CN107725785A - 一种新型的阶梯式磁流体密封装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种新型的阶梯式磁流体密封装置，包括阶梯轴、外壳、左极靴环、右极靴环、永磁体环I、永磁体组件环；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；所述的中间轴的外圈上套装永磁体组件环，所述的永磁体组件环的外圈上还套装有中间轴环；所述的外壳的内壁上对应中间轴环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，所述的左极靴、右极靴的各个端面上分别设有沿轴向延伸的极齿I，所述的左极靴、右极靴的各个内环面上对应次级轴的外圆面设置有沿径向延伸的极齿II。本发明的目的是提供一种磁源串联型阶梯式磁流体的密封装置，能够解决磁流体密封耐压性能低的难题。

Description

一种新型的阶梯式磁流体密封装置

技术领域

本发明属于机械工程密封领域，具体涉及一种新型的阶梯式磁流体密封装置。

背景技术

在磁流体密封装置中，磁流体的性能会随着密封间隙的增加而逐渐失效，因而密封装置的耐压能力会随之下降，虽然当前磁流体密封技术应用在大直径、高速重载密封的环境中，但提高大间隙下磁流体密封的耐压性能仍然是当前需要解决的问题。

提高大间隙下磁流体密封耐压性能的方法之一是通过改进磁流体密封结构，如对比文献1(公开号为 CN 103115152A的专利)所述的密封装置和对比文献2(公开号为CN103498939A的专利)所述的密封装置。尽管以上文献所述的两种密封装置相对普通磁流体密封性能得到极大的提高，但其密封性能仍旧达不到高速重载等特殊工况的高密封性能要求。

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新型的阶梯式磁流体密封装置，能够解决磁流体密封耐压性能低的难题，使得这种密封技术能够在高速重载领域中能够发挥良好的作用。

本发明的技术方案如下：

所述的新型的阶梯式磁流体密封装置，包括阶梯轴、外壳、左极靴环、右极靴环、永磁体环I、永磁体组件环，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；

所述的中间轴的外圈上套装永磁体组件环，所述的永磁体组件环的外圈上还套装有中间轴环；

所述的外壳的内壁上对应中间轴环外圆面的位置设置有永磁体环，所述的永磁体环与中间轴环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与分别与中间轴环和次级轴的外圆面和端面相对应；所述的左极靴、右极靴的各个端面上分别设有沿轴向延伸的极齿I，所述的极齿I分别对应中间轴、中间轴环和次级轴的端面，极齿I与中间轴、中间轴环和次级轴的端面之间留有间隙，磁流体设于该间隙中；所述的左极靴、右极靴的各个内环面上对应次级轴的外圆面设置有沿径向延伸的极齿II，所述的极齿II与次级轴的外圆面之间留有间隙，磁流体设于该间隙中。

所述的永磁体组件环通过过盈配合套装在中间轴上；所述的中间轴环通过过盈配合套装在永磁体组件环上。

所述的永磁体组件环包括同一内外径的永磁体环II和导磁环，所述的永磁体环II设有两组，所述的导磁环位于两组永磁体环II之间。

所述的次级轴的数量为2-8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；所述的圆环面I上设有极齿II；所述的极齿II沿径向向三级轴的外圆面延伸，与三级轴的外圆面之间留有间隙，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；所述的端面I上设有极齿I；所述的极齿I沿轴向向二级轴的端面延伸，与二级轴的端面之间留有间隙，磁流体置于该间隙中；

所述的圆环面II二级轴的外圆面上设有极齿II，所述的极齿II沿径向向二级轴的外圆面延伸，与二级轴的外圆面之间留有间隙，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；所述的端面II上设有两组极齿I，其中一组极齿I沿轴向向中间轴和永磁体环II的交界处延伸，极齿I的端面的一部分对应中间轴的端面，极齿I的端面的另一部分对应永磁体环II的端面，极齿I与中间轴和永磁体环II的端面之间留有间隙，磁流体置于该间隙中；另外一组极齿I沿轴向向中间轴环和永磁体环II的交界处延伸，极齿I的端面的一部分对应永磁体环II的端面，极齿I的端面的另一部分对应中间轴环的端面，极齿I与中间轴环和永磁体环II的端面之间留有间隙，磁流体置于该间隙中；所述的中间轴环的的外圆面与圆环面III之间留有空隙。

所述的极齿I、极齿II分别由间隔设置的2-4个极齿组成。

所述的新型的阶梯式磁流体密封装置，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.

所述的新型的阶梯式磁流体密封装置，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。

本发明将轴设计为阶梯结构，将左极靴和右极靴分别设计为整体结构，并在极靴内环面位置处开设轴向和径向极齿；从而形成立体多维度磁密封。尤其是通过在中间轴和中间轴环之间设置永磁体、导磁环，能够有效增强阶梯轴上的磁通量，为极齿和阶梯轴端面和外圆面的磁流体，提供更好的吸附，减少密封失效时磁流体的损失。

本发明中，位于中间轴上的极齿I上注入的磁流体，液封于中间轴和永磁体环II的端面上，以及永磁体环II与中间轴环，磁流体能够有效封锁中间轴、永磁体环II、中间轴环之间的交界面，进一步提升了密封效果，同时这相当于在永磁体环II两端面注入磁流体，从而实现一种轴向磁源串联型阶梯式磁流体密封，提供更好的吸附作用，减少密封失效时磁流体的损失的技术效果。

而且，本发明中中间轴和中间轴环之间设置永磁体和导磁环形成了一种磁源串联型的磁性结构，减少了磁流体密封中磁回路的长度，进一步提高了磁路中密封间隙内的磁通量，能够做到在密封失效时磁流体的损失最小，大大提高了在大间隙条件下磁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-左极靴环，4-右极靴环，5-永磁体环I，6-中间轴环，7-极齿I，8-极齿II，9-永磁体环II， 11-导磁环，12-圆环面I，13-端面I，14-圆环面II，15-端面II，16-圆环面III，17-左隔磁环，18-右隔磁环，19-左轴承，20-右轴承，21-凹槽，22-密封圈；

101-中间轴，102-二级轴，103-三级轴。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1所示， 所述的新型的阶梯式磁流体密封装置，包括阶梯轴1、外壳2、左极靴环3、右极靴环4、永磁体环I5、永磁体组件环，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；

所述的中间轴101的外圈上套装永磁体组件环，所述的永磁体组件环的外圈上还套装有中间轴环6；

所述的外壳2的内壁上对应中间轴环6外圆面的位置设置有永磁体环5，所述的永磁体环5与中间轴环6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的端面和环面与分别与中间轴环6和次级轴的外圆面和端面相对应；所述的左极靴3、右极靴4的各个端面上分别设有沿轴向延伸的极齿I7，所述的极齿I7分别对应中间轴101、中间轴环6和次级轴的端面，极齿I7与中间轴101、中间轴环6和次级轴的端面之间留有间隙，磁流体设于该间隙中；所述的左极靴3、右极靴4的各个内环面上对应次级轴的外圆面设置有沿径向延伸的极齿II8，所述的极齿II8与次级轴的外圆面之间留有间隙，磁流体设于该间隙中。

所述的永磁体组件环通过过盈配合套装在中间轴101上；所述的中间轴环6通过过盈配合套装在永磁体组件环上。

所述的永磁体组件环包括同一内外径的永磁体环II9和导磁环11，所述的永磁体环II9设有两组，所述的导磁环11位于两组永磁体环II9之间。

所述的次级轴的数量为2-8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I12、端面I13、圆环面II14、端面II15、圆环面III16；

所述的圆环面I12与三级轴103的外圆面相对应，所述的圆环面I12与三级轴103之间留有空隙；所述的圆环面I12上设有极齿II8；所述的极齿II8沿径向向三级轴103的外圆面延伸，与三级轴103的外圆面之间留有间隙，磁流体置于该间隙中；

所述的端面I13与二级轴102的端面相对应，所述的圆环面II14与二级轴102的外圆面相对应；所述的端面I13上设有极齿I7；所述的极齿I7沿轴向向二级轴102的端面延伸，与二级轴102的端面之间留有间隙，磁流体置于该间隙中；

所述的圆环面II14二级轴102的外圆面上设有极齿II8，所述的极齿II8沿径向向二级轴102的外圆面延伸，与二级轴102的外圆面之间留有间隙，磁流体置于该间隙中；

所述的端面II15与中间轴101的端面相对应，所述的圆环面III16与中间轴101的外圆面相对应；所述的端面II15上设有两组极齿I7，其中一组极齿I7沿轴向向中间轴101和永磁体环II9的交界处延伸，极齿I7的端面的一部分对应中间轴101的端面，极齿I7的端面的另一部分对应永磁体环II9的端面，极齿I7与中间轴101和永磁体环II9的端面之间留有间隙，磁流体置于该间隙中；另外一组极齿I7沿轴向向中间轴环6和永磁体环II9的交界处延伸，极齿I7的端面的一部分对应永磁体环II9的端面，极齿I7的端面的另一部分对应中间轴环6的端面，极齿I7与中间轴环6和永磁体环II9的端面之间留有间隙，磁流体置于该间隙中；所述的中间轴环6的的外圆面与圆环面III16之间留有空隙。

所述的极齿I11、极齿II12分别由间隔设置的2-4个极齿组成。

所述的新型的阶梯式磁流体密封装置，还包括左隔磁环17和右隔磁环18；所述的左隔磁环17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18设于右极靴4的左侧，紧贴外壳2的内壁设置.

所述的新型的阶梯式磁流体密封装置，还包括左轴承19和右轴承20，所述的左轴承19设于左隔磁环17的左侧，套装于阶梯轴1上；所述的右轴承20设于右隔磁环18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21，所述的凹槽21设有密封圈22。

Claims (9)

1.一种新型的阶梯式磁流体密封装置，包括阶梯轴（1）、外壳（2）、左极靴环（3）、右极靴环（4）、永磁体环I（5）、永磁体组件环，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；

所述的中间轴（101）的外圈上套装永磁体组件环，所述的永磁体组件环的外圈上还套装有中间轴环（6）；

所述的外壳（2）的内壁上对应中间轴环（6）外圆面的位置设置有永磁体环（5），所述的永磁体环（5）与中间轴环（6）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）的端面和环面与分别与中间轴环（6）和次级轴的外圆面和端面相对应；所述的左极靴（3）、右极靴（4）的各个端面上分别设有沿轴向延伸的极齿I（7），所述的极齿I（7）分别对应中间轴（101）、中间轴环（6）和次级轴的端面，极齿I（7）与中间轴（101）、中间轴环（6）和次级轴的端面之间留有间隙，磁流体设于该间隙中；所述的左极靴（3）、右极靴（4）的各个内环面上对应次级轴的外圆面设置有沿径向延伸的极齿II（8），所述的极齿II（8）与次级轴的外圆面之间留有间隙，磁流体设于该间隙中。

2.如权利要求1所述的新型的阶梯式磁流体密封装置，其特征在于：所述的永磁体组件环通过过盈配合套装在中间轴（101）上；所述的中间轴环（6）通过过盈配合套装在永磁体组件环上。

3.如权利要求1所述的新型的阶梯式磁流体密封装置，其特征在于：所述的永磁体组件环包括同一内外径的永磁体环II（9）和导磁环（11），所述的永磁体环II（9）设有两组，所述的导磁环（11）位于两组永磁体环II（9）之间。

4.如权利要求1所述的新型的阶梯式磁流体密封装置，其特征在于：所述的次级轴的数量为2-8组。

5.如权利要求1所述的新型的阶梯式磁流体密封装置，其特征在于：

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（12）、端面I（13）、圆环面II（14）、端面II（15）、圆环面III（16）；

所述的圆环面I（12）与三级轴（103）的外圆面相对应，所述的圆环面I（12）与三级轴（103）之间留有空隙；所述的圆环面I（12）上设有极齿II（8）；所述的极齿II（8）沿径向向三级轴（103）的外圆面延伸，与三级轴（103）的外圆面之间留有间隙，磁流体置于该间隙中；

所述的端面I（13）与二级轴（102）的端面相对应，所述的圆环面II（14）与二级轴（102）的外圆面相对应；所述的端面I（13）上设有极齿I（7）；所述的极齿I（7）沿轴向向二级轴（102）的端面延伸，与二级轴（102）的端面之间留有间隙，磁流体置于该间隙中；

所述的圆环面II（14）二级轴（102）的外圆面上设有极齿II（8），所述的极齿II（8）沿径向向二级轴（102）的外圆面延伸，与二级轴（102）的外圆面之间留有间隙，磁流体置于该间隙中；

所述的端面II（15）与中间轴（101）的端面相对应，所述的圆环面III（16）与中间轴（101）的外圆面相对应；所述的端面II（15）上设有两组极齿I（7），其中一组极齿I（7）沿轴向向中间轴（101）和永磁体环II（9）的交界处延伸，极齿I（7）的端面的一部分对应中间轴（101）的端面，极齿I（7）的端面的另一部分对应永磁体环II（9）的端面，极齿I（7）与中间轴（101）和永磁体环II（9）的端面之间留有间隙，磁流体置于该间隙中；另外一组极齿I（7）沿轴向向中间轴环（6）和永磁体环II（9）的交界处延伸，极齿I（7）的端面的一部分对应永磁体环II（9）的端面，极齿I（7）的端面的另一部分对应中间轴环（6）的端面，极齿I（7）与中间轴环（6）和永磁体环II（9）的端面之间留有间隙，磁流体置于该间隙中；所述的中间轴环（6）的的外圆面与圆环面III（16）之间留有空隙。

6.如权利要求1或5所述的新型的阶梯式磁流体密封装置，其特征在于：所述的极齿I（11）、极齿II（12）分别由间隔设置的2-4个极齿组成。

7.如权利要求1所述的新型的阶梯式磁流体密封装置，其特征在于：还包括左隔磁环（17）和右隔磁环（18）；所述的左隔磁环（17）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（18）设于右极靴（4）的左侧，紧贴外壳（2）的内壁设置。

8.如权利要求7所述的新型的阶梯式磁流体密封装置，其特征在于：还包括左轴承（19）和右轴承（20），所述的左轴承（19）设于左隔磁环（17）的左侧，套装于阶梯轴（1）上；所述的右轴承（20）设于右隔磁环（18）的右侧，套装于阶梯轴（1）上。

9.如权利要求1所述的新型的阶梯式磁流体密封装置，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（21），所述的凹槽（21）设有密封圈（22）。