CN107842613A - 一种弧形阶梯式磁流体密封装置 - Google Patents

一种弧形阶梯式磁流体密封装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种弧形阶梯式磁流体密封装置，包括两端开口的外壳、密封组件和用于将密封组件压紧于外壳内的端盖；密封组件包括轴，轴与外壳之间设有永磁体，永磁体的两侧分别设有第一极靴和第二极靴；第一极靴内壁、第二极靴内壁均为向永磁体所在侧倾斜的弧形面，第一极靴内壁、永磁体内壁和第二极靴内壁围成一中间大、两端小的密封腔体，轴位于密封腔体内的部分与密封腔体形状匹配；第一极靴内壁上设有第一极齿，所述第二极靴内壁上设有第二极齿。本发明可克服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，大大减少在密封失效时磁性流体的损失，提高大间隙条件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。

Description

一种弧形阶梯式磁流体密封装置
技术领域
本发明涉及一种弧形阶梯式磁流体密封装置。
背景技术
磁流体密封具有零泄漏，无刚性摩擦等优点，被广泛应用于各行各业。但磁流体轴密封承压值对密封间隙大小十分敏感，若密封间隙增大0.1mm可使磁流体轴密封承压值降低10％以上。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。
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；提高大间隙下磁流体密封耐压能力的方法之一是通过改进磁流体密封结构。现有的磁流体密封装置通过设置阶梯轴密封结构，较传统的非阶梯轴的密封结构的密封能力有了很大的提高，但是为了进一步提高耐压能力，有效提高装置的防泄漏密封能力，因此需要进一步优化结构设计。
相对普通磁性流体密封而言 ，现有密封装置密封性能得到极大的提高，减小了轴承的应力集中，但依旧满足不了高速重载场合较高密封性能的要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种弧形阶梯式磁流体密封装置，从而解决现有密封装置存在的耐压性能较低的难题，使得该密封技术成功应用于高速重载等领域中。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：一种弧形阶梯式磁流体密封装置，包括两端开口的外壳、密封组件和用于将密封组件压紧于外壳内的端盖；所述密封组件包括轴，所述轴通过轴承转动地安装于外壳内，所述轴与外壳之间设有永磁体，永磁体的两侧分别设有安装于外壳内壁上的第一极靴和第二极靴；所述第一极靴内壁、第二极靴内壁均为向永磁体所在侧倾斜的弧形面，所述第一极靴内壁、永磁体内壁和第二极靴内壁围成一中间大、两端小的密封腔体，所述轴位于密封腔体内的部分与密封腔体形状匹配，所述第一极靴内壁、永磁体内壁、第二极靴内壁与轴外壁之间分别留有间隙；所述第一极靴内壁和/或与第一极靴内壁对应的轴外壁上设有第一弧形极齿，所述第二极靴内壁和/或与第二极靴内壁对应的轴外壁上设有第二弧形极齿。
进一步地，所述弧形面为圆弧面。相应地，此时所述第一弧形极齿和第二弧形极齿均为圆弧形极齿。
进一步地，所述圆弧面的曲率半径为5-60mm，优选为10-50mm。
进一步地，所述第一弧形极齿的数量为1-15个，优选为5-10个；第二弧形极齿的数量为1-15个，优选为5-10个。
进一步地，所述第一极靴内壁与其相对应的轴外壁之间的间隙大小为0.05-3mm，优选为1-2mm。
所述永磁体的数量可以为多个，每个永磁体均具有上述结构。
进一步地，所述永磁体的数量为2-10个。
进一步地，所述第一极靴的数量为2-10个；所述第二极靴的数量为2-10个。
进一步地，所述第一极靴的内壁与第二极靴的内壁沿垂直于轴的中心轴线的平面对称。
进一步地，所述第一极靴的外壁上设有环状的第一凹槽，第一凹槽内设有第一密封圈；所述第二极靴的外壁上设有环状的第二凹槽，第二凹槽内设有第二密封圈。
进一步地，所述第一极靴和第二极靴的外侧壳体内分别设有第一隔磁环和第二隔磁环。
进一步地，所述轴承的数量为两个，分别为第一轴承和第二轴承，且分别设置于第一极靴和第二极靴的外侧。
进一步地，所述端盖通过螺纹可拆卸地固定于外壳右端。
本发明通过设计一种弧形阶梯式转轴和弧形极靴，将弧形极靴上的极齿设计为弧形结构，在弧形极齿与弧形阶梯式转轴之间形成的弧形密封间隙内注入磁流体，从而实现一种弧形阶梯式磁流体密封。
本发明可克服现有磁流体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，结构简单，拆装方便，尤其地，采用本发明的带有弧形极齿的极靴结构设计，可大大增加磁路中的磁通量，大大减少在密封失效时磁性流体的损失，提高大间隙条件下磁性流体密封的一次、二次耐压能力和密封可靠性，扩大了其安全工作范围，可满足大间隙及高速、重载等工况的使用要求。
附图说明
图1是本发明第一种实施方式的磁流体密封装置的剖面结构示意图。
具体实施方式
以下将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。为叙述方便，下文中如出现“上”、“下”、“左”、“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用。
如图1所示，一种弧形阶梯式磁流体密封装置，包括两端开口的外壳2、密封组件和用于将密封组件压紧于外壳2内的端盖10；所述密封组件包括轴1，所述轴1通过轴承可转动地安装于外壳2内，所述轴1与外壳2之间设有永磁体6，永磁体6的两侧分别设有安装于外壳内壁上的第一极靴13和第二极靴12；所述第一极靴13内壁、第二极靴12内壁均为向永磁体6所在侧倾斜的弧形面，所述第一极靴13内壁、永磁体6内壁和第二极靴12内壁围成一中间大、两端小的密封腔体，所述轴1位于密封腔体内的部分与密封腔体形状匹配，所述第一极靴13内壁、永磁体6内壁、第二极靴12内壁与轴1外壁之间分别留有间隙；所述第一极靴13内壁上设有第一极齿5，所述第二极靴12内壁上设有第二极齿7。
其中，所述弧形面为圆弧面；所述圆弧面的曲率半径为20mm。所述第一极齿5的数量为6个；第二极齿7的数量为6个。所述第一极靴13内壁与其相对应的轴1外壁之间的间隙大小为0.1mm。
所述第一极靴13的内壁与第二极靴12的内壁沿垂直于轴的中心轴线的平面对称。所述第一极靴13的外壁上设有环状的第一凹槽，第一凹槽内设有第一密封圈14；所述第二极靴12的外壁上设有环状的第二凹槽，第二凹槽内设有第二密封圈11。所述第一极靴13和第二极靴12的外侧壳体内分别设有第一隔磁环4和第二隔磁环8。
所述轴承的数量为两个，分别为第一轴承3和第二轴承9，且分别设置于第一隔磁环4和第二隔磁环8的外侧。所述端盖10通过螺纹可拆卸地固定于外壳2右端。
装配时，主要过程包括如下步骤：
（1）将第一密封圈14安装在第一极靴13外圆面上的凹槽内；
（2）将第二密封圈11安装在第二极靴12外圆面上的凹槽内；
（3）将永磁体6、带有第一密封圈14的第一极靴13从轴的左侧安装在轴1上；
（4）将磁流体从注入在第一极靴13与轴1形成的密封间隙内；
（5）将带有第二密封圈11的第二极靴12从轴的右侧安装在轴1上；
（6）将磁流体注入在第二极靴12与轴1形成的密封间隙内；
（7）将第一隔磁环4、第一轴承3从轴的左侧安装在轴1上；
（8）将第二隔磁环8、第二轴承9从轴的右侧安装在轴1上，形成密封组件。
（9）将密封组件安装在外壳2内，通过端盖10与外壳2的螺纹连接压紧第二轴承9的外圈；实现一种弧形阶梯式磁流体密封。
上述实施例阐明的内容应当理解为这些实施例仅用于更清楚地说明本发明，而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落入本申请所附权利要求所限定的范围。

Claims (10)

1.一种弧形阶梯式磁流体密封装置，包括两端开口的外壳（2）、密封组件和用于将密封组件压紧于外壳（2）内的端盖（10）；所述密封组件包括轴（1），所述轴（1）通过轴承转动地安装于外壳（2）内，所述轴（1）与外壳（2）之间设有永磁体（6），其特征在于，永磁体（6）的两侧分别设有安装于外壳内壁上的第一极靴（13）和第二极靴（12）；所述第一极靴（13）内壁、第二极靴（12）内壁均为向永磁体（6）所在侧倾斜的弧形面，所述第一极靴（13）内壁、永磁体（6）内壁和第二极靴（12）内壁围成一中间大、两端小的密封腔体，所述轴（1）位于密封腔体内的部分与密封腔体形状匹配，所述第一极靴（13）内壁、永磁体（6）内壁、第二极靴（12）内壁与轴（1）外壁之间分别留有间隙；所述第一极靴（13）内壁和/或与第一极靴（13）内壁对应的轴（1）外壁上设有第一弧形极齿（5），所述第二极靴（12）内壁和/或与第二极靴（12）内壁对应的轴（1）外壁上设有第二弧形极齿（7）。
2.根据权利要求1所述的磁流体密封装置，其特征在于，所述弧形面为圆弧面。
3.根据权利要求2所述的磁流体密封装置，其特征在于，所述圆弧面的曲率半径为5-60mm。
4.根据权利要求1所述的磁流体密封装置，其特征在于，所述第一弧形极齿（5）的数量为1-15个；第二弧形极齿（7）的数量为1-15个。
5.根据权利要求1所述的磁流体密封装置，其特征在于，所述第一极靴（13）内壁与其相对应的轴（1）外壁之间的间隙大小为0.05-3mm。
6.根据权利要求1所述的磁流体密封装置，其特征在于，所述第一极靴（13）的内壁与第二极靴（12）的内壁沿垂直于轴的中心轴线的平面对称。
7.根据权利要求1所述的磁流体密封装置，其特征在于，所述第一极靴（13）的外壁上设有环状的第一凹槽，第一凹槽内设有第一密封圈（14）；所述第二极靴（12）的外壁上设有环状的第二凹槽，第二凹槽内设有第二密封圈（11）。
8.根据权利要求1所述的磁流体密封装置，其特征在于，所述第一极靴（13）和第二极靴（12）的外侧壳体内分别设有第一隔磁环（4）和第二隔磁环（8）。
9.根据权利要求1所述的磁流体密封装置，其特征在于，所述轴承的数量为两个，分别为第一轴承（3）和第二轴承（9），且分别设置于第一极靴（13）和第二极靴（12）的外侧。
10.根据权利要求1所述的磁流体密封装置，其特征在于，所述端盖（10）通过螺纹可拆卸地固定于外壳（2）右端。
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