CN104197024B - 蠕动泵送循环冷却式磁性液体密封装置 - Google Patents

Abstract

蠕动泵送循环冷却式磁性液体密封装置，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、蠕动泵、冷却系统和蠕动泵管道组合而成。该装置每个极齿下的磁性液体都通过蠕动泵在外部进行循环，不仅不影响磁性液体密封装置的耐压能力，而且由于磁性液体直接被抽送到外部进行冷却，冷却效率达到最大，各个极齿下的磁性液体都得到充分的冷却。

Description

蠕动泵送循环冷却式磁性液体密封装置

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。因此提供一种蠕动泵送循环冷却式磁性液体密封装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

蠕动泵送循环冷却式磁性液体密封装置，构成该装置包括：

转轴、外壳、左端面密封圈、左极靴第一密封圈、左极靴第二密封圈、左极靴第三密封圈、永磁体、右极靴第四密封圈、右极靴第三密封圈、右极靴第二密封圈、右极靴第一密封圈、端盖、磁性液体、蠕动泵第八管道、蠕动泵第七管道、蠕动泵第六管道、蠕动泵第五管道、右极靴、左极靴、蠕动泵第四管道、蠕动泵第三管道、蠕动泵第二管道、蠕动泵第一管道；

构成该装置的各部分之间的连接：

所述的左极靴第一密封圈、左极靴第二密封圈和左极靴第三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，右极靴第一密封圈、右极靴第二密封圈、右极靴第三密封圈和右极靴第四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；

将左端面密封圈安装在外壳凸台内侧的密封槽内，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；通过固定连接将端盖与外壳固定，使外壳内部各零件轴向定位；将带密封圈的左极靴、永磁体、带密封圈的右极靴、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；将在组装过程中，安装永磁体之后，向永磁体的内孔中注入磁性液体；

在蠕动泵第一管道、蠕动泵第二管道、蠕动泵第三管道、蠕动泵第四管道、蠕动泵第五管道、蠕动泵第六管道、蠕动泵第七管道和蠕动泵第八管道内部装满磁性液体之后分别将各管道两端装入左极靴和右极靴进、出液孔与外壳所形成的通孔内；

其特征在于：

通过蠕动泵将每个极齿下的磁性液体从出液孔抽出，在密封装置外部经冷却系统进行冷却，将冷却的磁性液体从进液孔送入极齿下方，进行循环冷却；

左极靴的每个极齿右侧均加工有一个进液孔和一个出液孔，进液孔和出液孔呈180°分布；

右极靴的每个极齿左侧均加工有一个进液孔和一个出液孔，进液孔和出液孔呈180°分布；

外壳在对应每个极齿进液孔和出液孔的位置加工有进液通道和出液通道；

蠕动泵的第一至第八管道两端分别安装在外壳与极靴形成的通孔内，管道口与极齿对齐；

本发明和已有技术相比所具有的有益效果：

在磁性液体密封装置工作时，外部压力将磁性液体挤压到蠕动泵管道口处，与管道口直接接触，因此每个极齿下的磁性液体都可以通过蠕动泵从出液口抽出，在磁性液体密封装置外部的冷却系统中进行冷却，然后从进液口流入极齿下。由于蠕动泵具有自密封性能，不仅不影响磁性液体密封装置的耐压能力，而且由于磁性液体直接被抽送到外部进行冷却，冷却效率达到最大，各个极齿下的磁性液体都得到充分的冷却，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蠕动泵送循环冷却式磁性液体密封装置；

图2蠕动泵送循环冷却式磁性液体密封装置冷却循环示意图。

图1中：转轴(1)、外壳(2)、左端面密封圈(3)、左极靴第一密封圈(4)、左极靴第二密封圈(5)、左极靴第三密封圈(6)、永磁体(7)、右极靴第四密封圈(8)、右极靴第三密封圈(9)、右极靴第二密封圈(10)、右极靴第一密封圈(11)、端盖(12)、磁性液体(13)、蠕动泵第八管道(14)、蠕动泵第七管道(15)、蠕动泵第六管道(16)、蠕动泵第五管道(17)、右极靴(18)、左极靴(19)、蠕动泵第四管道(20)、蠕动泵第三管道(21)、蠕动泵第二管道(22)、蠕动泵第一管道(23)。

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：

蠕动泵送循环冷却式磁性液体密封装置，如图1，该密封装置包括：转轴1、外壳2、左端面密封圈3、左极靴第一密封圈4、左极靴第二密封圈5、左极靴第三密封圈6、永磁体7、右极靴第四密封圈8、右极靴第三密封圈9、右极靴第二密封圈10、右极靴第一密封圈11、端盖12、磁性液体13、蠕动泵第八管道14、蠕动泵第七管道15、蠕动泵第六管道16、蠕动泵第五管道17、右极靴18、左极靴19、蠕动泵第四管道20、蠕动泵第三管道21、蠕动泵第二管道22、蠕动泵第一管道23；

构成该装置的各部分之间的连接：

所述的左极靴第一密封圈4、左极靴第二密封圈5和左极靴第三密封圈6安装在左极靴19外圆上的凹槽内，形成带密封圈的左极靴，右极靴第一密封圈11、右极靴第二密封圈10、右极靴第三密封圈9和右极靴第四密封圈8安装在右极靴18外圆上的凹槽内，形成带密封圈的右极靴；

将左端面密封圈3安装在外壳2凸台内侧的密封槽内，将带密封圈的左极靴、永磁体7、带密封圈的右极靴顺序装入外壳2内孔中；通过固定连接将端盖12与外壳2固定，使外壳内部各零件轴向定位；将带密封圈的左极靴、永磁体7、带密封圈的右极靴、端盖12与外壳2一起套入转轴1，通过外壳2法兰盘上的螺纹连接将外壳2轴向定位；将在组装过程中，安装永磁体7之后，向永磁体7的内孔中注入磁性液体13；

在蠕动泵第一管道23、蠕动泵第二管道22、蠕动泵第三管道21、蠕动泵第四管道20、蠕动泵第五管道17、蠕动泵第六管道16、蠕动泵第七管道15和蠕动泵第八管道14内部装满磁性液体之后分别将各管道两端装入左极靴19和右极靴18进、出液孔与外壳2所形成的通孔内；

通过外部蠕动泵，密封间隙内的磁性液体从出液孔流出磁性液体密封装置，进入外部冷却系统中进行冷却，冷却之后的磁性液体在蠕动泵的作用下，从进液孔流入密封间隙，达到冷却循环的目的，该密封装置循环管道数量与极齿数量相同，各管道之间相互无干涉，没有任何泄漏。

以左极靴19的第一个极齿为例，该极齿下的高温磁性液体从出液孔流出磁性液体密封装置，进入外部冷却系统中进行冷却，冷却之后的低温磁性液体在蠕动泵的作用下，从进液孔流入该极齿，达到冷却循环的目的。

蠕动泵的数量可以根据通道数量决定，既可以采用多通道单泵的形式，也可采用单通道单泵的形式。

左、右极靴、转轴1选用导磁性能良好的材料，如电工纯铁；

永磁体7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 (4)

1.蠕动泵送循环冷却式磁性液体密封装置，该装置包括：

转轴(1)、外壳(2)、左端面密封圈(3)、左极靴第一密封圈(4)、左极靴第二密封圈(5)、左极靴第三密封圈(6)、永磁体(7)、右极靴第四密封圈(8)、右极靴第三密封圈(9)、右极靴第二密封圈(10)、右极靴第一密封圈(11)、端盖(12)、磁性液体(13)、蠕动泵第八管道(14)、蠕动泵第七管道(15)、蠕动泵第六管道(16)、蠕动泵第五管道(17)、右极靴(18)、左极靴(19)、蠕动泵第四管道(20)、蠕动泵第三管道(21)、蠕动泵第二管道(22)以及蠕动泵第一管道(23)；

该装置的各部分之间的连接：

所述的左极靴第一密封圈(4)、左极靴第二密封圈(5)和左极靴第三密封圈(6)安装在左极靴(19)外圆上的凹槽内，形成带密封圈的左极靴，右极靴第一密封圈(11)、右极靴第二密封圈(10)、右极靴第三密封圈(9)和右极靴第四密封圈(8)安装在右极靴(18)外圆上的凹槽内，形成带密封圈的右极靴；

将左端面密封圈(3)安装在外壳(2)凸台内侧的密封槽内，将带密封圈的左极靴、永磁体(7)、带密封圈的右极靴顺序装入外壳(2)内孔中；通过固定连接将端盖(12)与外壳(2)固定，使外壳内部各零件轴向定位；将带密封圈的左极靴、永磁体(7)、带密封圈的右极靴、端盖(12)与外壳(2)一起套入转轴(1)，通过外壳(2)法兰盘上的螺纹连接将外壳(2)轴向定位；将在组装过程中，安装永磁体(7)之后，向永磁体(7)的内孔中注入磁性液体(13)；

在蠕动泵第一管道(23)、蠕动泵第二管道(22)、蠕动泵第三管道(21)、蠕动泵第四管道(20)、蠕动泵第五管道(17)、蠕动泵第六管道(16)、蠕动泵第七管道(15)和蠕动泵第八管道(14)内部装满磁性液体之后分别将各管道两端装入左极靴(19)和右极靴(18)进、出液孔与外壳(2)所形成的通孔内；

其特征在于：

通过蠕动泵将每个极齿下的磁性液体从出液孔抽出，在密封装置外部经冷却系统进行冷却，将冷却的磁性液体从进液孔送入极齿下方，进行循环冷却。

2.根据权利要求1所述蠕动泵送循环冷却式磁性液体密封装置，其特征在于：

左极靴(19)的每个极齿右侧均加工有一个进液孔和一个出液孔，进液孔和出液孔呈180°分布；

右极靴(18)的每个极齿左侧均加工有一个进液孔和一个出液孔，进液孔和出液孔呈180°分布；

外壳(2)在对应每个极齿进液孔和出液孔的位置加工有进液通道和出液通道。

3.根据权利要求1所述蠕动泵送循环冷却式磁性液体密封装置，其特征在于：

蠕动泵第一至第八管道两端分别安装在外壳(2)与带密封圈的左极靴以及外壳(2)与带密封圈的右极靴形成的通孔内，管道口与极齿对齐。

4.根据权利要求1所述蠕动泵送循环冷却式磁性液体密封装置，其特征在于：

蠕动泵和冷却系统装在磁性液体密封装置外部。