CN102808851B - 一种用于提高轴承寿命的密封装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于提高轴承寿命的密封装置，包括磁流体密封件和与所述磁流体密封件相适配的压力平衡室，所述磁流体密封件包括永久磁铁环、外表面设有螺纹的密封件主体和旋转轴，所述永久磁铁环内设有磁性流体；所述压力平衡室包括平衡腔本体，平衡腔本体中设有密封件主体适配孔、旋转轴通孔和旋转轴导出孔，密封件主体适配孔、旋转轴导出孔与旋转轴通孔的连接处均设有O形圈凹槽，O形圈凹槽中安装有O形圈，压力平衡室的侧面设有压缩空气进气孔。所述密封装置可阻止受压磨蚀液体从压力容器中泄漏进入轴承，避免了受压磨蚀液体对轴承的磨损，提高了轴承的使用寿命。同时，本发明还公开了所述密封装置的使用方法。

Description

一种用于提高轴承寿命的密封装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及一种用于提高轴承寿命的密封装置及其使用方法，尤其是一种用于对压力混合容器搅拌轴轴承进行密封、提高轴承的使用寿命的密封装置及其使用方法。

背景技术

目前，装有受压磨蚀液体的压力容器搅拌器一般用轴承密封，由于压力容器中压力较大，其中的液体经常含有磨损物、污染物、腐蚀物等，因此，这些液体经常会由于密封不严或磨损进入搅拌器的轴承，对轴承及相关零部件造成损伤，大大缩短了轴承的使用寿命。

磁流体也称磁液或铁磁流体（英文为Magnetic Fluid或Ferrofluid），它是将铁磁性纳米微粒掺入到载液中，并用表面活性分散剂使其均匀地分散到载液中，从而形成的一种固液相混的悬浮状的半固体。磁流体密封技术是在磁性流体的基础上发展而来的，当磁流体注入磁场的间隙时，它可以充满整个间隙，形成一种“半固体的O型密封圈”。磁流体密封装置的功能是把旋转运动传递到容器内，常用于真空密封。

虽然现有技术中已有一些与磁流体密封使用相关，但是，现有技术中的装置不是为搅拌受压磨蚀液体而设计，不能用于受压磨蚀液体的苛刻环境。因此，至今，尚没有一项技术用于解决受压磨蚀液体搅拌器轴承磨损这一问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足之处而提供一种为应用在轴承-磁流体密封中而专门设计、有效提高轴承使用寿命的密封装置；同时，本发明还提供了采用所述密封装置对含有受压磨蚀液体的压力容器进行密封的方法。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种用于提高轴承寿命的密封装置，包括磁流体密封件和与所述磁流体密封件相适配的压力平衡室；所述磁流体密封件包括永久磁铁环、固定在永久磁铁环一端的密封件主体、穿过所述永久磁铁环和密封件主体轴心的旋转轴，所述永久磁铁环内设有磁性流体，所述密封件主体的外表面设有螺纹；所述压力平衡室包括平衡腔本体，所述平衡腔本体内部沿轴向分别设有密封件主体适配孔、旋转轴通孔和旋转轴导出孔，所述密封件主体适配孔的内表面设有与所述密封件主体外表面的螺纹相适配的螺纹，所述密封件主体适配孔、旋转轴导出孔与旋转轴通孔的连接处均设有O形圈凹槽，所述O形圈凹槽中安装有O形圈，所述平衡腔本体的侧面设有压缩空气进气孔。

所述压力平衡室中，平衡腔本体内部设置的密封件主体适配孔用于与所述密封件主体相适配，通过相适配的螺纹可将所述压力平衡室固定在所述密封件主体上，而平衡腔本体内部的旋转轴通孔和旋转轴导出孔用于所述磁流体密封件的旋转轴穿过所述平衡腔本体，所述密封件主体适配孔、旋转轴导出孔与旋转轴通孔连接处设置的两个O形圈凹槽，用于安装O形圈，在旋转轴通孔的两端均安装O形圈，从而将旋转轴通孔密封起来，用于储存压缩空气，平衡来自于压力容器内的压力。所述压力平衡室侧面的压缩空气进气孔用于压缩空气的进入。

本发明所述密封装置是为预防受压磨蚀液体搅拌器的主轴轴承的异常磨损而设计的，通过磁流体密封件和压力平衡室的配合使用，广泛地用于类似于磨蚀液体搅拌器的环境中。所述密封装置中，压缩空气通过压缩空气进气孔被注入到压力平衡室中，压力平衡室的空气压力被控制在与其相向的磁流体密封件一侧的受压磨蚀液体相当的压力程度，也就是说与压力容器内的压力相匹配。压力平衡室可以使磁流体密封件能够用于正压环境，例如磨蚀液体搅拌器、压力泵、油漆喷涂搅拌器、化工反应釜、帆布浸胶机、水下的泥浆泵或旋转轴等。所述密封装置抵消了容器内的正压力，可以有效阻止受压磨蚀液体对旋转轴轴承造成的伤害。

需要指出的是，所述磁流体密封件本身不能用于受压磨蚀液体的旋转轴密封。本发明所述密封装置为应用在轴承-磁流体密封中而专门设计的，将磁流体密封件和压力平衡室组合使用，建立一个受压磨蚀液体穿透磁流体密封件的障碍，从而阻止受压磨蚀液体进入旋转轴的轴承中，有效地预防轴承磨损，提高轴承的使用寿命。在需要与液体混合的介质是硬质粉末时，建立这样的障碍显得特别重要，因为这种硬质粉末会使轴承因快速磨损而过早失效。

作为本发明所述用于提高轴承寿命的密封装置的优选实施方式，所述密封装置包括一个、两个或多个串联的压力平衡室。当压力容器中的压力较大时，可通过串联两个或多个压力平衡室来抵消压力容器中的正压力。

作为本发明所述用于提高轴承寿命的密封装置的优选实施方式，所述压力平衡室为圆柱形结构。

作为本发明所述用于提高轴承寿命的密封装置的优选实施方式，所述压力平衡室的平衡腔本体一端外表面设有用于紧固螺纹的螺纹紧固面。在平衡腔本体的一端外表面设置螺纹紧固面，所述螺纹紧固面在拧紧螺纹时刻作为扳手卡住的位置，方便螺纹的紧固。

作为本发明所述用于提高轴承寿命的密封装置的优选实施方式，所述O形圈为聚氨酯O形圈。所述O形圈推荐使用帕克通用密封油脂，当然也可选用其他类型或厂家的O形圈，只要实现密封的目的即可。

作为本发明所述用于提高轴承寿命的密封装置的优选实施方式，所述密封件主体远离永久磁铁环的一端设有用于旋转轴与O形圈紧密接触的卸荷槽。如果所述密封件主体上不设置所述卸荷槽，旋转轴的平面无法和安装于O形圈凹槽中的O形圈直接接触，不利于压力平衡室中压缩空气的密封。

同时，本发明还提供一种采用如上所述用于提高轴承寿命的密封装置对压力容器进行密封的方法，包括以下步骤：

（1）将所述磁流体密封件的永久磁铁环置于压力容器中并紧贴所述压力容器的内壁；或者将磁流体密封件的永久磁铁环置于压力容器的外部并紧贴所述压力容器的外壁；

（2）先将轴承通过所述密封件主体外表面的螺纹固定在所述密封件主体上，然后再将所述压力平衡室通过与密封件主体相适配的密封件主体适配孔固定在所述密封件主体上；或者先将所述压力平衡室通过所述密封件主体相适配的密封件主体适配孔固定在所述密封件主体上，然后再将轴承固定在所述压力平衡室的上方。

本发明所述密封装置使用时，压力平衡室、轴承、压力容器壁和磁流体密封件的位置可以改变，例如，可以先将磁流体密封件的永久磁铁环置于压力容器中紧贴所述压力容器的内壁，然后将轴承通过所述密封件主体外表面的螺纹固定在所述密封件主体上，轴承紧贴压力容器的外壁，然后再将压力平衡室固定在所述密封件主体上，压力平衡室的下端紧贴轴承的上端，此种位置关系从下至上依次为：磁流体密封件-压力容器壁-轴承-压力平衡腔。当然，也可以按照从下至上依次为磁流体密封件-压力容器壁-压力平衡室-轴承，或者压力容器壁-磁流体密封件-压力平衡室轴承，或者压力容器壁-磁流体密封件-轴承-压力平衡室的位置关系组合使用。总之，压力平衡室、轴承、压力容器壁和磁流体密封件这四者的位置关系灵活多变，只要能达到密封受压磨蚀液体与保护轴承与磁流体密封件不被磨蚀液体磨损的目的即可。

需要指出的，在旋转轴载荷较小的情况下，轴承可以不用，磁流体密封件可以作为轴承使用。但是，在旋转轴承受较大载荷的情况下，轴承则必须使用。

本发明所述密封装置，在传统的磁流体密封基础上增加一个与其相适配的压力平衡室，使其能够工作于受压磨蚀液体中。采用本发明所述密封装置对压力容器中的受压磨蚀液体进行密封，阻止受压磨蚀液体进入旋转轴的轴承组件中，防止异常的轴承磨损，有效提高了轴承的使用寿命。采用本发明所述密封装置对含有受压磨蚀液体的压力容器进行密封时，使用方式灵活多变。

附图说明

图1为本发明所述密封装置的一种实施例的结构示意图。

图2为本发明所述密封装置的磁流体密封件的一种实施例的结构示意图。

图3为本发明所述密封装置的压力平衡室的一种实施例的结构示意图。

图4为图3所示压力平衡室的另一种视向的结构示意图。

图5为本发明所述密封装置一种使用状态时的位置关系示意图。

图6为本发明所述密封装置一种使用状态的结构示意图。

图中，10为磁流体密封件，12为永久磁铁环，14为密封件主体，140为螺纹，142为卸荷槽，16为旋转轴，20为压力平衡室，22为平衡腔本体，220为螺纹紧固面，23为O形圈，24为密封件主体适配孔，240为螺纹，242为O形圈凹槽，26为旋转轴通孔，27为O形圈，28为旋转轴导出孔，282为O形圈凹槽，29为压缩空气进气孔，30为轴承，32为垫片，40为压力容器，42为受压磨蚀液体，50为电机，52为联轴器。

具体实施方式

为更好的说明本发明的目的、技术方案和优点，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

一种用于提高轴承寿命的密封装置，如附图1所示，包括磁流体密封件10和与所述磁流体密封件10相适配的压力平衡室20；如附图2所示，所述磁流体密封件10包括永久磁铁环12、固定在永久磁铁环12一端的密封件主体14、穿过所述永久磁铁环12和密封件主体14轴心的旋转轴16，所述永久磁铁环12内设有磁性流体（图中未画出），所述密封件主体14的外表面设有螺纹140；如附图3和4所示，所述压力平衡室20包括平衡腔本体22，所述平衡腔本体22内部沿轴向分别设有密封件主体适配孔24、旋转轴通孔26和旋转轴导出孔28，所述密封件主体适配孔24的内表面设有与所述密封件主体14外表面的螺纹140相适配的螺纹240，所述密封件主体适配孔24、旋转轴导出孔28与旋转轴通孔26的连接处均设有O形圈凹槽（242、282），所述O形圈凹槽（242、282）中分别安装有O形圈（23、27），所述平衡腔本体22的侧面设有压缩空气进气孔29。

所述压力平衡室20中，平衡腔本体22内部设置的密封件主体适配孔24用于与所述密封件主体14相适配，通过相适配的螺纹（140、240）可将所述压力平衡室20固定在所述密封件主体14上，而平衡腔本体22内部的旋转轴通孔26和旋转轴导出孔28用于所述磁流体密封件10的旋转轴16穿过所述平衡腔本体22，所述密封件主体适配孔24、旋转轴导出孔28与旋转轴通孔26连接处设置的两个O形圈凹槽（242、282），用于安装O形圈（23、27），在旋转轴通孔26的两端均安装O形圈（23、27），从而将旋转轴通孔26密封起来，用于储存压缩空气，平衡来自于压力容器内的压力。所述平衡腔本体22侧面的压缩空气进气孔29用于压缩空气的进入。

如附图5和6所示，所述密封装置是为预防受压磨蚀液体42搅拌器的主轴轴承30的异常磨损而设计的，通过磁流体密封件10和压力平衡室20的配合使用，广泛地用于类似于磨蚀液体搅拌器的环境中。压力平衡室20的作用是在密封装置中平衡来自于压力容器40内的压力（如喷涂油漆的容器，涂层介质与粉末必须使用一个旋转搅拌器进行充分混合），从而为插入到压力容器40中的旋转轴16提供紧密密封，加强磁流体密封件10的密封性能，使其能够用于受压磨蚀液体的环境中；磁流体密封件10的主要作用是形成一个隔离带，阻止受压磨蚀液体42从压力容器中泄漏进入轴承30。所述密封装置中，压缩空气通过压缩空气进气孔29被注入到压力平衡室20中，压力平衡室20的空气压力被控制在与其相向的磁流体密封件10一侧的受压磨蚀液体42相当的压力程度，也就是说与压力容器40内的压力相匹配。压力平衡室20可以使磁流体密封件10能够用于正压环境，例如磨蚀液体搅拌器、压力泵、油漆喷涂搅拌器、化工反应釜、帆布浸胶机、水下的泥浆泵或旋转轴等。所述密封装置抵消了压力容器40内的正压力，可以有效阻止受压磨蚀液体42对旋转轴16轴承30造成的伤害。所述密封装置起到两个方面的作用：第一是对旋转轴16与压力容器40组合体进行密封；第二是阻止压力容器40中的粉末或磨蚀性介质进入旋转轴16的轴承30中，从而延长轴承30的使用寿命。

使用时，所述压力平衡室20、轴承30、压力容器40及磁流体密封件10的安装位置关系如附图5所示。由于磁流体密封件10不能够承受较高的正压力，因此采用压力平衡室20以平衡作用在磁流体密封件10下侧来自于压力容器40内的受压磨蚀液体42的强大压力。压力平衡室20的空气压力传递到轴承30内，从而作用于磁流体密封件10的上侧。压力平衡室20的空气压力必须与压力容器40内的受压磨蚀液体42的压力基本相等，这样才能取得压力平衡的效果，以保证磁流体密封件10的密封用磁流体不被压力容器40内的压力穿透。

所述密封装置是一种能够密封受压磨蚀液体的，能够保证所使用的受压磨蚀液体处于高压下不会因压力而进入轴承，造成轴承的磨损而过早失效，在许多工业应用中都需要这种密封装置。在本发明所述密封装置出现之前，尚没有一项技术用于解决受压磨蚀液体搅拌器轴承磨损这一问题。所述密封装置也可以在其它类似的环境中使用，在这些环境中，其他种类液体（如污染物、腐蚀物）可能会对轴承及相关零部件造成损伤，缩短使用寿命。

需要指出的是，所述磁流体密封件10本身不能用于受压磨蚀液体42的旋转轴16密封。本发明所述密封装置为应用在轴承-磁流体密封中而专门设计的，将磁流体密封件10和压力平衡室20组合使用，建立一个受压磨蚀液体42穿透磁流体密封件10的障碍，从而阻止受压磨蚀液体42进入旋转轴16的轴承30中，有效地预防轴承30磨损，提高轴承30的使用寿命。在需要与液体混合的介质是硬质粉末时，建立这样的障碍显得特别重要，因为这种硬质粉末会使轴承30因快速磨损而过早失效。

较佳地，所述密封装置包括一个、两个或多个串联的压力平衡室20。当压力容器40中的压力较大时，可通过串联两个或多个压力平衡室20（图中未画出串联情况）来抵消压力容器40中的正压力。

较佳地，如附图3和4所示，所述压力平衡室20为圆柱形结构。更佳地，如附图3和4所示，所述压力平衡室20的平衡腔本体22一端外表面设有用于紧固螺纹的螺纹紧固面220。在平衡腔本体22的一端外表面设置螺纹紧固面220，所述螺纹紧固面220在拧紧螺纹时刻作为扳手卡住的位置，方便螺纹的紧固。

较佳地，所述O形圈（23、27）为聚氨酯O形圈。所述O形圈（23、27）推荐使用帕克通用密封油脂，当然也可选用其他类型或厂家的O形圈，例如具有更好耐磨性的O形圈的加强版本，只要实现密封的目的即可。

较佳地，如附图2所示，所述密封件主体14远离永久磁铁环12的一端设有用于旋转轴16与O形圈23紧密接触的卸荷槽142。如果所述密封件主体14上不设置所述卸荷槽142，旋转轴16的平面无法和安装于O形圈凹槽242中的O形圈23直接接触，不利于压力平衡室20中压缩空气的密封。

同时，本发明还提供一种采用如上所述用于提高轴承寿命的密封装置对压力容器进行密封的方法，如附图5和6所示，包括以下步骤：

（1）将所述磁流体密封件10的永久磁铁环12置于压力容器40中并紧贴所述压力容器40的内壁；或者将磁流体密封件10的永久磁铁环12置于压力容器40的外部并紧贴所述压力容器40的外壁；

（2）先将轴承30通过所述密封件主体14外表面的螺纹140固定在所述密封件主体14上，然后再将所述压力平衡室20通过与密封件主体14相适配的密封件主体适配孔24固定在所述密封件主体14上；或者先将所述压力平衡室20通过所述密封件主体14相适配的密封件主体适配孔24固定在所述密封件主体14上，然后再将轴承30固定在所述压力平衡室20的上方。

本发明所述密封装置使用时，压力平衡室20、轴承30、压力容器40的壁和磁流体密封件10的位置可以改变，例如，如附图5所示，可以先将磁流体密封件10的永久磁铁环12置于压力容器40中紧贴所述压力容器40的内壁，然后将轴承30通过所述密封件主体14外表面的螺纹140固定在所述密封件主体14上，轴承30紧贴压力容器40的外壁，然后再将压力平衡室20固定在所述密封件主体14上，压力平衡室20的下端紧贴轴承30的上端，此种位置关系从下至上依次为：磁流体密封件-压力容器壁-轴承-压力平衡腔。当然，也可以按照从下至上依次为磁流体密封件-压力容器壁-压力平衡室-轴承，或者压力容器壁-磁流体密封件-压力平衡室轴承，或者压力容器壁-磁流体密封件-轴承-压力平衡室的位置关系组合使用。总之，压力平衡室20、轴承30、压力容器40的壁和磁流体密封件10这四者的位置关系灵活多变，只要能达到密封受压磨蚀液体42与保护轴承30与磁流体密封件10不被受压磨蚀液体42磨损的目的即可。

需要指出的，在旋转轴16载荷较小的情况下，轴承30可以不用，磁流体密封件10可以作为轴承使用。但是，在旋转轴16承受较大载荷的情况下，轴承30则必须使用。

如附图6所示，本发明所述密封装置的一种使用状态的装配图，将所述磁流体密封件10的旋转轴16插入所述压力容器40中，然后依次将垫片32、轴承30和压力平衡室20通过螺丝的配合作用拧紧在所述密封件主体14上，最后将电机50的旋转轴通过联轴器52与所述磁流体密封件10的旋转轴16上端连接，为所述磁流体密封件10的旋转轴16旋转提供动力。在使用过程中，为了确保搅拌器的稳定性，可根据压力容器和电机的结构特点，制作一个框架以支撑电机50和压力容器40，所述框架的结构多样（图中未画出）。另外，在实际的使用过程中，为了使电机50、密封装置和压力容器40的组装更加方便稳定，也可对压力容器40的一些部件做适应的结构改进，例如在压力容器的手柄上切出两个槽口（图中未画出），以确保压力容器和电机的正确定位，方便使用者快速地将容器安装到位。

实施例1本发明所述密封装置的耐用性试验

采用如附图6所示的使用状态结构示意图装配使用，所述压力容器40内的压力分别设置为60psi、100psi和120psi，所述磁流体密封件10的旋转轴16的转速分别设置为350rpm和245rpm。在不同条件下做了6组实验，每组实验为8小时。在每组试验之间预留了足够的时间使电机50得到充分的冷却，晃动压力容器40以给予压力容器40内的受压磨蚀液体42与轴承30表面进行充分接触。需要说明的是，磨蚀液体中添加有体积比为20%的碳化钨硬质合金微粉，微粉的直径分布在微米与次微米之间。在72小时甚至更长的试验期间，容器没有进行排空，且试验都是使用同一个O形圈，当所有试验都完成之后才将其更换。试验过程中，受压磨蚀液体42始终保留在压力容器40中并一直不断地被搅拌。试验条件见表1。

表1试验条件

试验次数	压力（psi)	转速（rpm)	时间（小时）	转数（转）
					1	60	350	8	168000
2	60	245	8	117600
					3	100	350	8	168000
4	100	245	8	117600
					5	120	350	8	168000
6	120	245	8	117600
					总计			48	856800

上述试验表明，压力平衡室具有预期的性能，能够使得密封装置实现对受压磨蚀液体的密封，保证轴承不受磨蚀液体的影响。在试验过程中，安装在所述压力平衡室的O形圈凹槽中的O形圈经过85转后厚度的平均磨损量是0.2mm（O形圈的初始厚度为2mm）。在O形圈磨损到一半之前，磨损量会很小且磨损速率不断降低。在上述时限之后会有少量压缩空气从压力平衡室泄漏，该泄漏不会降低压力平衡室的压力，更不会影响密封装置的性能。当然，在泄漏比较严重时，应更换O形圈。上述结果表明，本发明密封装置具有足够的密封能力，可防止压力容器中的受压磨蚀液体进入旋转轴的轴承，从而保证轴承的运行安全。

最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (7)

1.一种用于提高轴承寿命的密封装置，其特征在于，包括磁流体密封件和与所述磁流体密封件相适配的压力平衡室；

所述磁流体密封件包括永久磁铁环、固定在永久磁铁环一端的密封件主体、穿过所述永久磁铁环和密封件主体轴心的旋转轴，所述永久磁铁环内设有磁性流体，所述密封件主体的外表面设有螺纹；

所述压力平衡室包括平衡腔本体，所述平衡腔本体内部沿轴向分别设有密封件主体适配孔、旋转轴通孔和旋转轴导出孔，所述密封件主体适配孔的内表面设有与所述密封件主体外表面的螺纹相适配的螺纹，所述密封件主体适配孔、旋转轴导出孔与旋转轴通孔的连接处均设有O形圈凹槽，所述O形圈凹槽中安装有O形圈，所述平衡腔本体的侧面设有压缩空气进气孔。

2.如权利要求1所述的用于提高轴承寿命的密封装置，其特征在于，所述密封装置包括一个、两个或多个串联的压力平衡室。

3.如权利要求1所述的用于提高轴承寿命的密封装置，其特征在于，所述压力平衡室为圆柱形结构。

4.如权利要求3所述的用于提高轴承寿命的密封装置，其特征在于，所述压力平衡室的平衡腔本体一端外表面设有用于紧固螺纹的螺纹紧固面。

5.如权利要求1所述的用于提高轴承寿命的密封装置，其特征在于，所述O形圈为聚氨酯O形圈。

6.如权利要求1所述的用于提高轴承寿命的密封装置，其特征在于，所述密封件主体远离永久磁铁环的一端设有用于旋转轴与O形圈紧密接触的卸荷槽。

7.一种采用如权利要求1所述用于提高轴承寿命的密封装置对压力容器进行密封的方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）将所述磁流体密封件的永久磁铁环置于压力容器中并紧贴所述压力容器的内壁；或者将磁流体密封件的永久磁铁环置于压力容器的外部并紧贴所述压力容器的外壁；

（2）先将轴承通过所述密封件主体外表面的螺纹固定在所述密封件主体上，然后再将所述压力平衡室通过与密封件主体相适配的密封件主体适配孔固定在所述密封件主体上；或者先将所述压力平衡室通过所述密封件主体相适配的密封件主体适配孔固定在所述密封件主体上，然后再将轴承固定在所述压力平衡室的上方。