CN104500751A - 一种耐高温磁性液体密封装置 - Google Patents

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李德才
冯高群
王忠忠
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    • F16J15/00—Sealings
    • F16J15/16—Sealings between relatively-moving surfaces
    • F16J15/40—Sealings between relatively-moving surfaces by means of fluid
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Abstract

一种耐高温磁性液体密封装置，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在大轴径、高线速度情况下，磁性液体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。该装置由外壳(1)、左极靴组件、永磁铁(4)、右极靴组件、端盖(7)组合而成。该装置在每个齿槽内表面加工成正多边形，帕尔帖(8)嵌在各个面上，帕尔帖(8)的散热端开有很大的冷却循环槽，散热效果显著。特别适用于磁性液体密封在大轴径、高转速条件下的密封难题。

Description

一种耐高温磁性液体密封装置
技术领域
本发明属于机械工程密封领域。
背景技术
磁性液体密封由于其具有零泄漏、长寿命、高可靠性等优点，在工程中得到了广泛的应用。然而随着航空航天、军工、石化等领域的发展，对密封提出了越来越高的要求，例如密封轴径很大，转速很高。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，限制了磁性液体密封在这些工况下的应用。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密封可靠性使用寿命。
现在最为广泛的冷却方式有如在公开号为CN 103574041A的专利中提到的在极靴内加工水冷槽的冷却方式，也有如公开号为CN 200943707Y的专利所述的在极靴外圆周安装水套的冷却方式；也有如在《磁性液体理论及应用》中所述在极靴两侧安装导热性能良好的金属进行冷却的方式；还有如在公开号为US7338049B2的专利中提到的利用外壳上的叶片转动的自冷方式。
然而，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。
公开号为CN 200943707Y的专利所述的密封装置，其冷却原理与公开号为CN 103574041A的原理相同，但其冷却效果甚至不及CN 103574041A提出的装置。
《磁性液体理论及应用》中提到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。
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。
因此，上述提到的几种冷却方式在高线速度的条件下，散热能力低，冷却效果均非常有限，在某些大轴径、高线速度的磁性液体密封中，根本无法满足要求。
帕尔帖，也叫半导体致冷片，主要利用半导体材料的Peltier效应，当直流电通过两种不同半导体材料串联成的电偶时，在电偶的两端即可分别吸收热量和放出热量。是现在一种新型的散热传感器。
在专利号为CN 201410177531.8的专利中提到的密封装置，通过在正多边形的外壳表面安装帕尔帖，来降低密封间隙内磁性液体的温度，但该装置有三处缺点：第一，帕尔帖不是直接接触磁性液体，而是通过外壳间接散热，冷却效果不佳；第二，由于该装置的极齿和齿槽加工在极靴的外圆面上，其中的磁性液体受到的离心力会变大，在大轴径、高转速的条件下，密封的可靠性降低；第三，由于磁性液体在极靴的外圆面上，半径增大，散热量增加。
本专利提出了一种耐高温磁性液体密封装置。在极靴的内圆面加工出极齿和齿槽，在齿槽的内表面嵌入帕尔帖，通过帕尔帖散热传感器和磁性液体的直接接触，带走磁性液体密封间隙中磁性液体产生的热，散热效果显著，成功解决了磁性液体密封在大轴径、高转速条件下的密封难题。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是，传统的磁性液体密封冷却方式在大直径、高线速度的环境下工作时，散热效果差，冷却效果不明显。因此提出一种耐高温磁性液体密封装置。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种耐高温磁性液体密封装置，构成该装置包括：
外壳、左极靴第一密封圈、左极靴第二密封圈、永磁铁、右极靴第一密封圈、右极靴第二密封圈、端盖、帕尔帖、右极靴、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安装在左极靴外圆柱面左面的密封槽内，所述的左极靴第二密封圈安装在左极靴外圆柱面右面的密封槽内，将帕尔帖嵌入到左极靴的齿槽内，上述装配形成左极靴组件；
所述的右极靴第一密封圈安装在右极靴外圆柱面左面的密封槽内，所述的右极靴第二密封圈安装在右极靴外圆柱面右面的密封槽内，将帕尔帖嵌入到右极靴的齿槽内，上述装配形成右极靴组件；
将永磁铁安装在左极靴右端面处，将右极靴安装在永磁铁右端面处，上述装配形成磁性液体密封组件；
将所述磁性液体密封组件装入外壳内孔中，使其左端面与外壳凸台的右端面相接触；将端盖安装到外壳的右端面；端盖与外壳通过螺栓连接等方式固定，形成静止组件；
将所述静止组件上述密封件套入转轴中完成装配过程；
所述的左极靴和右极靴的齿槽内嵌有帕尔帖；
左极靴和右极靴的齿槽内表面为正多边形，如正六边形和正八边形，帕尔帖嵌在多边形的各个面上。
本发明和已有技术相比所具有的有益效果：
帕尔贴直接嵌入了极靴的齿槽内，和磁性液体直接接触，在磁性液体密封装置工作时，磁性液体产生的大量热会迅速被帕尔帖吸收，帕尔帖的散热端开有很大的冷却循环槽，可以将帕尔帖散出的热量迅速高效的散出，从而成功解决了现有磁性液体密封装置在在大轴径、高线速度情况下，磁性液体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1一种耐高温磁性液体密封装置；
图2极靴齿槽内表面为正六边形且嵌有帕尔帖的示意图。
图1中：外壳(1)、左极靴第一密封圈(2)、左极靴第二密封圈(3)、永磁铁(4)、右极靴第一密封圈(5)、右极靴第二密封圈(6)、端盖(7)、帕尔帖(8)、右极靴(9)、左极靴(10)；
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：
一种耐高温磁性液体密封装置，如图1，该密封装置包括：外壳1、左极靴第一密封圈2、左极靴第二密封圈3、永磁铁4、右极靴第一密封圈5、右极靴第二密封圈6、端盖7、帕尔帖8、右极靴9、左极靴10；
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安装在左极靴外圆柱面左面的密封槽内，所述的左极靴第二密封圈安装在左极靴外圆柱面右面的密封槽内，将帕尔帖嵌入到左极靴的齿槽内，上述装配形成左极靴组件；
所述的右极靴第一密封圈安装在右极靴外圆柱面左面的密封槽内，所述的右极靴第二密封圈安装在右极靴外圆柱面右面的密封槽内，将帕尔帖嵌入到右极靴的齿槽内，上述装配形成右极靴组件；
将永磁铁安装在左极靴右端面处，将右极靴安装在永磁铁右端面处，上述装配形成磁性液体密封组件；
将所述磁性液体密封组件装入外壳内孔中，使其左端面与外壳凸台的右端面相接触；将端盖安装到外壳的右端面；端盖与外壳通过螺栓连接等方式固定，形成静止组件；
将所述静止组件上述密封件套入转轴中完成装配过程；
密封间隙内磁性液体的热量通过帕尔帖8吸收，帕尔帖的散热端开有很大的冷却循环槽，可以将帕尔帖散出的热量迅速高效的散出。
为了保障帕尔帖8安装方便，将极靴齿槽内表面做成正多边形，如正六边形和正八边形，将帕尔帖嵌在多边形的各个面上。
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 (2)

1.一种耐高温磁性液体密封装置，构成该装置包括：
外壳(1)、左极靴第一密封圈(2)、左极靴第二密封圈(3)、永磁铁(4)、右极靴第一密封圈(5)、右极靴第二密封圈(6)、端盖(7)、帕尔帖(8)、右极靴(9)、左极靴(10)；
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)安装在左极靴(10)外圆柱面左面的密封槽内，所述的左极靴第二密封圈(3)安装在左极靴(10)外圆柱面右面的密封槽内，将帕尔帖(8)嵌入到左极靴(10)的齿槽内，上述装配形成左极靴组件；
所述的右极靴第一密封圈(5)安装在右极靴(9)外圆柱面左面的密封槽内，所述的右极靴第二密封圈(6)安装在右极靴(9)外圆柱面右面的密封槽内，将帕尔帖(8)嵌入到右极靴(9)的齿槽内，上述装配形成右极靴组件；
将永磁铁(4)安装在左极靴(10)右端面处，将右极靴安装在永磁铁(4)右端面处，上述装配形成磁性液体密封组件；
将所述磁性液体密封组件装入外壳(1)内孔中，使其左端面与外壳凸台的右端面相接触；将端盖(7)安装到外壳(1)的右端面；端盖(7)与外壳(1)通过螺栓连接等方式固定，形成静止组件；
将所述静止组件上述密封件套入转轴中完成装配过程；
其特征在于：
所述的左极靴(10)和右极靴(9)的齿槽内嵌有帕尔帖(8)。
2.根据权利要求1所述耐高温磁性液体密封装置，其特征在于：
左极靴(10)和右极靴(9)的齿槽内表面为正多边形，如正六边形和正八边形，帕尔帖嵌在多边形的各个面上。
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