CN107917192B - 一种多级套筒式磁流体密封装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多级套筒式磁流体密封装置，包括轴、外壳、左极靴环、中间极靴环、右极靴环、内永磁体环、外永磁体环、套筒；所述的左极靴环和右极靴环套装于外壳和轴之间；所述的左极靴环和右极靴环之间的轴上沿轴向间隔套装有两个以上的套筒；所述的内永磁体环安装于环形凹槽I中，所述的内永磁体环对应的外壳的内壁上设有外永磁体环；所述的左极靴环、右极靴环和中间极靴环的内圆面上设有轴向极齿；所述的套筒的端面与左极靴环、右极靴环和中间极靴环的端面相对应；本发明的目的是解决现有单级套筒式磁流体密封装置和多磁源磁流体密封装置存在的耐压性能低的难题。

Description

一种多级套筒式磁流体密封装置

技术领域

本发明属于机械工程密封领域，具体涉及一种多级套筒式磁流体密封装置。

背景技术

磁流体是一种对磁场敏感且可流动的液体磁性材料。它是纳米级(1~100nm)的磁性颗粒包覆表面活性剂后高度地分散、悬浮在载液中形成的稳定胶体体系，即使在重力、离心力或强磁场的长期作用下，悬浮其中的纳米级磁性颗粒也不会发生团聚现象并能保持磁性能稳定。磁流体密封能很好地解决上述问题，磁流体密封技术相比于传统密封技术具有零泄漏率、无固体摩擦、寿命长、高可靠性等优点，已经被广泛的应用于各行各业中。这对工程密封具有重要意义。磁流体密封现主要应用在真空、防尘等低压气体密封上，随着研究与应用的进一步发展，磁流体在高压气体密封、水密封、油密封等方面的应用迫在眉睫。

提高大间隙下磁性流体密封耐压性能的方法之一是通过增加磁流体密封磁路中磁源的数量并改进极靴的形状，如对比文献1(公开号为 CN202332310U的专利)所述的密封装置和对比文献2(公开号为 CN205877200U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，但现有密封结构的密封性能仍有进一步提高的空间。

发明内容

本发明的目的是提供多级套筒式磁流体密封装置，从而解决现有单级套筒式磁流体密封装置和多磁源磁流体密封装置存在的耐压性能低的难题，同时装配简单，加工容易，使得该密封技术成功应用于高速重载等领域中。

本发明的技术方案如下：

所述的多级套筒式磁流体密封装置，包括轴、外壳、左极靴环、中间极靴环、右极靴环、内永磁体环、外永磁体环、套筒；

所述的左极靴环和右极靴环套装于外壳和轴之间；所述的左极靴环和右极靴环之间的轴上沿轴向间隔套装有两个以上的套筒；所述的各个套筒之间通过中间极靴环隔开，所述的中间极靴环套装于外壳和轴之间；每个套筒的外圆面上设有环形凹槽I，所述的内永磁体环安装于环形凹槽I中，所述的内永磁体环对应的外壳的内壁上设有外永磁体环；所述的内永磁体环的轴向宽度小于外永磁体环的轴向宽度，并且内永磁体环的外圆面与外永磁体环的内圆面之间留有空隙；

所述的左极靴环、右极靴环和中间极靴环的外圆面与外壳相接触，左极靴环、右极靴环和中间极靴环的内圆面上向轴的外圆面延伸，并与轴的外圆面相对应；所述的左极靴环、右极靴环和中间极靴环的内圆面上设有轴向极齿，所述的轴向极齿沿径向向轴的外圆面延伸，与轴的外圆面之间留有间隙，磁流体设于该间隙中；

所述的套筒的端面与左极靴环、右极靴环和中间极靴环的端面相对应，套筒的端面上设有极齿I，所述的极齿I垂直向左极靴环、右极靴环和中间极靴环的端面延伸，与该端面之间留有间隙，磁流体设于该间隙中。

所述的套筒包括内圆面I、外圆面I、斜端面I、竖直端面I，所述的外圆面I的轴向长度长于内圆面I的轴向长度；所述的外圆面I的两端分别与竖直端面I的上端连接，所述的内圆面I的两端分别与斜端面I下端连接，所述的斜端面I的上端与竖直端面I的下端连接；所述的斜端面I、竖直端面I共同组成套筒的端面，斜端面I、竖直端面I上分别设有极齿I。

所述的左极靴环包括内圆面II、外圆面II、斜端面II、竖直端面II；所述的外圆面II的轴向长度短于内圆面II的轴向长度；所述的外圆面II的右端与竖直端面II的上端连接，所述的内圆面II的右端与斜端面II下端连接，所述的斜端面II的上端与竖直端面II的下端连接；

所述的斜端面II、竖直端面II共同组成左极靴环的右端面，与其相邻的套筒的左端面上的斜端面I、竖直端面I分别对应；

所述的外圆面II上设有环形凹槽II，所述的环形凹槽II内设有密封圈I。

所述的右极靴环包括内圆面Ⅲ、外圆面Ⅲ、斜端面Ⅲ、竖直端面Ⅲ；所述的外圆面Ⅲ的轴向长度短于内圆面Ⅲ的轴向长度；所述的外圆面Ⅲ的左端与竖直端面Ⅲ的上端连接，所述的内圆面Ⅲ的左端与斜端面Ⅲ下端连接，所述的斜端面Ⅲ的上端与竖直端面Ⅲ的下端连接；

所述的斜端面Ⅲ、竖直端面Ⅲ共同组成右极靴环Ⅲ的左端面，与其相邻的套筒的右端面上的斜端面I、竖直端面I分别对应；

所述的外圆面Ⅲ上设有环形凹槽Ⅲ，所述的环形凹槽Ⅲ内设有密封圈II。

所述的中间极靴环包括内圆面Ⅳ、外圆面Ⅳ、斜端面Ⅳ、竖直端面Ⅳ，所述的外圆面Ⅳ的轴向长度短于内圆面Ⅳ的轴向长度；所述的外圆面Ⅳ的两端分别与竖直端面Ⅳ的上端连接，所述的内圆面Ⅳ的两端分别与斜端面Ⅳ下端连接，所述的斜端面Ⅳ的上端与竖直端面Ⅳ的下端连接；

所述的斜端面Ⅳ、竖直端面Ⅳ共同组成中间极靴环的端面，与其相邻的套筒的端面上的斜端面I、竖直端面I分别对应；

所述的外圆面Ⅳ上设有环形凹槽Ⅳ，所述的环形凹槽Ⅳ内设有密封圈Ⅳ。

所述的多级套筒式磁流体密封装置，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右侧，紧贴外壳的内壁设置。

所述的多级套筒式磁流体密封装置，还包括左轴承和右轴承，所述的左轴承和右轴承分别套装于轴上，所述的左轴承设于左隔磁环的左侧，所述的右轴承设于右隔磁环的右侧。

所述的内永磁体环、外永磁体环分别间隔设置2-10组。

所述的轴向极齿、极齿I分别为间隔排布的2~10个环形极齿组成。

所述的内永磁体环、外永磁体环均为轴向充磁型永磁体，内永磁体环、外永磁体环的磁力线方向相反。

所述的右轴承的右侧设有端盖，所述的端盖套装在轴上，将外壳右端封装起来，所述的右轴承和端盖之间填充有密封介质。

本发明旨在解决现有的技术缺陷，提供了多级套筒式磁流体密封装置，该密封装置可解决大间隙条件下密封装置耐压能力不足的难题。

本发明通过设计一种将永磁体嵌入在多边形套筒内的特殊结构，套筒轴向和侧向开设对应的极齿，将永磁体嵌入在极靴之间，在极靴、套筒、轴形成的径向、侧向和轴向密封间隙内注入磁流体，从而实现多级套筒式磁流体密封。

本发明通过独特的结构设计，大大提高密封间隙内磁场强度，从而使得磁流体密封耐压能力大大增强；二级套筒式的密封结构可减小密封失效时磁流体的损失，增加了密封装置的多次承压能力和自修复能力。进一步提高了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。

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-轴，2-外壳，3-左极靴环，4-中间极靴环，5-右极靴环，6-内永磁体环，7-外永磁体环，8-套筒，9-环形凹槽I，10-轴向极齿，11-左隔磁环，12-右隔磁环，13-左轴承，14-右轴承，15 -端盖，16-密封介质。

31-内圆面II、32-外圆面II、33-斜端面II、34-竖直端面II，35-环形凹槽II，36-密封圈I；

41-内圆面Ⅳ，42-外圆面Ⅳ，43-斜端面Ⅳ，44-竖直端面Ⅳ，45-环形凹槽Ⅳ，46-密封圈Ⅳ；

51-内圆面Ⅲ，52-外圆面Ⅲ，53-斜端面Ⅲ，54-竖直端面Ⅲ；55-环形凹槽Ⅲ，56-密封圈II；

81-内圆面I，82-外圆面I，83-斜端面I，84-竖直端面I，85-极齿I；

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，所述的多级套筒式磁流体密封装置，包括轴1、外壳2、左极靴环3、中间极靴环4、右极靴环5、内永磁体环6、外永磁体环7、套筒8；

所述的左极靴环3和右极靴环5套装于外壳2和轴1之间；所述的左极靴环3和右极靴环5之间的轴1上沿轴向间隔套装有两个以上的套筒8；所述的各个套筒8之间通过中间极靴环4隔开，所述的中间极靴环4套装于外壳2和轴1之间；每个套筒8的外圆面上设有环形凹槽I9，所述的内永磁体环6安装于环形凹槽I9中，所述的内永磁体环6对应的外壳2的内壁上设有外永磁体环7；所述的内永磁体环6的轴向宽度小于外永磁体环7的轴向宽度，并且内永磁体环6的外圆面与外永磁体环7的内圆面之间留有空隙；

所述的左极靴环3、右极靴环5和中间极靴环4的外圆面与外壳2相接触，左极靴环3、右极靴环5和中间极靴环4的内圆面上向轴1的外圆面延伸，并与轴1的外圆面相对应；所述的左极靴环3、右极靴环5和中间极靴环4的内圆面上设有轴向极齿10，所述的轴向极齿10沿径向向轴1的外圆面延伸，与轴1的外圆面之间留有间隙，磁流体设于该间隙中；

所述的套筒8的端面与左极靴环3、右极靴环5和中间极靴环4的端面相对应，套筒8的端面上设有极齿I85，所述的极齿I85垂直向左极靴环3、右极靴环5和中间极靴环4的端面延伸，与该端面之间留有间隙，磁流体设于该间隙中。

所述的套筒8包括内圆面I81、外圆面I82、斜端面I83、竖直端面I84，所述的外圆面I82的轴向长度长于内圆面I81的轴向长度；所述的外圆面I82的两端分别与竖直端面I84的上端连接，所述的内圆面I81的两端分别与斜端面I83下端连接，所述的斜端面I83的上端与竖直端面I84的下端连接；所述的斜端面I83、竖直端面I84共同组成套筒8的端面，斜端面I83、竖直端面I84上分别设有极齿I85。

所述的左极靴环3包括内圆面II31、外圆面II32、斜端面II33、竖直端面II34；所述的外圆面II32的轴向长度短于内圆面II31的轴向长度；所述的外圆面II32的右端与竖直端面II34的上端连接，所述的内圆面II31的右端与斜端面II33下端连接，所述的斜端面II33的上端与竖直端面II34的下端连接；

所述的斜端面II33、竖直端面II34共同组成左极靴环3的右端面，与其相邻的套筒8的左端面上的斜端面I83、竖直端面I84分别对应；

所述的外圆面II32上设有环形凹槽II35，所述的环形凹槽II35内设有密封圈I36。

所述的右极靴环5包括内圆面Ⅲ51、外圆面Ⅲ52、斜端面Ⅲ53、竖直端面Ⅲ54；所述的外圆面Ⅲ52的轴向长度短于内圆面Ⅲ51的轴向长度；所述的外圆面Ⅲ52的左端与竖直端面Ⅲ54的上端连接，所述的内圆面Ⅲ51的左端与斜端面Ⅲ53下端连接，所述的斜端面Ⅲ53的上端与竖直端面Ⅲ54的下端连接；

所述的斜端面Ⅲ53、竖直端面Ⅲ54共同组成右极靴环Ⅲ5的左端面，与其相邻的套筒8的右端面上的斜端面I83、竖直端面I84分别对应；

所述的外圆面Ⅲ52上设有环形凹槽Ⅲ55，所述的环形凹槽Ⅲ55内设有密封圈II56。

所述的中间极靴环4包括内圆面Ⅳ41、外圆面Ⅳ42、斜端面Ⅳ43、竖直端面Ⅳ44，所述的外圆面Ⅳ42的轴向长度短于内圆面Ⅳ41的轴向长度；所述的外圆面Ⅳ42的两端分别与竖直端面Ⅳ44的上端连接，所述的内圆面Ⅳ41的两端分别与斜端面Ⅳ43下端连接，所述的斜端面Ⅳ43的上端与竖直端面Ⅳ44的下端连接；

所述的斜端面Ⅳ43、竖直端面Ⅳ44共同组成中间极靴环4的端面，与其相邻的套筒8的端面上的斜端面I83、竖直端面I84分别对应；

所述的外圆面Ⅳ42上设有环形凹槽Ⅳ45，所述的环形凹槽Ⅳ45内设有密封圈Ⅳ46。

所述的多级套筒式磁流体密封装置，还包括左隔磁环11和右隔磁环12；所述的左隔磁环11设于左极靴环3的左侧，紧贴外壳2的内壁设置；所述的右隔磁环12设于右极靴环5的右侧，紧贴外壳2的内壁设置。

所述的多级套筒式磁流体密封装置，还包括左轴承13和右轴承14，所述的左轴承13和右轴承14分别套装于轴1上，所述的左轴承13设于左隔磁环11的左侧，所述的右轴承14设于右隔磁环12的右侧。

所述的内永磁体环6、外永磁体环7分别间隔设置2-10组。

所述的轴向极齿10、极齿I85分别为间隔排布的2~10个环形极齿组成。

所述的内永磁体环6、外永磁体环7均为轴向充磁型永磁体，内永磁体环6、外永磁体环7的磁力线方向相反。

所述的右轴承14的右侧设有端盖15，所述的端盖15套装在轴1上，将外壳2右端封装起来，所述的右轴承14和端盖15之间填充有密封介质16。

Claims (6)

1.一种多级套筒式磁流体密封装置，包括轴（1）、外壳（2）、左极靴环（3）、中间极靴环（4）、右极靴环（5）、内永磁体环（6）、外永磁体环（7）、套筒（8），其特征在于：

所述的左极靴环（3）和右极靴环（5）套装于外壳（2）和轴（1）之间；所述的左极靴环（3）和右极靴环（5）之间的轴（1）上沿轴向间隔套装有两个以上的套筒（8）；所述的各个套筒（8）之间通过中间极靴环（4）隔开，所述的中间极靴环（4）套装于外壳（2）和轴（1）之间；每个套筒（8）的外圆面上设有环形凹槽I（9），所述的内永磁体环（6）安装于环形凹槽I（9）中，所述的内永磁体环（6）对应的外壳（2）的内壁上设有外永磁体环（7）；所述的内永磁体环（6）的轴向宽度小于外永磁体环（7）的轴向宽度，并且内永磁体环（6）的外圆面与外永磁体环（7）的内圆面之间留有空隙；

所述的左极靴环（3）、右极靴环（5）和中间极靴环（4）的外圆面与外壳（2）相接触，左极靴环（3）、右极靴环（5）和中间极靴环（4）的内圆面上向轴（1）的外圆面延伸，并与轴（1）的外圆面相对应；所述的左极靴环（3）、右极靴环（5）和中间极靴环（4）的内圆面上设有轴向极齿（10），所述的轴向极齿（10）沿径向向轴（1）的外圆面延伸，与轴（1）的外圆面之间留有间隙，磁流体设于该间隙中；

所述的套筒（8）的端面与左极靴环（3）、右极靴环（5）和中间极靴环（4）的端面相对应，套筒（8）的端面上设有极齿I（85），所述的极齿I（85）垂直向左极靴环（3）、右极靴环（5）和中间极靴环（4）的端面延伸，与该端面之间留有间隙，磁流体设于该间隙中；

所述的套筒（8）包括内圆面I（81）、外圆面I（82）、斜端面I（83）、竖直端面I（84），所述的外圆面I（82）的轴向长度长于内圆面I（81）的轴向长度；所述的外圆面I（82）的两端分别与竖直端面I（84）的上端连接，所述的内圆面I（81）的两端分别与斜端面I（83）下端连接，所述的斜端面I（83）的上端与竖直端面I（84）的下端连接；所述的斜端面I（83）、竖直端面I（84）共同组成套筒（8）的端面，斜端面I（83）、竖直端面I（84）上分别设有极齿I（85）；

所述的左极靴环（3）包括内圆面II（31）、外圆面II（32）、斜端面II（33）、竖直端面II（34）；所述的外圆面II（32）的轴向长度短于内圆面II（31）的轴向长度；所述的外圆面II（32）的右端与竖直端面II（34）的上端连接，所述的内圆面II（31）的右端与斜端面II（33）下端连接，所述的斜端面II（33）的上端与竖直端面II（34）的下端连接；

所述的斜端面II（33）、竖直端面II（34）共同组成左极靴环（3）的右端面，与其相邻的套筒（8）的左端面上的斜端面I（83）、竖直端面I（84）分别对应；

所述的外圆面II（32）上设有环形凹槽II（35），所述的环形凹槽II（35）内设有密封圈I（36）；

所述的右极靴环（5）包括内圆面Ⅲ（51）、外圆面Ⅲ（52）、斜端面Ⅲ（53）、竖直端面Ⅲ（54）；所述的外圆面Ⅲ（52）的轴向长度短于内圆面Ⅲ（51）的轴向长度；所述的外圆面Ⅲ（52）的左端与竖直端面Ⅲ（54）的上端连接，所述的内圆面Ⅲ（51）的左端与斜端面Ⅲ（53）下端连接，所述的斜端面Ⅲ（53）的上端与竖直端面Ⅲ（54）的下端连接；

所述的斜端面Ⅲ（53）、竖直端面Ⅲ（54）共同组成右极靴环Ⅲ（5）的左端面，与其相邻的套筒（8）的右端面上的斜端面I（83）、竖直端面I（84）分别对应；

所述的外圆面Ⅲ（52）上设有环形凹槽Ⅲ（55），所述的环形凹槽Ⅲ（55）内设有密封圈II（56）；

所述的中间极靴环（4）包括内圆面Ⅳ（41）、外圆面Ⅳ（42）、斜端面Ⅳ（43）、竖直端面Ⅳ（44），所述的外圆面Ⅳ（42）的轴向长度短于内圆面Ⅳ（41）的轴向长度；所述的外圆面Ⅳ（42）的两端分别与竖直端面Ⅳ（44）的上端连接，所述的内圆面Ⅳ（41）的两端分别与斜端面Ⅳ（43）下端连接，所述的斜端面Ⅳ（43）的上端与竖直端面Ⅳ（44）的下端连接；

所述的斜端面Ⅳ（43）、竖直端面Ⅳ（44）共同组成中间极靴环（4）的端面，与其相邻的套筒（8）的端面上的斜端面I（83）、竖直端面I（84）分别对应；

所述的外圆面Ⅳ（42）上设有环形凹槽Ⅳ（45），所述的环形凹槽Ⅳ（45）内设有密封圈Ⅳ（46）。

2.如权利要求1所述的多级套筒式磁流体密封装置，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）设于左极靴环（3）的左侧，紧贴外壳（2）的内壁设置；所述的右隔磁环（12）设于右极靴环（5）的右侧，紧贴外壳（2）的内壁设置。

3.如权利要求1所述的多级套筒式磁流体密封装置，其特征在于：还包括左轴承（13）和右轴承（14），所述的左轴承（13）和右轴承（14）分别套装于轴（1）上，所述的左轴承（13）设于左隔磁环（11）的左侧，所述的右轴承（14）设于右隔磁环（12）的右侧。

4.如权利要求1所述的多级套筒式磁流体密封装置，其特征在于：所述的内永磁体环（6）、外永磁体环（7）分别间隔设置2-10组。

5.如权利要求1所述的多级套筒式磁流体密封装置，其特征在于：所述的轴向极齿（10）、极齿I（85）分别为间隔排布的2~10个环形极齿组成。

6.如权利要求1所述的多级套筒式磁流体密封装置，其特征在于：所述的内永磁体环（6）、外永磁体环（7）均为轴向充磁型永磁体，内永磁体环（6）、外永磁体环（7）的磁力线方向相反。

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