CN107740865B - 一种十字型阶梯式磁流体密封装置 - Google Patents

一种十字型阶梯式磁流体密封装置 Download PDF

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Abstract

本发明旨在提供一种十字型阶梯式磁流体密封装置，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，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、右极靴上外圆面和端面的交接处设有十字极齿，所述的十字极齿分别向次级轴的外圆面，以及次级轴或中间轴的端面延伸，与该外圆面和该端面之间留有间隙，磁流体位于该间隙内。本发明能够在高速重载等特殊工况下实现密封。

Description

一种十字型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，具体涉及一种十字型阶梯式磁流体密封装置。
背景技术
当磁性流体密封技术应用在大直径、高速及重载密封环境中，密封间隙内的磁性流体往往因为密封间隙过大而失效，因此提高大间隙磁性流体密封的耐压性能是当前研究的热点问题之一。
提高大间隙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 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性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十字型阶梯式磁流体密封装置，从而解决现有密封装置无法实现高速重载等特殊工况高密封性能要求的难题，使得该密封技术成功应用于高速重载等特殊工况下。
本发明的技术方案如下：
一种十字型阶梯式磁流体密封装置，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；
所述的左极靴、右极靴上外圆面和端面的交接处设有十字极齿，所述的十字极齿对应于中间轴与次级轴交接处或次级轴之间的交接处，所述的十字极齿分别向次级轴的外圆面，以及次级轴或中间轴的端面延伸，与该外圆面和该端面之间留有间隙，磁流体位于该间隙内。
优选地，所述的次级轴的数量为2-10组，所述的左极靴与右极靴上十字极齿的数量均与次级轴的数量对应。
优选地，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；
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；所述的端面I与二级轴的端面相对应，所述的端面I与二级轴之间留有空隙；圆环面I、端面I的交接处设有十字极齿，所述的十字极齿分别向二级轴的端面、三级轴的外圆面延伸，与该端面和该外圆面之间留有间隙，磁流体置于该间隙中；
所述的圆环面II与二级轴的外圆面相对应，所述的圆环面II与二级轴之间留有空隙；所述的端面II与中间轴的端面相对应，所述的端面II与中间轴之间留有空隙；圆环面II、端面II的交接处设有十字极齿，所述的十字极齿分别向中间轴的端面、二级轴的外圆面延伸，与该端面和该外圆面之间留有间隙，磁流体置于该间隙中。
优选地，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上述方式一致。
优选地，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。
优选地，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。
优选地，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，采用十字型极齿的极靴装置结构设计，大大增加了磁路中的磁通量，大大减少了在密封失效时磁性流体的损失，提高了高速重载等特殊工况下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。
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速重载等特殊工况下的密封效果，成本更低。
附图说明
图1为本发明所述的密封装置的结构示意图；
图2为本发明所述的密封装置的左极靴处放大示意图；
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，6-十字极齿，7-圆环面I，8-端面I，9-圆环面II，10-端面II，11-左隔磁环，12-右隔磁环，13-左轴承，14-右轴承，15-凹槽，16-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。
实施例1
如图1-2所示,本实施例提供的十字型阶梯式磁流体密封装置，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；
所述的左极靴3、右极靴4上外圆面和端面的交接处设有十字极齿6，所述的十字极齿6对应于中间轴101与次级轴交接处或次级轴之间的交接处，所述的十字极齿6分别向次级轴的外圆面，以及次级轴或中间轴101的端面延伸，与该外圆面和该端面之间留有间隙，磁流体位于该间隙内；
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I7、端面I8、圆环面II9、端面II10；
所述的圆环面I7与三级轴103的外圆面相对应，所述的圆环面I7与三级轴103之间留有空隙；所述的端面I8与二级轴102的端面相对应，所述的端面I8与二级轴102之间留有空隙；圆环面I7、端面I8的交接处设有十字极齿6，所述的十字极齿6分别向二级轴102的端面、三级轴103的外圆面延伸，与该端面和该外圆面之间留有间隙，磁流体置于该间隙中；
所述的圆环面II9与二级轴102的外圆面相对应，所述的圆环面II9与二级轴102之间留有空隙；所述的端面II10与中间轴101的端面相对应，所述的端面II10与中间轴101之间留有空隙；圆环面II9、端面II10的交接处设有十字极齿6，所述的十字极齿6分别向中间轴101的端面、二级轴102的外圆面延伸，与该端面和该外圆面之间留有间隙，磁流体置于该间隙中；
还包括左隔磁环11和右隔磁环12；所述的左隔磁环11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12设于右极靴4的左侧，紧贴外壳2的内壁设置；还包括左轴承13和右轴承14，所述的左轴承13设于左隔磁环11的左侧，套装于阶梯轴1上；所述的右轴承14设于右隔磁环12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15，所述的凹槽15设有密封圈16。

Claims (4)

1.一种十字型阶梯式磁流体密封装置，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；
所述的左极靴（3）、右极靴（4）上外圆面和端面的交接处设有十字极齿（6），所述的十字极齿（6）对应于中间轴（101）与次级轴交接处或次级轴之间的交接处，所述的十字极齿（6）分别向次级轴的外圆面，以及次级轴或中间轴（101）的端面延伸，与该外圆面和该端面之间留有间隙，磁流体位于该间隙内；
所述的次级轴的数量为2-10组，所述的左极靴（3）与右极靴（4）上十字极齿（6）的数量均与次级轴的数量对应；
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（7）、端面I（8）、圆环面II（9）、端面II（10）；
所述的圆环面I（7）与三级轴（103）的外圆面相对应，所述的圆环面I（7）与三级轴（103）之间留有空隙；所述的端面I（8）与二级轴（102）的端面相对应，所述的端面I（8）与二级轴（102）之间留有空隙；圆环面I（7）、端面I（8）的交接处设有十字极齿（6），所述的十字极齿（6）分别向二级轴（102）的端面、三级轴（103）的外圆面延伸，与该端面和该外圆面之间留有间隙，磁流体置于该间隙中；
所述的圆环面II（9）与二级轴（102）的外圆面相对应，所述的圆环面II（9）与二级轴（102）之间留有空隙；所述的端面II（10）与中间轴（101）的端面相对应，所述的端面II（10）与中间轴（101）之间留有空隙；圆环面II（9）、端面II（10）的交接处设有十字极齿（6），所述的十字极齿（6）分别向中间轴（101）的端面、二级轴（102）的外圆面延伸，与该端面和该外圆面之间留有间隙，磁流体置于该间隙中。
2.如权利要求1所述的十字型阶梯式磁流体密封装置，其特征在于：还包括左隔磁环（11）和右隔磁环（12）；所述的左隔磁环（11）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（12）设于右极靴（4）的左侧，紧贴外壳（2）的内壁设置。
3.如权利要求2所述的十字型阶梯式磁流体密封装置，其特征在于：还包括左轴承（13）和右轴承（14），所述的左轴承（13）设于左隔磁环（11）的左侧，套装于阶梯轴（1）上；所述的右轴承（14）设于右隔磁环（12）的右侧，套装于阶梯轴（1）上。
4.如权利要求1所述的十字型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（15），所述的凹槽（15）设有密封圈（16）。
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