(21)通过所述外轴承定位于所述支座组件的所述上法兰处，在所述驱动器联结部(21)的顶部中的中心孔容纳所述主动机轴；

所述外磁体组件连接在所述驱动器联结部(21)的下端处，并随其旋转；所述罩密封所述反应器容器；扭矩从所述外磁体组件以无接触方式通过所述罩传送至所述内磁体组件，所述内磁体组件顺次地连接到所述内轴(34)。

3、如权利要求1或2所述的磁密封组件，进一步包括：设置在所述支座组件的上端处的渗漏检测口(48)，和位于所述支座法兰或所述安装法兰的外直径处的排油阀(49)。

4、一种如在此描述并在附图中例示的磁密封组件。

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