CN108735423A - 一种径向四磁极等温热充磁装置 - Google Patents

一种径向四磁极等温热充磁装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种径向四磁极等温热充磁装置，属于航空发动机领域。本发明一种径向四磁极等温热充磁装置包括：充磁装置、充磁磁极径向运动装置、磁极、磁性静环、充磁控制装置、运动控制装置、保温箱、箱式电阻炉和火钳。与现有充磁装置相比，其特征是可以在等温(温度超过1000℃)条件下为磁环沿径向充磁，形成四个磁极，其可以实现在充磁有效时间范围内(如5分钟内)，磁环的温度下降在5‰以内。而现有充磁装置仅在常温下工作。

Description

一种径向四磁极等温热充磁装置
技术领域
本发明涉及一种径向四磁极等温热充磁装置，尤其是涉及一种应用于航空发动机密封装置磁环的四磁极充磁装置，属于航空发动机领域。
背景技术
航空发动机密封技术，特别是端面密封技术，提供接触力的元件由弹簧、波簧，逐渐发展为磁性环，磁力密封技术在航空发动机中的应用受到越来越多的重视。在磁力密封装置中，提供结合力的现有磁环通常是2个磁极，需要2磁极充磁装置对其进行充磁。随着航空发动机技术的进步，在航空发动机密封领域中，为提高密封性能，国外逐渐出现了4个磁极的磁环。由于磁极个数多更能够提供均匀程度好的结合力，从而有力于密封装置密封性能的提高。为了实现此类4磁极磁环的国产化程度，在航空发动机领域中出现了4磁极径向充磁的需求，4磁极径向充磁的工艺要求包括等温(温度超过1000℃)热充磁和常温充磁两个阶段，第一个阶段等温热充磁工艺确定了初始的四个磁极位置，要于磁环上做好标志。第二阶段的常温充磁，其充磁极头要与第一个阶段所确定的标志于磁环外圆周的初始的四个磁极位置正对。通过这种工艺制造的磁环，其第一个阶段等温热充磁工艺对最终磁环技术指标有较大影响，也对其密封装置产品的正常使用性能影响较大，因此开展此类研究对提高密封产品性能意义重大。
现有技术的充磁机文献，见文献1(刘长智，直流两极充磁机，中国知网网络资料：44)和文献2(怎样制作充磁机,中国知网网络资料：27)。这些文献是在常温条件下的充磁装置。现有文献中未见到在等温(温度超过1000℃)条件下进行充磁的，也未见到充磁装置与保温装置(温箱)、升温装置(电阻炉)、高温磁环以及移动装置(火钳)联合配套工作的相关报道。
发明内容
本发明的目的是提供一种径向四磁极等温热充磁装置，该装置可以在等温(温度超过1000℃)条件下为磁环沿径向充磁，形成四个磁极，其可以实现在充磁有效时间范围内(如5分钟内)，磁环的温度下降在5‰以内。
本发明的目的是通过上述技术方案实现的。
一种径向四磁极等温热充磁装置，包括：充磁装置、充磁磁极径向运动装置、磁极、磁性静环、充磁控制装置、运动控制装置、保温箱、箱式电阻炉和火钳；
充磁磁极径向运动装置均匀分布于充磁装置顶端；磁极固定在充磁磁极径向运动装置上，并通过充磁磁极径向运动装置实现移动；将磁性静环放入箱式电阻炉，箱式电阻炉加热磁性静环到设计的温度，所述温度超过1000℃；用火钳将磁性静环取出，放入保温箱，在保温情况下对磁性静环充磁；运动控制装置控制运动装置径向移动，运动装置带动磁极径向运动，并夹紧磁性静环，再由充磁控制装置、充磁装置以及磁极对磁性静环充磁；
所述充磁磁极径向运动装置包括：前挡板、轨道、滑块、丝杠、后挡板、电机和底板；
所述的轨道安装在底板上，滑块安装在轨道上，所述的丝杠与滑块通过螺纹连接，丝杠与前挡板和后挡板通过轴承连接，所述的前挡板和后挡板与底板连接，所述的电机与丝杠连接；所述的底板与充磁装置的圆形顶板连接；所述的滑块与磁极的底面连接；
所述磁极中部开槽口；所述的充磁磁极的底面与运动装置的滑块连接；所述的充磁磁极由中间开槽口套入软磁材料极柱的顶部；
所述的保温箱包括：温箱顶盖、温箱手柄、温箱侧壁、垫板、温箱洞口和温箱底板；所述的温箱手柄安装在温箱顶盖上，所述的垫板安装于温箱底板上，所述的温箱侧壁与温箱底板连接，所述的温箱侧壁与温箱顶盖连接；所述的温箱侧壁开有四个温箱洞口，所述的四个温箱洞口与四个磁极间隙配合，在温箱洞口与磁极的间隙内填充玻璃丝绵用来隔热；所述的温箱底板与充磁装置的圆形顶板连接保证二者同心在1mm以内。
按照工艺要求，将密封磁性静环放入箱式电阻炉内加热到烧红状态(温度超过1000℃)，用火钳将密封磁性静环取出，并迅速放入保温箱内的垫板上，要求磁环与垫板同心在1mm内，磁环端面保持水平。迅速启动运动控制装置正向运动按钮，4个充磁磁极径向运动，直到将磁环夹持良好为止。迅速将温箱顶盖盖好，减少热量散失。
按照工艺要求，4磁极径向充磁包括等温(温度超过1000℃)热充磁和常温充磁两个阶段，第一个阶段等温热充磁工艺确定了初始的四个磁极位置，充磁结束后，需将充磁极头位置于磁环外圆周上做好标志线。第二阶段的常温充磁，其充磁极头要与第一个阶段所确定的标志于磁环外圆周的初始的四个磁极位置正对。
所述的充磁控制装置包括接220V交流电压的输入端子、电源开关、电流大小调节阀、电压大小调节阀、充磁开关以及恒定电流输出端；所述的充磁控制装置可以提供设计大小的恒电流，为充磁装置的输入；
所述的充磁装置包括圆形顶板、圆筒形侧壁、接线输入端、软磁材料极柱、圆形底板以及铜线圈；所述的圆形底板与圆筒形侧壁、圆筒形侧壁与圆形顶板通过螺栓连接形成外罩；所述的外罩由铝材料制成；所述的圆形顶板开设四个圆形洞口；所述的四个软磁材料极柱底部垂直固定在圆形底板上，极柱材料为1J22，直径120mm，相邻两个软磁材料极柱中心距离为600mm，将铜线均匀缠绕在软磁材料极柱上形成铜线圈；每个软磁材料极柱绕匝，形成四个铜线圈；所述的铜线圈与接线输入端连接；所述的四个软磁材料极柱平面上形成一个矩形，位于对角位置处的两个软磁材料极柱为一组，这样形成两组软磁材料极柱；缠绕铜线圈时，要使得每组软磁材料极柱产生的磁极一致，一组对应N级，另外一组对应S级；所述的四个软磁材料极柱顶部经由圆形顶板的四个圆形洞口伸出，伸出长度为100mm，形成伸出端；所述的四个铜线圈的引线与接线输入端连接，接线输入端与圆筒形侧壁固定；所述的接线输入端与充磁控制装置提供的对稳定电流输出端连接。
所述的充磁磁极一端为圆弧形端头，另一端为平面端头，中间开槽口；所述的充磁磁极的底面与运动装置的滑块连接；所述的充磁磁极由中间开槽口套入软磁材料极柱的顶部；所述的圆弧形端头曲面粘贴一层玻璃丝绵，用于隔热。
所述的运动控制装置包括：输入端、开关、正向运动按钮、反向运动按钮、停止按钮、输出端；输入端接220V电源，输出端接电机；
所述的运动控制装置的输出端与电机连接；按下正向运动按钮，运动控制装置发出信号，电机转动，带动丝杠转动，丝杠转动带动滑块沿轨道运动；滑块带动安装于其上的磁极沿径向运动,磁极穿过保温箱的四个洞口以及二者间隙内的玻璃丝绵；磁极沿径向运动并沿圆周方向夹紧磁环；按下停止按钮，停止运动。
所述的充磁控制装置的输入端子接入220V交流电压，调节电流大小调节阀为5A，打开充磁开关，对磁环充磁3分钟。关闭充磁开关，启动运动控制装置的反向运动按钮，磁环与磁极分离后，按下停止按钮。完成对磁环的4极充磁。
取下温箱顶盖，待磁环冷却到室温后将磁环取出，所述的磁环在热处理工艺完成后形成初始的4个磁极，在磁环的外圆柱面上标出初始磁极的位置。即完成了等温充磁过程。
有益效果
本发明一种径向四磁极等温热充磁装置，可以在等温(温度超过1000℃)条件下为磁环沿径向充磁，形成四个磁极，其可以实现在充磁有效时间范围内(如5分钟内)，磁环的温度下降在5‰以内。而现有充磁装置仅在常温下工作。
附图说明
图1是本发明的一种径向四磁极等温热充磁装置结构示意图；
图2是本发明四磁极充磁装置的径向运动装置示意图；
图3是本发明四磁极充磁装置的充磁磁极的结构示意图；
图4是本发明四磁极磁环；
图5是本发明四磁极充磁装置的充磁控制装置示意图；
图6是本发明四磁极充磁装置的运动控制装置示意图；
图7是本发明保温箱装置示意图；
图8是本发明箱式电阻炉；
图9是本发明火钳；
图10是本发明充磁装置。
其中，1—充磁装置、2—充磁磁极径向运动装置、3—磁极、4—磁性静环、5—充磁控制装置、6—运动控制装置、7—保温箱、8—箱式电阻炉、9—火钳、11—圆形顶板、12—圆筒形侧壁、13—接线输入端、14—软磁材料极柱、15—圆形底板、16—铜线圈、21—前挡板、22—轨道、23—滑块、24—丝杠、25—后挡板、26—电机、27‐底板、50‐输入端子、51‐电源开关、52‐电流大小调节阀、53‐电压大小调节阀、54‐充磁开关、55‐恒定电流输出端、60‐输入端、61‐开关、62‐正向运动按钮、63‐反向运动按钮、64‐停止按钮、65‐输出端、71‐温箱顶盖、72‐温箱手柄、73‐温箱侧壁、74‐垫板、75‐温箱洞口、76‐温箱底板。
具体实施方式
为了更好的说明本发明的目的和优点，下面结合附图和实例对发明内容做进一步说明。
实施例1：
如图1所示，本发明由充磁装置1、充磁磁极径向运动装置2、磁极3、密封磁性静环4、充磁控制装置5、运动控制装置6、保温箱7、箱式电阻炉8和火钳9组成。
充磁磁极3与充磁磁极径向运动装置2连接，充磁装置1与运动装置2连接，运动控制装置6与充磁磁极径向运动装置2连接。充磁控制装置5与充磁装置1连接，提供恒定电流，用于充磁。保温箱7与充磁装置1连接，保温箱7与密封磁性静环4连接，保温箱7与磁极3连接。二者间隙内事先填充玻璃丝绵用于保温。
如图10所示，充磁装置1包括圆形顶板11、圆筒形侧壁12、四个接线输入端13、软磁材料极柱14、圆形底板15、铜线圈16以及圆形洞口17。圆形底板15与圆筒形侧壁12、圆筒形侧壁12与圆形顶板11通过螺栓连接形成外罩。四个软磁材料极柱14底部垂直固定在圆形底板15上，4个铜线圈16缠绕在极柱14上，四个软磁材料极柱14顶部经由圆形顶板11的4个圆形洞口17伸出，形成伸出端。所述的4个铜线圈形成4对接线端与接线输入端13连接，接线输入端13与圆筒形侧壁12固定。
如图2所示，充磁磁极径向运动装置2包括前挡板21、轨道22、滑块23、丝杠24、后挡板25、电机26、和底板27。所述的轨道22安装在底板27上，滑块23安装在轨道22上，所述的丝杠24与滑块23通过螺纹连接，丝杠与前挡板21和后挡板25通过轴承连接，所述的前挡板21和后挡板25与底板27连接，所述的电机26与丝杠24连接。所述的电机26与后挡板25连接。
如图3所示，充磁磁极3一端为圆弧形端头32，另一端为平面端头31，中间开槽口33，其底面34。所述的圆弧形端头32曲面粘贴一层玻璃丝绵，用于隔热。
如图4所示，采用本发明专利提出的方法及装置经过第一个阶段等温热充磁工艺确定了初始的四个磁极位置，于磁环上做好标志。磁环4在热处理工艺完成后形成初始的4个磁极包含两个N极、两个S极，均在磁环4的外圆柱面上标出。
如图5所示，充磁控制装置5由输入端子50(接220V交流电压)、电源开关51、电流大小调节阀52、电压大小调节阀53、充磁开关54以及恒定电流输出端55组成。
如图6所示，运动控制装置6包括：输入端60、开关61、正向运动按钮62、反向运动按钮63、停止按钮64、输出端65。
如图7所示，保温箱7包括：温箱顶盖71、温箱手柄72、温箱侧壁73、垫板74、温箱洞口75、温箱底板76。所述的温箱手柄72安装在温箱顶盖71上，所述的垫板74安装于温箱底板76上，所述的温箱侧壁73与温箱底板76连接，所述的温箱侧壁73与温箱顶盖71连接。所述的温箱侧壁73开有四个温箱洞口75，所述的四个温箱洞口75与四个磁极3间隙配合，在二者的间隙内填充玻璃丝绵用来隔热。所述的温箱底板76与充磁装置1的圆形顶板11连接保证二者同心在1mm以内。
本发明一种径向四磁极等温热充磁装置的过程如下：
所述的充磁磁极径向运动装置2的底板27与充磁装置1的圆形顶板11连接。所述的充磁磁极3由中间开槽口33套入充磁装置1的软磁材料极柱14的顶部。所述充磁磁极径向运动装置2的滑块23与磁极3的底面34连接。
所述的保温箱7的温箱底板76与充磁装置1的圆形顶板11连接，保温箱7的垫板74与密封磁性静环4连接，保温箱7的温箱洞口75与磁极3连接。温箱洞口75与磁极3的间隙内填充玻璃丝绵保温材料，减少热量散失。
运动控制装置6的输入端60接220V电源，输出端65接运动装置2的电机26。
如图8、9所示，按照工艺要求，将密封磁性静环4放入箱式电阻炉8内加热到烧红状态(温度超过1000℃)，用将火钳9将密封磁性静环4取出，并放入保温箱7内的垫板74上，要求磁环4与垫板74同心在1mm内，磁环端面保持水平。
按下运动控制装置6的开关61，按下正向运动按钮62,运动控制装置6发出信号，电机26转动，带动丝杠24转动，丝杠24转动带动滑块23沿轨道22运动。滑块23带动安装于其上的磁极3沿径向运动。磁极3沿径向运动由圆周方向夹紧磁环4。按下停止按钮64，停止运动。完成充磁的夹持过程。迅速将温箱顶盖71盖好，减少热量散失。
充磁控制装置5的输入端子50接220V交流电压，恒定电流输出端55接充磁装置1的接线输入端13，打开充磁控制装置5的电源开关51，打开电流大小调节阀52，调节电流大小为5A。打开充磁开关54，给4个充磁线圈16通电，线圈产生磁场，使得四个极柱14形成4个磁极，两个N极、两个S极。所产生的磁场通过4个磁级3的导引，对磁环进行径向充磁，充磁时间为3分钟。到达时间后，关闭充磁开关54，启动运动控制装置6的反向运动按钮63，磁极3反向运动，磁环4与磁极3分离后，按下停止按钮64。完成对磁环4的4极充磁。
取下温箱顶盖71，待磁环4冷却到室温后将磁环4取出，所述的磁环4在热处理工艺完成后形成初始的4个磁极，在磁环4的外圆柱面上标出初始磁极的位置41，见图4。即完成了等温充磁过程。
以上所述的具体描述，对发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种径向四磁极等温热充磁装置，其特征在于：包括：充磁装置(1)、充磁磁极径向运动装置(2)、磁极(3)、磁性静环(4)、充磁控制装置(5)、运动控制装置(6)、保温箱(7)、箱式电阻炉(8)和火钳(9)；
充磁磁极径向运动装置(2)均匀分布于充磁装置(1)顶端；磁极3固定在充磁磁极径向运动装置(2)上，并通过充磁磁极径向运动装置(2)实现移动；将磁性静环(4)放入箱式电阻炉(8)，箱式电阻炉(8)加热磁性静环(4)到设计的温度，所述温度超过1000℃；用火钳(9)将磁性静环(4)取出，放入保温箱(7)，在保温情况下对磁性静环(4)充磁；运动控制装置(6)控制运动装置(2)径向移动，运动装置(2)带动磁极(3)径向运动，并夹紧磁性静环(4)，再由充磁控制装置(5)、充磁装置(1)以及磁极(3)对磁性静环(4)充磁；
所述充磁磁极径向运动装置(2)包括：前挡板(21)、轨道(22)、滑块(23)、丝杠(24)、后挡板(25)、电机(26)和底板(27)；
所述的轨道(22)安装在底板(27)上，滑块(23)安装在轨道(22)上，所述的丝杠(24)与滑块(23)通过螺纹连接，丝杠(24)与前挡板(21)和后挡板(25)通过轴承连接，所述的前挡板(21)和后挡板(25)与底板(27)连接，所述的电机(26)与丝杠(24)连接；所述的底板(27)与充磁装置(1)的圆形顶板(11)连接；所述的滑块(23)与磁极3的底面(34)连接；
所述磁极(3)中部开槽口(33)；所述的充磁磁极(3)的底面(34)与运动装置的滑块(23)连接；所述的充磁磁极(3)由中间开槽口(33)套入软磁材料极柱(14)的顶部；
所述的保温箱(7)包括：温箱顶盖(71)、温箱手柄(72)、温箱侧壁(73)、垫板(74)、温箱洞口(75)和温箱底板(76)；所述的温箱手柄(72)安装在温箱顶盖(71)上，所述的垫板(74)安装于温箱底板(76)上，所述的温箱侧壁(73)与温箱底板(76)连接，所述的温箱侧壁(73)与温箱顶盖(71)连接；所述的温箱侧壁(73)开有四个温箱洞口(75)，所述的四个温箱洞口(75)与四个磁极3间隙配合，在温箱洞口(75)与磁极3的间隙内填充玻璃丝绵用来隔热；所述的温箱底板(76)与充磁装置(1)的圆形顶板(11)连接保证二者同心在1mm以内。
2.如权利要求1所述的一种径向四磁极等温热充磁装置，其特征在于：所述的充磁控制装置(5)包括接220V交流电压的输入端子(50)、电源开关(51)、电流大小调节阀(52)、电压大小调节阀(53)、充磁开关(54)以及恒定电流输出端(55)；所述的充磁控制装置5可以提供设计大小的恒电流，为充磁装置的输入；
所述的充磁控制装置(5)的输入端子(50)接入220V交流电压，调节电流大小调节阀(52)为5A，打开充磁开关(54)，对磁环(4)充磁3分钟；关闭充磁开关(54)，启动运动控制装置(6)的反向运动按钮(63)，磁环(4)与磁极(3)分离后，按下停止按钮(64)；完成对磁环(4)的4极充磁。
3.如权利要求1所述的一种径向四磁极等温热充磁装置，其特征在于：所述的充磁装置(1)包括圆形顶板(11)、圆筒形侧壁(12)、接线输入端(13)、软磁材料极柱(14)、圆形底板(15)以及铜线圈(16)；所述的圆形底板(15)与圆筒形侧壁(12)、圆筒形侧壁(12)与圆形顶板(11)通过螺栓连接形成外罩；所述的外罩由铝材料制成；所述的圆形顶板(11)开设4个圆形洞口(17)；所述的四个软磁材料极柱(14)底部垂直固定在圆形底板(15)上，极柱材料为1J22，直径120mm，相邻两个软磁材料极柱中心距离为600mm，将铜线均匀缠绕在软磁材料极柱上形成铜线圈(16)；每个软磁材料极柱绕(60)匝，形成4个铜线圈(16)；所述的铜线圈与接线输入端(13)连接；所述的4个软磁材料极柱(14)平面上形成一个矩形，位于对角位置处的2个软磁材料极柱(14)为一组，这样形成两组软磁材料极柱(14)；缠绕铜线圈(16)时，要使得每组软磁材料极柱(14)产生的磁极一致，一组对应N级，另外一组对应S级；所述的四个软磁材料极柱(14)顶部经由圆形顶板(11)的4个圆形洞口(17)伸出，伸出长度为100mm，形成伸出端；所述的4个铜线圈的引线与接线输入端(13)连接，接线输入端(13)与圆筒形侧壁(12)固定；所述的接线输入端(13)与充磁控制装置5提供的4对稳定电流输出端(55)连接。
4.如权利要求1所述的一种径向四磁极等温热充磁装置，其特征在于：所述的充磁磁极(3)一端为圆弧形端头(32)，另一端为平面端头(31)，中间开槽口(33)；所述的充磁磁极3的底面(34)与运动装置的滑块(23)连接；所述的充磁磁极3由中间开槽口(33)套入软磁材料极柱(14)的顶部；所述的圆弧形端头(32)曲面粘贴一层玻璃丝绵，用于隔热。
5.如权利要求1所述的一种径向四磁极等温热充磁装置，其特征在于：所述的运动控制装置6包括：输入端(60)、开关(61)、正向运动按钮(62)、反向运动按钮(63)、停止按钮(64)、输出端(65)；输入端(60)接220V电源，输出端接电机(26)；
所述的运动控制装置(6)的输出端(65)与电机(26)连接；按下正向运动按钮(62),运动控制装置6发出信号，电机(26)转动，带动丝杠(24)转动，丝杠(24)转动带动滑块(23)沿轨道(22)运动；滑块(23)带动安装于其上的磁极(3)沿径向运动,磁极(3)穿过保温箱的四个洞口(75)以及二者间隙内的玻璃丝绵；磁极(3)沿径向运动并沿圆周方向夹紧磁环(4)；按下停止按钮(64)，停止运动。
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