CN107620799B

CN107620799B - 一种高真空用磁流体密封装置

Info

Publication number: CN107620799B
Application number: CN201711031589.1A
Authority: CN
Inventors: 杨小龙; 陈帆; 谢国进; 孙彭; 郝付祥
Original assignee: Guangxi University of Science and Technology
Current assignee: Guangxi University of Science and Technology
Priority date: 2017-10-30
Filing date: 2017-10-30
Publication date: 2023-05-05
Anticipated expiration: 2037-10-30
Also published as: WO2019085505A1; CN107620799A

Abstract

本发明涉及机械工程密封领域，具体涉及一种高真空用磁流体密封装置，包括阶梯轴、外壳、左极靴、右极靴、永磁体环；所述的阶梯轴包括直径最大的中间轴和直径依次减小的多组次级轴；所述的外壳的内壁上对应中间轴外圆面的位置设置有永磁体环；所述的左极靴、右极靴分别设于永磁体环两侧，左极靴、右极靴相互对称；所述的左极靴、右极靴的端面和环面与分别与中间轴和次级轴的外圆面和端面向对应；所述的中间轴的端面、以及次级轴的端面上分别设有沿轴向延伸的极齿，次级轴的外圆面设有沿径向延伸的极齿，所述的极齿与对应的左极靴、右极靴上的端面和环面之间留有间隙，磁流体位于该间隙内。本发明能够解决现有密封装置存在的耐压性能较低等难题。

Description

一种高真空用磁流体密封装置

技术领域

本发明属于机械工程密封领域，具体涉及一种高真空用磁流体密封装置。

背景技术

当磁性流体密封技术应用在高真空环境中，普通磁流体密封结构的不合理设计往往导致密封的失效，因此提高高真空工况下磁性流体密封的耐压性能是当前研究的热点问题之一。

提高高真空环境下磁性流体密封耐压性能的方法之一是通过改进磁性流体密封结构，如对比文献1(公开号为CN204805552U的专利)所述的密封装置和对比文献2(公开号为CN104948744A的专利)所述的密封装置。尽管现有的密封结构能够满足普通真空环境中真空设备的需求，但其密封性能达不到高真空工况高较高密封可靠性要求。

磁流体密封是利用永磁体在密封间隙内产生磁场力将磁流体牢牢固定在密封间隙内，抵抗两侧的压差，从而达到密封的效果。

发明内容

本发明的目的是提供一种高真空用磁流体密封装置，从而解决现有密封装置存在的耐压性能较低等难题，使得该密封技术成功应用于高真空等领域中。

本发明的技术方案如下：

所述的高真空用磁流体密封装置，包括阶梯轴、外壳、左极靴、右极靴、永磁体环，所述的阶梯轴套装于外壳之内；

所述的阶梯轴包括直径最大的中间轴和直径依次减小的多组次级轴，所述的次级轴沿中间轴的侧面排布，以中间轴的中间径向截面为分界左右对称；

所述的外壳的内壁上对应中间轴外圆面的位置设置有永磁体环，所述的永磁体环与中间轴外圆面之间留有空隙；所述的左极靴、右极靴分别设于永磁体环两侧，左极靴、右极靴相互对称；所述的左极靴、右极靴的端面和环面分别与中间轴或次级轴的外圆面和端面相对应；所述的中间轴的端面、以及次级轴的端面上分别设有沿轴向延伸的极齿，次级轴的外圆面设有沿径向延伸的极齿，所述的极齿与对应的左极靴、右极靴上的端面和环面之间留有间隙，磁流体位于该间隙内。

所述的次级轴的数量为2-10组。

所述的次级轴包括二级轴和三级轴，所述的中间轴的左右两侧分别依次设置二级轴和三级轴，所述的中间轴、二级轴、三级轴的直径依次减小；

所述的左极靴和右极靴上分别设有圆环面I、端面I、圆环面II、端面II、圆环面III；

所述的圆环面I与三级轴的外圆面相对应，所述的圆环面I与三级轴之间留有空隙；所述的三级轴的外圆面上设有极齿I；所述的极齿I沿径向向圆环面I延伸，与圆环面I之间留有间隙，磁流体置于该间隙中；

所述的端面I与二级轴的端面相对应，所述的圆环面II与二级轴的外圆面相对应；所述的二级轴的端面设有极齿II；所述的极齿II沿轴向向端面I延伸，与端面I之间留有间隙，磁流体置于该间隙中；所述的二级轴的外圆面上设有极齿III，所述的极齿III沿径向向圆环面II延伸，与圆环面II之间留有间隙，磁流体置于该间隙中；

所述的端面II与中间轴的端面相对应，所述的圆环面III与中间轴的外圆面相对应；所述的中间轴的端面上设有极齿Ⅳ，所述的极齿Ⅳ沿轴向向端面II延伸，与端面II之间留有间隙，磁流体置于该间隙中；所述的中间轴的的外圆面与圆环面III之间留有空隙。

所述的次级轴还包括直径依次递减的三-十级轴，左极靴和右极靴对应设置；三-十级轴上极齿与左极靴和右极靴相对应的设置方式与前述表达方式一致。

所述的极齿I、极齿II、极齿III、极齿Ⅳ分别由间隔设置的3~5个极齿组成。

所述的高真空用磁流体密封装置，还包括左隔磁环和右隔磁环；所述的左隔磁环设于左极靴的左侧，紧贴外壳的内壁设置；所述的右隔磁环设于右极靴的左侧，紧贴外壳的内壁设置。

所述的高真空用磁流体密封装置，还包括左轴承和右轴承，所述的左轴承设于左隔磁环的左侧，套装于阶梯轴上；所述的右轴承设于右隔磁环的右侧，套装于阶梯轴上。

所述的左极靴和右极靴的外圆面上分别设有凹槽，所述的凹槽设有密封圈。

本发明通过设计一种阶梯式转轴和阶梯式极靴，在阶梯轴上开设轴向和径向分布的极齿，并在极靴与阶梯轴形成的径向和轴向密封间隙内注入磁流体，从而形成一种多方位的组合式立体密封，从而实现一种高真空用磁流体密封，能够很好的应对高真空度情况下的磁流体密封。

本发明优选方案的具体阶梯轴和极靴、极齿的设置结构，能够更好的实现多方位的组合式立体密封的技术效果，并且能够实现对永磁体磁力线的有效利用，只需要一组永磁体，就能够实现很好的高真空密封效果，成本更低。

本发明克服现有密封装置无法实现高真空等特殊工况密封性能要求的难题，采用该密封装置，不仅节约了制造成本，减少了加工难度，大大减少了在密封失效时磁性流体的损失，还进一步提高了高真空用磁性流体密封的耐压能力和密封可靠性，扩大了其安全工作范围。

附图说明

图1为本发明所述的密封装置的结构示意图;

图中各序号标示及对应的名称如下：

1-阶梯轴1，2-外壳，3-左极靴，4-右极靴，5-永磁体环，6-圆环面I，7-端面I，8-圆环面II，9-端面II，10-圆环面III，11-极齿I，12-极齿II，13-极齿III，14-极齿Ⅳ，15-左隔磁环，16-右隔磁环，17-左轴承，18-右轴承，19-凹槽19，20-密封圈；

101-中间轴，102-二级轴，103-三级轴。

实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1所示,所述的高真空用磁流体密封装置，包括阶梯轴1、外壳2、左极靴3、右极靴4、永磁体环5，所述的阶梯轴1套装于外壳2之内；

所述的阶梯轴1包括直径最大的中间轴101和直径依次减小的多组次级轴，所述的次级轴沿中间轴101的侧面排布，以中间轴101的中间径向截面为分界左右对称；

所述的外壳2的内壁上对应中间轴101外圆面的位置设置有永磁体环5，所述的永磁体环5与中间轴101外圆面之间留有空隙；所述的左极靴3、右极靴4分别设于永磁体环5两侧，左极靴3、右极靴4相互对称；所述的左极靴3、右极靴4的端面和环面分别与中间轴101或次级轴的外圆面和端面相对应；所述的中间轴101的端面、以及次级轴的端面上分别设有沿轴向延伸的极齿，次级轴的外圆面设有沿径向延伸的极齿，所述的极齿与对应的左极靴3、右极靴4上的端面和环面之间留有间隙，磁流体位于该间隙内。

所述的次级轴的数量为2-10组。

所述的次级轴包括二级轴102和三级轴103，所述的中间轴101的左右两侧分别依次设置二级轴102和三级轴103，所述的中间轴101、二级轴102、三级轴103的直径依次减小；

所述的左极靴3和右极靴4上分别设有圆环面I6、端面I7、圆环面II8、端面II9、圆环面III10；

所述的圆环面I6与三级轴103的外圆面相对应，所述的圆环面I6与三级轴103之间留有空隙；所述的三级轴103的外圆面上设有极齿I11；所述的极齿I11沿径向向圆环面I6延伸，与圆环面I6之间留有间隙，磁流体置于该间隙中；

所述的端面I7与二级轴102的端面相对应，所述的圆环面II8与二级轴102的外圆面相对应；所述的二级轴102的端面设有极齿II12；所述的极齿II12沿轴向向端面I7延伸，与端面I7之间留有间隙，磁流体置于该间隙中；所述的二级轴102的外圆面上设有极齿III13，所述的极齿III13沿径向向圆环面II8延伸，与圆环面II8之间留有间隙，磁流体置于该间隙中；

所述的端面II9与中间轴101的端面相对应，所述的圆环面III10与中间轴101的外圆面相对应；所述的中间轴101的端面上设有极齿Ⅳ14，所述的极齿Ⅳ14沿轴向向端面II9延伸，与端面II9之间留有间隙，磁流体置于该间隙中；所述的中间轴101的的外圆面与圆环面III10之间留有空隙。

所述的极齿I11、极齿II12、极齿III13、极齿Ⅳ14分别由间隔设置的3个极齿组成。

所述的高真空用磁流体密封装置，还包括左隔磁环15和右隔磁环16；所述的左隔磁环15设于左极靴3的左侧，紧贴外壳2的内壁设置；所述的右隔磁环16设于右极靴4的左侧，紧贴外壳2的内壁设置。

所述的高真空用磁流体密封装置，还包括左轴承17和右轴承18，所述的左轴承17设于左隔磁环15的左侧，套装于阶梯轴1上；所述的右轴承18设于右隔磁环16的右侧，套装于阶梯轴1上。

所述的左极靴3和右极靴4的外圆面上分别设有凹槽19，所述的凹槽19设有密封圈20。

Claims

1.一种高真空用磁流体密封装置，包括阶梯轴（1）、外壳（2）、左极靴（3）、右极靴（4）、永磁体环（5），所述的阶梯轴（1）套装于外壳（2）之内，其特征在于：

所述的阶梯轴（1）包括直径最大的中间轴（101）和直径依次减小的多组次级轴，所述的次级轴沿中间轴（101）的侧面排布，以中间轴（101）的中间径向截面为分界左右对称；

所述的外壳（2）的内壁上对应中间轴（101）外圆面的位置设置有永磁体环（5），所述的永磁体环（5）与中间轴（101）外圆面之间留有空隙；所述的左极靴（3）、右极靴（4）分别设于永磁体环（5）两侧，左极靴（3）、右极靴（4）相互对称；所述的左极靴（3）、右极靴（4）的端面和环面分别与中间轴（101）或次级轴的外圆面和端面相对应；所述的中间轴（101）的端面、以及次级轴的端面上分别设有沿轴向延伸的极齿，次级轴的外圆面设有沿径向延伸的极齿，所述的极齿与对应的左极靴（3）、右极靴（4）上的端面和环面之间留有间隙，磁流体位于该间隙内；

所述的次级轴的数量为2-10组；

所述的次级轴包括二级轴（102）和三级轴（103），所述的中间轴（101）的左右两侧分别依次设置二级轴（102）和三级轴（103），所述的中间轴（101）、二级轴（102）、三级轴（103）的直径依次减小；

所述的左极靴（3）和右极靴（4）上分别设有圆环面I（6）、端面I（7）、圆环面II（8）、端面II（9）、圆环面III（10）；

所述的圆环面I（6）与三级轴（103）的外圆面相对应，所述的圆环面I（6）与三级轴（103）之间留有空隙；所述的三级轴（103）的外圆面上设有极齿I（11）；所述的极齿I（11）沿径向向圆环面I（6）延伸，与圆环面I（6）之间留有间隙，磁流体置于该间隙中；

所述的端面I（7）与二级轴（102）的端面相对应，所述的圆环面II（8）与二级轴（102）的外圆面相对应；所述的二级轴（102）的端面设有极齿II（12）；所述的极齿II（12）沿轴向向端面I（7）延伸，与端面I（7）之间留有间隙，磁流体置于该间隙中；所述的二级轴（102）的外圆面上设有极齿III（13），所述的极齿III（13）沿径向向圆环面II（8）延伸，与圆环面II（8）之间留有间隙，磁流体置于该间隙中；

所述的端面II（9）与中间轴（101）的端面相对应，所述的圆环面III（10）与中间轴（101）的外圆面相对应；所述的中间轴（101）的端面上设有极齿Ⅳ（14），所述的极齿Ⅳ（14）沿轴向向端面II（9）延伸，与端面II（9））之间留有间隙，磁流体置于该间隙中；所述的中间轴（101）的的外圆面与圆环面III（10）之间留有空隙。

2.如权利要求1所述的高真空用磁流体密封装置，其特征在于：所述的极齿I（11）、极齿II（12）、极齿III（13）、极齿Ⅳ（14）分别由间隔设置的3-5个极齿组成。

3.如权利要求1或2所述的高真空用磁流体密封装置，其特征在于：还包括左隔磁环（15）和右隔磁环（16）；所述的左隔磁环（15）设于左极靴（3）的左侧，紧贴外壳（2）的内壁设置；所述的右隔磁环（16）设于右极靴（4）的左侧，紧贴外壳（2）的内壁设置。

4.如权利要求3所述的高真空用磁流体密封装置，其特征在于：还包括左轴承（17）和右轴承（18），所述的左轴承（17）设于左隔磁环（15）的左侧，套装于阶梯轴（1）上；所述的右轴承（18）设于右隔磁环（16）的右侧，套装于阶梯轴（1）上。

5.如权利要求1所述的高真空用磁流体密封装置，其特征在于：所述的左极靴（3）和右极靴（4）的外圆面上分别设有凹槽（19），所述的凹槽（19）设有密封圈（20）。