CN104165231A - 轴套带旋转接头的水冷磁性液体密封装置 - Google Patents

Abstract

轴套带旋转接头的水冷磁性液体密封装置，属于机械工程密封领域。成功解决了现有磁性液体密封装置在线速度20m/s以上时，密封间隙内磁性液体发热量大，使用寿命缩短甚至失效的问题。该装置由磁性液体密封组件和旋转接头组合而成。该装置通过将轴套(24)加工成中空结构，避免了对转轴(26)的加工，同时最大限度的减少了传导路径，通过采用水冷方式，冷却循环效率远高于空冷方式，同时该装置可以确保各个极齿下磁性液体的冷却。

Description

轴套带旋转接头的水冷磁性液体密封装置

技术领域

本发明属于机械工程密封领域。

背景技术

磁性液体密封应用在大直径、高线速度的密封环境中，密封间隙内的磁性液体往往因为温度过高而失效，在国际上，大直径、高线速度工况下磁性液体密封的冷却也一直是一个难题。因此对磁性液体密封的冷却循环装置的改进与研发至关重要，直接影响着磁性液体密封装置的使用寿命。

现在最为广泛的冷却方式有在极靴内加工水冷槽的冷却方式，如对比文献1(公开号为CN 103574041A的专利)所述；有在极靴外圆周安装水套的冷却方式，如对比文献2(公开号为CN 200943707Y的专利)所述；有在极靴两侧安装导热性能良好的金属进行冷却的方式，如对比文献3《磁性液体理论及应用》524页所述装置；还有利用外壳上的叶片转动的自冷方式，如对比文献4(专利号为US 7338049B2的专利)所述。但以上文献所述的冷却装置均存在冷却效果差、散热能力低的问题。

如对比文献1(公开号为CN 103574041A的专利)所述的密封装置，其冷却槽加工在极靴中，该装置有三处缺点：第一，为了不影响磁路分布从而降低磁性液体耐压能力，冷却槽通常距离密封间隙较远，热传导路径较大，散热效率低，当线速度高于20m/s时，其冷却效果将显著降低；第二，如果为了提高散热效率，而缩小冷却槽与密封间隙的距离，密封耐压能力将大幅降低，不具备实用性；第三，冷却槽开在极靴中，极靴的材料通常为导磁性金属，一般是不锈钢材料，钢材的导热系数比金、银、铜和铝要低很多，因此导热效果有限。

对比文献2(公开号为CN 200943707Y的专利)所述的密封装置，其冷却原理与对比文献1相同，但其冷却效果甚至不及对比文献1所述的密封装置。

对比文献3中所述的密封装置在极靴两侧安装导热性能良好的金属块，其热传导性能明显提高，但不具有循环冷却系统，在密封装置长时间运行的情况下，其冷却效果不佳，当线速度高于20m/s，连续工作时间超过5h之后，其冷却效果将显著下降；其次，该导热材料安装在极靴侧面，无法对靠近磁铁处的密封间隙内的磁性液体进行冷却，当线速度较高时，使得此处磁性液体较早失效，导致密封耐压能力降低甚至失效。

对比文献4(专利号为US 7338049B2的专利)所述的密封装置，其利用密封件自身旋转来增加与周围气体的热传导进行冷却，由于周围气体温度不可控，热传导路径非常长，因此冷却效果极为有限，只能适用于线速度较低、轴径较小的工作环境，不具有实用性。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是，现有的磁性液体旋转密封装置在大直径、高线速度的环境下工作时，由于密封间隙内磁性液体发热量大，易导致密封使用寿命缩短甚至失效。因此提供一种轴套带旋转接头的水冷磁性液体密封装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

轴套带旋转接头的水冷磁性液体密封装置，构成该装置包括：

外壳、左极靴、永磁体、右极靴、螺钉、第一端盖、第一密封圈、热水口、第三密封圈、第二端盖、旋转接头外壳、出液通道、卡簧、第三端盖、右防水轴承、出液孔、进液孔、左防水轴承、旋转接头转轴、进液通道、冷水口、第二密封圈、右密封圈、轴套、左密封圈、转轴；

构成该装置的各部分之间的连接：

所述的左密封圈安装在左极靴外圆上的凹槽内，形成带密封圈的左极靴，右密封圈安装在右极靴外圆上的凹槽内，形成带密封圈的右极靴；

将带密封圈的左极靴、永磁体、带密封圈的右极靴顺序装入外壳内孔中；通过螺钉与外壳端面上的螺纹连接将第一端盖与外壳固定，使外壳内部各零件轴向定位；将转轴装入轴套中，形成带轴套的转轴；将带密封圈的左极靴、永磁体、带密封圈的右极靴、第一端盖与外壳一起套入转轴，通过外壳法兰盘上的螺纹连接将外壳轴向定位，形成磁性液体密封组件；在组装过程中，安装永磁体之后，向永磁体的内孔中注入磁性液体；

将左、右防水轴承分别安装在旋转接头外壳内孔凸台的左、右两个端面，通过固定连接将第二端盖安装在旋转接头外壳的左端面，将旋转接头转轴装入左、右防水轴承、旋转接头外壳和第二端盖所形成的内孔中，将卡簧安装在右防水轴承的右端面，使旋转接头外壳内部各零件轴向定位，通过固定连接将第三端盖安装在旋转接头外壳右端面，将第一密封圈安装在旋转接头转轴右端面的密封凹槽内，将第二密封圈安装在热水口的右侧密封凹槽内，将第三密封圈安装在旋转接头转轴法兰端面的密封凹槽内，形成旋转接头组件；

通过固定连接将旋转接头组件与磁性液体密封组件进行连接。

其特征在于：

通过磁性液体密封组件与旋转接头组件的组合形成轴套带旋转接头的水冷磁性液体密封装置；

轴套由三层内径不同的套筒焊接而成，形成中空结构，在内壁末端附近加工有两个通孔a和b，分别对应于旋转接头的热水口和冷水口的位置处，并且呈180°分布，从而使得冷却水能够对整个密封件间隙内的磁性液体进行冷却；

轴套右端加工有法兰结构，用于与外部设备的连接，将转轴装入轴套之后，密封组件右端将形成一沉孔结构，该沉孔结构用于与旋转接头的连接和冷却水的循环；

旋转接头转轴的末端在径向加工有热水口和冷水口，该径向通孔便于与轴套上的通孔进行连接。

本发明和已有技术相比所具有的有益效果：

由于将轴套加工成中空结构，避免了对转轴的加工，同时最大限度的减少了传导路径，通过采用水冷方式，冷却循环效率远高于空冷方式，同时该装置可以确保各个极齿下磁性液体的冷却，从而成功解决了现有磁性液体密封装置在线速度20m/s以上时，密封间隙内磁性液体发热量大，使用寿命缩短甚至失效的问题。

附图说明

图1轴套带旋转接头的水冷磁性液体密封装置；

图2轴套局部剖视图。

图1中：外壳(1)、左极靴(2)、永磁体(3)、右极靴(4)、螺钉(5)、第一端盖(6)、第一密封圈(7)、热水口(8)、第三密封圈(9)、第二端盖(10)、旋转接头外壳(11)、出液通道(12)、卡簧(13)、第三端盖(14)、右防水轴承(15)、出液孔(16)、进液孔(17)、左防水轴承(18)、旋转接头转轴(19)、进液通道(20)、冷水口(21)、第二密封圈(22)、右密封圈(23)、轴套(24)、左密封圈(25)、转轴(26)。

具体实施方式

以附图为具体实施方式对本发明作进一步说明：

轴套带旋转接头的水冷磁性液体密封装置，如图1，该密封装置包括：外壳1、左极靴2、永磁体3、右极靴4、螺钉5、第一端盖6、第一密封圈7、热水口8、第三密封圈9、第二端盖10、旋转接头外壳11、出液通道12、卡簧13、第三端盖14、右防水轴承15、出液孔16、进液孔17、左防水轴承18、旋转接头转轴19、进液通道20、冷水口21、第二密封圈22、右密封圈23、轴套24、左密封圈25、转轴26。

构成该装置的各部分之间的连接：

所述的左密封圈25安装在左极靴2外圆上的凹槽内，形成带密封圈的左极靴，右密封圈23安装在右极靴4外圆上的凹槽内，形成带密封圈的右极靴；

将带密封圈的左极靴、永磁体3、带密封圈的右极靴顺序装入外壳1内孔中；通过螺钉5与外壳1端面上的螺纹连接将第一端盖6与外壳1固定，使外壳内部各零件轴向定位；将转轴26装入轴套24中，形成带轴套的转轴；将带密封圈的左极靴、永磁体3、带密封圈的右极靴、第一端盖6与外壳1一起套入转轴26，通过外壳1法兰盘上的螺纹连接将外壳1轴向定位，形成磁性液体密封组件；在组装过程中，安装永磁体3之后，向永磁体3的内孔中注入磁性液体；

将左、右防水轴承分别安装在旋转接头外壳11内孔凸台的左、右两个端面，通过固定连接将第二端盖10安装在旋转接头外壳11的左端面，将旋转接头转轴19装入左、右防水轴承、旋转接头外壳11和第二端盖10所形成的内孔中，将卡簧13安装在右防水轴承15的右端面，使旋转接头外壳11内部各零件轴向定位，通过固定连接将第三端盖14安装在旋转接头外壳右端面，将第一密封圈7安装在旋转接头转轴19右端面的密封凹槽内，将第二密封圈22安装在热水口8的右侧密封凹槽内，将第三密封圈9安装在旋转接头转轴19法兰端面的密封凹槽内，形成旋转接头组件；

通过固定连接将旋转接头组件与磁性液体密封组件进行连接；

冷却水通过水泵从旋转接头组件的进液孔17进入旋转接头转轴19上的进液通道20，实现静、动转换，然后通过冷水口21流入轴套24的中空槽内，带走密封间隙内磁性液体产生的热量；热水则从轴套24的中空槽内通过热水口8进入出液通道12，从而沿旋转接头组件的出液孔16流入外部冷却设备中，实现动、静转换，最终通过外部水泵实现冷却水的循环。

轴套24通过三层内径不同的导磁性套筒焊接而成。首先，将带有凸台的中间层套筒的凸台底端焊接在内侧套筒的外圆周上，焊接部位位于通孔a和b的中部；再将内、外侧套筒焊接在两块环形板面上，其中，中间层套筒与两端环形板有一定间隙，右侧环形板外径大于外侧套筒的外径，并加工有螺栓孔。在焊接之后对内、外侧套筒进行打磨加工，确保满足尺寸精度要求。

轴套24也可以采用将三层不同内径的导磁性套筒直接焊接在两块相同材料的环形板面上(顶面环形板和底面环形板)，其中，中间层套筒稍短于内、外侧套筒，并且只有一端焊接在底面环形板上，另一端悬空。通孔a和通孔b也可以均加工在底面环形板上，通孔a位于内层套筒和中间层套筒间，通孔b位于外层套筒和中间层套筒间。

所用冷却水可根据线速度大小选择水、油甚至液氮等液体，如果线速度不大，也可以选择氢气、氮气、空气等气体作为冷却液。

左、右极靴、转轴26选用导磁性能良好的材料，如电工纯铁；

永磁体3选用铷铁硼；

磁性液体的种类根据密封气体的不同选择不同基液的磁性液体。

Claims (3)

1.轴套带旋转接头的水冷磁性液体密封装置，构成该装置包括： 

外壳(1)、左极靴(2)、永磁体(3)、右极靴(4)、螺钉(5)、第一端盖(6)、第一密封圈(7)、热水口(8)、第三密封圈(9)、第二端盖(10)、旋转接头外壳(11)、出液通道(12)、卡簧(13)、第三端盖(14)、右防水轴承(15)、出液孔(16)、进液孔(17)、左防水轴承(18)、旋转接头转轴(19)、进液通道(20)、冷水口(21)、第二密封圈(22)、右密封圈(23)、轴套(24)、左密封圈(25)、转轴(26)； 

构成该装置的各部分之间的连接： 

所述的左密封圈(25)安装在左极靴(2)外圆上的凹槽内，形成带密封圈的左极靴，右密封圈(23)安装在右极靴(4)外圆上的凹槽内，形成带密封圈的右极靴； 

将带密封圈的左极靴、永磁体(3)、带密封圈的右极靴顺序装入外壳(1)内孔中；通过螺钉(5)与外壳(1)端面上的螺纹连接将第一端盖(6)与外壳(1)固定，使外壳内部各零件轴向定位；将转轴(26)装入轴套(24)中，形成带轴套的转轴；将带密封圈的左极靴、永磁体(3)、带密封圈的右极靴、第一端盖(6)与外壳(1)一起套入转轴(26)，通过外壳(1)法兰盘上的螺纹连接将外壳(1)轴向定位，形成磁性液体密封组件；在组装过程中，安装永磁体(3)之后，向永磁体(3)的内孔中注入磁性液体； 

将左、右防水轴承分别安装在旋转接头外壳(11)内孔凸台的左、右两个端面，通过固定连接将第二端盖(10)安装在旋转接头外壳(11)的左端面，将旋转接头转轴(19)装入左、右防水轴承、旋转接头外壳(11)和第二端盖(10)所形成的内孔中，将卡簧(13)安装在右防水轴承(15)的右端面，使旋转接头外壳(11)内部各零件轴向定位，通过固定连接将第三端盖(14)安 装在旋转接头外壳(11)右端面，将第一密封圈(7)安装在旋转接头转轴(19)右端面的密封凹槽内，将第二密封圈(22)安装在冷水口(8)的右侧密封凹槽内，将第三密封圈(9)安装在旋转接头转轴(19)法兰端面的密封凹槽内，形成旋转接头组件； 

通过固定连接将旋转接头组件与磁性液体密封组件进行连接； 

其特征在于： 

通过磁性液体密封组件与旋转接头组件的组合形成轴套带旋转接头的水冷磁性液体密封装置； 

轴套(10)由三层内径不同的套筒焊接而成，形成中空结构，在内壁末端加工有两个通孔a和b，分别对应于旋转接头的热水口(8)和冷水口(21)的位置处，并且呈180°分布。 

2.根据权利要求1所述轴套带旋转接头的水冷磁性液体密封装置，其特征在于： 

轴套(10)右端加工有法兰结构，用于与外部设备的连接，将转轴(26)装入轴套(10)之后，密封组件右端将形成一沉孔结构。 

3.根据权利要求1所述轴套带旋转接头的水冷磁性液体密封装置，其特征在于： 

旋转接头转轴(19)的末端在径向加工有热水口(8)和冷水口(21)。