CN104455463B - 嵌入导热片的冷却液式磁性液体密封装置 - Google Patents

Abstract

嵌入导热片的冷却液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、导热片(16)、冷却系统和接口(25)组合而成。该装置在每个齿槽内用密封胶粘接有导热片(16)，导热片(16)内圆与极齿平齐，外径小于齿槽内径，从而与极靴之间形成一个环形水槽，每个水槽均加工有两个通道，用于冷却液的循环。

Description

嵌入导热片的冷却液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。因此提供一种嵌入导热片的冷却液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：

嵌入导热片的冷却液式磁性液体密封装置，构成该装置包括：

外壳、左极靴第一密封圈、左极靴第一进液通道、左极靴第二进液通道、左极靴第三进液通道、左极靴第四进液通道、左极靴第二密封圈、永磁体、右极靴第二密封圈、右极靴第四进液通道、右极靴第三进液通道、右极靴第二进液通道、右极靴第一进液通道、右极靴第一密封圈、端盖、导热片、右极靴第一出液通道、右极靴第二出液通道、右极靴第三出液通道、右极靴第四出液通道、右极靴、左极靴第四出液通道、左极靴第三出液通道、左极靴第二出液通道、接口、左极靴第一出液通道、左极靴；

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和左极靴第二密封圈安装在左极靴左、右端面上的凹槽内，形成带密封圈的左极靴，右极靴第一密封圈和右极靴第二密封圈安装在右极靴左、右端面上的凹槽内，形成带密封圈的右极靴；

将导热片用密封胶粘接在左、右极靴的齿槽内，导热片的内圆与左、右极靴的极齿内圆平齐，即半径相同；将安装密封圈和导热片的左、右极靴、永磁体装入外壳内孔中；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；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并在外壳的通孔处焊接接口；

其特征在于：

磁性液体的热量通过导热片传导至导热片与齿槽形成的冷却槽内，冷却槽内注有冷却液，并通过外接泵和冷却装置进行循环冷却，由于导热片导热性能远高于极靴，因此对冷却槽体积要求不高，从而可以将齿槽与导热片之间的间隙加工成冷却槽，并不影响耐压能力；

左、右极靴的每个齿槽均加工有两个呈180°分布的通孔，该通孔与外壳上相同位置的通孔形成进液通道和出液通道，180°的分布最大程度上增加了冷却液在冷却槽内的流动；

在左、右极靴的齿槽内用密封胶粘接有导热片，导热片内圆与极齿平齐，外径小于齿槽内径，在导热片与极靴之间形成一个环形冷却槽；

为了保障导热片安装方便，导热片采用分瓣结构，每一瓣呈圆弧状，分瓣的数量为3～8瓣。

本发明和已有技术相比所具有的有益效果：

与对比文献3的区别是在每个齿槽内用密封胶粘接有导热片，导热片内圆与极齿平齐，即半径相同，在磁性液体密封装置工作时，外部压力将磁性液体挤压到导热片处，与导热片直接接触，可以将热量直接传输到导热片；而导热片外径小于齿槽内径，从而与极靴之间形成一个环形冷却槽，每个冷却槽均加工有两个通道，呈180°分布，用于冷却液的循环；通过导热片将热量传导至冷却槽中的冷却液，通过外接泵和冷却装置对冷却液进行循环冷却，由于具有循环冷却系统，热传导路径缩短，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嵌入导热片的冷却液式磁性液体密封装置；

图2嵌入导热片的冷却液式磁性液体密封装置冷却循环示意图；

图3导热片为3瓣的示意图；

图4导热片为8瓣的示意图。

图1中：外壳(1)、左极靴第一密封圈(2)、左极靴第一进液通道(3)、左极靴第二进液通道(4)、左极靴第三进液通道(5)、左极靴第四进液通道(6)、左极靴第二密封圈(7)、永磁体(8)、右极靴第二密封圈(9)、右极靴第四进液通道(10)、右极靴第三进液通道(11)、右极靴第二进液通道(12)、右极靴第一进液通道(13)、右极靴第一密封圈(14)、端盖(15)、导热片(16)、右极靴第一出液通道(17)、右极靴第二出液通道(18)、右极靴第三出液通道(19)、右极靴第四出液通道(20)、右极靴(21)、左极靴第四出液通道(22)、左极靴第三出液通道(23)、左极靴第二出液通道(24)、接口(25)、左极靴第一出液通道(26)、左极靴(27)。

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：

嵌入导热片的冷却液式磁性液体密封装置，如图1，该密封装置包括：外壳1、左极靴第一密封圈2、左极靴第一进液通道3、左极靴第二进液通道4、左极靴第三进液通道5、左极靴第四进液通道6、左极靴第二密封圈7、永磁体8、右极靴第二密封圈9、右极靴第四进液通道10、右极靴第三进液通道11、右极靴第二进液通道12、右极靴第一进液通道13、右极靴第一密封圈14、端盖15、导热片16、右极靴第一出液通道17、右极靴第二出液通道18、右极靴第三出液通道19、右极靴第四出液通道20、右极靴21、左极靴第四出液通道22、左极靴第三出液通道23、左极靴第二出液通道24、接口25、左极靴第一出液通道26、左极靴27；

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2和左极靴第二密封圈7安装在左极靴27左、右端面上的凹槽内，形成带密封圈的左极靴，右极靴第一密封圈14和右极靴第二密封圈9安装在右极靴21左、右端面上的凹槽内，形成带密封圈的右极靴；

将导热片16用密封胶粘接在左、右极靴的齿槽内，导热片16的内圆与左、右极靴的极齿内圆平齐，即半径相同；将安装密封圈和导热片的左、右极靴、永磁体8装入外壳1内孔中；通过固定连接将端盖15与外壳1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8、带密封圈的右极靴、端盖15与外壳1一起套入转轴，通过外壳1法兰盘上的螺纹连接将外壳1轴向定位；在组装过程中，安装永磁体8之后，向永磁体8的内孔中注入磁性液体并在外壳1的通孔处焊接接口25；

左、右极靴的每个齿槽均加工有两个呈180°分布的通孔，该通孔与外壳上相同位置的通孔形成进液通道和出液通道，180°的分布最大程度上增加了冷却液在冷却槽内的流动，如果通道孔的分布对装置的安装产生干涉，也可以采用小于180°的分布方式。

密封间隙内磁性液体的热量从导热片16传导至环形冷却槽，通过外接泵，将高温冷却液从出液通道流出磁性液体密封装置，进入外部冷却系统中进行冷却，冷却之后的低温冷却液在泵的作用下，从进液通道流入环形冷却槽，达到冷却循环的目的，该密封装置循环通道数量与极齿数量相同，各通道和冷却槽之间相互无干涉，没有任何泄漏。

以左极靴27的第一个导热片为例，磁性液体的热量从从导热片16传导至第一个环形冷却槽，通过外接泵，将冷却槽内的高温冷却液从左极靴第一出液通道26流出磁性液体密封装置，进入外部冷却系统中进行冷却，冷却之后的低温冷却液在泵的作用下，从左极靴第一进液通道3流入环形冷却槽，达到冷却循环的目的。

为了保障导热片16安装方便，导热片16采用分瓣结构，每一瓣呈圆弧状，分瓣的数量为3～8瓣，具体瓣数根据轴径大小决定。每瓣导热片16之间通过密封胶进行粘接，并应该在装入齿槽内之后进行粘接，导热片16材料可选用导热性能好的材料，如：铜、铝、金和银等非导磁性金属材料。

冷却液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。

外接泵可以选用蠕动泵，也可选用一般的液泵，其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、转轴选用导磁性能良好的材料，如电工纯铁。

永磁体8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.嵌入导热片的冷却液式磁性液体密封装置，该装置包括：

外壳(1)、左极靴第一密封圈(2)、左极靴第一进液通道(3)、左极靴第二进液通道(4)、左极靴第三进液通道(5)、左极靴第四进液通道(6)、左极靴第二密封圈(7)、永磁体(8)、右极靴第二密封圈(9)、右极靴第四进液通道(10)、右极靴第三进液通道(11)、右极靴第二进液通道(12)、右极靴第一进液通道(13)、右极靴第一密封圈(14)、端盖(15)、导热片(16)、右极靴第一出液通道(17)、右极靴第二出液通道(18)、右极靴第三出液通道(19)、右极靴第四出液通道(20)、右极靴(21)、左极靴第四出液通道(22)、左极靴第三出液通道(23)、左极靴第二出液通道(24)、接口(25)、左极靴第一出液通道(26)、左极靴(27)；

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(2)和左极靴第二密封圈(7)安装在左极靴(27)左、右端面上的凹槽内，形成带密封圈的左极靴，右极靴第一密封圈(14)和右极靴第二密封圈(9)安装在右极靴(21)左、右端面上的凹槽内，形成带密封圈的右极靴；

将导热片(16)用密封胶粘接在左、右极靴的齿槽内，导热片(16)的内圆与左、右极靴的极齿内圆平齐，即半径相同；将安装密封圈和导热片的左、右极靴、永磁体(8)装入外壳(1)内孔中；通过固定连接将端盖(15)与外壳(1)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(8)、带密封圈的右极靴、端盖(15)与外壳(1)一起套入转轴，通过外壳(1)法兰盘上的螺纹连接将外壳(1)轴向定位；在组装过程中，安装永磁体(8)之后，向永磁体(8)的内孔中注入磁性液体并在外壳(1)的通孔处焊接接口(25)；

其特征在于：

磁性液体的热量通过导热片(16)传导至导热片(16)与齿槽形成的冷却槽内，冷却槽内注有冷却液，并通过外接泵和冷却装置进行循环冷却；

左、右极靴的每个齿槽均加工有两个呈180°分布的通孔，该通孔与外壳(1)上相同位置的通孔形成第一至第四进液通道和第一至第四出液通道，其中上方通孔形成进液通道，下方通孔形成出液通道。

2.根据权利要求1所述嵌入导热片的冷却液式磁性液体密封装置，其特征在于：

在左、右极靴的齿槽内用密封胶粘接有导热片(16)，导热片(16)内圆与极齿平齐，外径小于齿槽内径，在导热片(16)与极靴之间形成一个环形冷却槽。

3.根据权利要求1所述嵌入导热片的冷却液式磁性液体密封装置，其特征在于：

导热片(16)采用分瓣结构，每一瓣呈圆弧状，分瓣的数量为3～8瓣。