CN104534100B - 提高高线速度和静止磁性液体密封寿命的新方法 - Google Patents

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Abstract

提高高线速度和静止磁性液体密封寿命的新方法，属于机械工程密封领域。解决了现有的磁性液体旋转密封装置密封间隙内磁性液体因发热量过大而导致的寿命降低问题，以及静密封过程中由于长时间稳定强磁场的作用发生磁性液体团聚现象从而导致密封性能下降的问题。该方法是将N个铁芯圆环(9)套在N个圆柱形永磁体(3)的外圆柱面上，再在N个带有铁芯圆环的圆柱形永磁体的外圆柱面缠绕电磁线圈。电磁线圈与外接电源相连产生电磁场，通过改变电流方向和大小改变施加到磁性液体上的磁场强度，不仅可以解决磁性液体应用于高线速度的旋转密封以及静密封当中存在的问题，铁芯结构还可以增加电磁场强度，提高聚磁效果，进一步提高磁性液体密封寿命。

Description

提高高线速度和静止磁性液体密封寿命的新方法
技术领域
本发明涉及提高高线速度和静止磁性液体密封寿命的新方法，属于机械工程密封领域。
背景技术
磁性液体密封具有零泄漏、长寿命、高可靠性等优点，因而在密封领域获得了广阔的应用。随着航空、军工、能源、电力等行业的快速发展，对密封提出了越来越高的要求。比如航空发电机、电厂汽轮机等的密封要求达到零泄漏，这是除了磁性液体密封外其他密封无法满足的，然而这些密封领域经常遇到高线速度的旋转密封环境，或者静止密封环境下要求密封寿命很长的问题。现有的磁性液体密封装置典型结构如公开号为CN102518811A和CN202091519U的专利所述，这些磁性液体密封装置密封性能良好但只能适用于低线速度的旋转密封。现有的耐较高线速度的磁性液体密封装置如公开号为CN103925372A和CN103925371A的专利所述，这些磁性液体密封装置在一定程度上解决了较高线速度的磁性液体旋转密封问题，但是加工复杂，成本较高，也不能解决磁性液体长期静密封下团聚现象的发生。现有的提高磁性液体密封性能的磁性液体密封装置如公开号为CN103939618A、CN1912428等专利所述，这些磁性液体密封装置一定程度上减少了磁性液体发生团聚现象或者提高了聚磁效果，但是不能解决磁性液体高线速度旋转密封的问题。现有的这些磁性液体密封装置都是将永磁体作为单一磁源来提供磁场的。然而，当磁性液体应用于高线速度旋转密封时将会引起较大的摩擦耗散，磁性液体发热量变大，温度升高，从而导致磁性下降，粘度减小，基载液挥发量变大，耐压能力和密封寿命都会下降。当磁性液体应用于静止密封时会由于磁性液体长期处于稳定的强磁场下发生磁性颗粒团聚现象，使得磁性颗粒与基载液分离，密封寿命下降。本发明提出了提高高线速度和静止磁性液体密封寿命的新方法，不仅能够解决高线速度的旋转密封问题，还能够解决静密封环境下存在的问题，而且提高了两种密封环境下磁性液体密封寿命。这对拓宽磁性液体密封应用领域，进一步提高磁性液体高线速度旋转密封和静止密封寿命具有重要意义。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是，现有的磁性液体密封装置用于高线速度的旋转密封时存在着磁性液体发热量过大而导致的密封性能变差，密封寿命降低的问题；用于静止密封时存在着磁性液体长期处于稳定的强磁场下发生团聚现象而导致的密封寿命下降的问题。因此提供提高高线速度和静止磁性液体密封寿命的新方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
提高高线速度和静止磁性液体密封寿命的新方法，该方法包括：
步骤一将N个铁芯圆环套在N个圆柱形永磁体的外圆柱面，构成N个带铁芯圆环的圆柱形永磁体；
将电磁线圈缠绕在N个带铁芯圆环的圆柱形永磁体的外圆柱面上，电磁线圈、N个铁芯圆环和N个圆柱形永磁体形成N个磁源组件；
步骤二将第二密封圈嵌入左极靴外圆上的密封槽内，形成带密封圈的左极靴，第一密封圈嵌入右极靴外圆上的密封槽内，形成带密封圈的右极靴；
步骤三将N个磁源组件安装在带密封圈的左极靴的右端面处，N个磁源组件沿圆周方向均匀分布，将带密封圈的右极靴安装在N个磁源组件的右端面，形成密封组件；
步骤四将密封组件推入外壳内的凸台右端面处，通过螺钉与外壳上的螺纹连接，将端盖固定在外壳的右端面处，使密封组件轴向固定；
将电磁线圈的接头通过外壳上的径向通孔a引出，电磁线圈的接头与外壳上的径向通孔a之间的间隙通过密封胶进行密封；
所述铁芯圆环套在圆柱形永磁体的外圆柱面上，将电磁线圈缠绕在铁芯圆环的外圆柱面上，增加了电磁线圈产生的磁场强度；
所述电磁线圈、铁芯圆环和圆柱形永磁体形成磁源组件，电磁线圈的接头通过外壳上的径向通孔a引出，电磁线圈的接头与外壳上的径向通孔a之间的间隙通过密封胶进行密封，避免密封组件和外壳之间的气体泄漏；
电磁线圈的接头与外接电源相连，改变电流方向可以使产生的电磁场方向与永磁体产生的磁场方向相同，磁场叠加强度增强，磁性液体的导热系数变大；不间断地或者定周期地改变电流大小可以改变磁场强度，提供磁场梯度，使磁性液体的磁性颗粒与基载液之间发生相对运动，增强磁性液体自身的对流传热，还可以减少磁性液体因长期处于稳定的强磁场下团聚现象的发生，提高磁性液体密封性能，延长磁性液体密封寿命；
所述圆柱形永磁体的个数和铁芯圆环的个数N＝2πR/d，R为磁源组件所在位置的半径，d为磁源组件的直径；
所述电磁线圈、铁芯圆环和圆柱形永磁体还可以有其他组合形式，将圆柱形永磁体中心开孔，在圆柱形永磁体的内外圆柱面安装铁芯圆环，也可以只在开孔的圆柱形永磁体的外圆柱面或者内圆柱面安装铁芯圆环，再在带有铁芯圆环的圆柱形永磁体的外圆柱面上缠绕电磁线圈，形成磁源组件；
所述N个磁源组件的环形排列也可以有多种形式，将不同组合形式的N个磁源组件交替环形排列，也可以将N个磁源组件和缠绕电磁线圈的铁芯交替环形排列。
本发明和已有技术相比所具有的有益效果：
(1)N个铁芯圆环套在N个圆柱形永磁体的外圆柱面上，电磁线圈缠绕在N个铁芯圆环的外圆柱面上，电磁线圈、N个铁芯圆环和N个圆柱形永磁体形成N个磁源组件。N个圆柱形永磁体提供稳定的强磁场保证磁性液体密封条件；铁芯圆环增强了电磁线圈产生的磁场强度，达到了聚磁效果，由此可以减少通入电磁线圈的电流强度，适当减少电磁线圈的体积；电磁线圈的接头与外接电源相连，通过控制电流方向，可以使电磁场方向与永磁体产生的磁场方向相同，磁场强度叠加后增强，使得磁性液体的导热系数变大。
(2)不间断地或者定周期地改变电流大小，改变电磁场强度，从而改变施加在磁性液体上的磁场强度，提供磁场梯度，使得磁性液体的磁性颗粒与基载液之间发生相对运动，提高磁性液体的对流传热，还可以防止静止密封状态下磁性液体因长期处于稳定的强磁场下团聚现象的发生。
总之，提高高线速度和静止磁性液体密封寿命的新方法不仅能提高密封间隙内磁性液体的传热性能，降低密封间隙内磁性液体温度，使得磁性液体用于高线速度旋转密封时密封寿命延长；还能提高磁性液体用于静止密封时的密封寿命。此外，该密封装置结构简单紧凑，便于加工，易于装配。
附图说明
图1提高高线速度和静止磁性液体密封寿命的装置的主视图。
图2图1的A-A剖面图。
图3磁源组件的主视图。
图4外壳的主视图。
图5磁源组件的另一种组合形式图。
图6磁源组件的另一种组合形式图。
图7磁源组件的另一种组合形式图。
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：
提高高线速度和静止磁性液体密封寿命的新方法，该方法包括：
步骤一将N个铁芯圆环9套在N个圆柱形永磁体3的外圆柱面上，构成N个带铁芯圆环的圆柱形永磁体；
将电磁线圈4缠绕在N个带铁芯圆环的圆柱形永磁体的外圆柱面上，电磁线圈4、N个铁芯圆环和N个圆柱形永磁体3形成N个磁源组件；
步骤二将第二密封圈8-2嵌入左极靴2外圆上的密封槽内，形成带密封圈的左极靴，第一密封圈8-1嵌入右极靴5外圆上的密封槽内，形成带密封圈的右极靴；
步骤三将N个磁源组件在带密封圈的左极靴的右端面处，N个磁源组件沿圆周方向均匀分布，将带密封圈的右极靴安装在N个磁源组件的右端面，如图1、2所示，其结合面上涂抹密封胶，形成密封组件，；
步骤四将密封组件推入外壳1内的凸台右端面处，通过螺钉7与外壳上的螺纹连接，将端盖6固定在外壳1的右端面处，使密封组件轴向固定；
将电磁线圈4的接头通过外壳1上的径向通孔a引出，如图4所示，电磁线圈4的接头与外壳1上的径向通孔a之间的间隙通过密封胶进行密封；
所述的铁芯圆环9套在圆柱形永磁体3的外圆柱面上，将电磁线圈4缠绕在铁芯圆环9的外圆柱面上，构成磁源组件，如图3所示；
所述圆柱形永磁体3的个数和铁芯圆环9的个数N＝2πR/d，R为磁源组件所在位置的半径，d为磁源组件的直径，如图2所示。
所述电磁线圈4、铁芯圆环9和圆柱形永磁体3构成的磁源组件的其他组合形式如图5、图6、图7所示，图5将圆柱形永磁体3中心开孔，在圆柱形永磁体3的内外圆柱面上安装铁芯圆环9，形成带内外铁芯圆环的圆柱形永磁体，电磁线圈4缠绕在带内外铁芯圆环的圆柱形永磁体的外圆柱面上，图6将圆柱形永磁体3中心开孔，在圆柱形永磁体的内圆柱面上安装铁芯圆环9，电磁线圈4缠绕在圆柱形永磁体3的外圆柱面上，图7将圆柱形永磁体3中心开孔，在圆柱形永磁体的外圆柱面上安装铁芯圆环9，电磁线圈4缠绕在铁芯圆环9的外圆柱面上。
所述N个磁源组件的环形排列也可以有多种形式，将图3、图5、图6、图7四种中的某两种、三种或者四种不同组合形式的N个磁源组件交替环形排列，也可以将图3、图5、图6、图7四种不同组合形式的磁源组件和缠绕电磁线圈的铁芯交替环形排列。
铁芯圆环9采用高导磁材料，如硅钢片等。
外壳1和端盖6均采用非导磁性材料，如不锈钢。
左极靴2和右极靴5均选用导磁性能良好的材料，如电工纯铁。
永磁体3选用钕铁硼。
所述铁芯圆环9套在圆柱形永磁体3的外圆柱面上，再将电磁线圈4缠绕在铁芯圆环9的外圆柱面上，铁芯圆环增加了电磁线圈产生的磁场强度，达到了聚磁效果，由此可以减少通入电磁线圈的电流强度，适当减少电磁线圈的体积；电磁线圈4、铁芯圆环9和圆柱形永磁体3构成磁源组件，电磁线圈4的接头与外接电源相连，改变电流方向可以使产生的电磁场方向与永磁体产生的磁场方向相同，磁场叠加强度增强，磁性液体的导热系数变大；不间断地或者定周期地改变电流大小可以改变磁场强度，提供磁场梯度，使磁性液体的磁性颗粒与基载液之间发生相对运动，增强磁性液体自身的对流传热，还可以减少磁性液体因长期处于稳定的强磁场下团聚现象的发生，提高磁性液体密封性能，延长磁性液体密封寿命。

Claims (2)

1.提高高线速度和静止磁性液体密封寿命的新方法，该方法包括：
步骤一将N个铁芯圆环(9)套在N个圆柱形永磁体(3)的外圆柱面上，构成N个带铁芯圆环的圆柱形永磁体；
将电磁线圈(4)缠绕在N个带铁芯圆环的圆柱形永磁体的外圆柱面上，电磁线圈(4)、N个铁芯圆环(9)和N个圆柱形永磁体(3)形成N个磁源组件；
步骤二将第二密封圈(8-2)嵌入左极靴(2)外圆上的密封槽内，形成带密封圈的左极靴，第一密封圈(8-1)嵌入右极靴(5)外圆上的密封槽内，形成带密封圈的右极靴；
步骤三将N个磁源组件安装在带密封圈的左极靴的右端面处，N个磁源组件沿圆周方向均匀分布，将带密封圈的右极靴安装在N个磁源组件的右端面，形成密封组件；
步骤四将密封组件推入外壳(1)内的凸台右端面处，通过螺钉(7)与外壳上的螺纹连接，将端盖(6)固定在外壳(1)的右端面处，使密封组件轴向固定；
将电磁线圈(4)的接头通过外壳(1)上的径向通孔(a)引出，与外接电源相连，电磁线圈(4)的接头与外壳(1)上的径向通孔(a)之间的间隙通过密封胶进行密封。
2.根据权利要求1所述的提高高线速度和静止磁性液体密封寿命的新方法，其特征在于：
所述圆柱形永磁体(3)的个数和铁芯圆环(9)的个数N＝2πR/d，R为磁源组件所在位置的半径，d为磁源组件的直径。
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