CN108953614A - 一种磁性液体密封-刷式密封复合装置 - Google Patents

一种磁性液体密封-刷式密封复合装置 Download PDF

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Abstract

一种磁性液体密封‑刷式密封复合装置，属于机械工程密封领域，解决了现有磁性液体密封在密封介质压力波动大的情况下，密封介质压力超过磁性液体密封的极限耐压值失效后，密封介质大量泄漏的问题。所述前挡板（6）、中挡板（9）与后挡板（14）均采用非导磁材料起到隔磁环的作用，能够有效地减少永磁体的漏磁；中挡板（9）加工出平齿或高低齿的迷宫密封结构，中挡板（9）迷宫密封齿的齿顶与转轴之间的间隙高度为0.15~0.3mm，迷宫密封能够进一步阻止密封介质向外界D的泄漏。该装置利用了左极靴（5）和右极靴（13）之间的空隙，不会增加密封装置的轴向长度和径向高度，提高了磁性液体密封抗冲击能力和可靠性，进一步扩大磁性液体密封的应用范围。

Description

一种磁性液体密封-刷式密封复合装置
技术领域
本发明属于机械工程密封技术领域，尤其适用于密封介质压力波动大的气体密封。
背景技术
磁性液体密封技术由于其具有零泄漏、无磨损、长寿命、结构简单等优点被越来越多的行业所使用。当磁性液体密封用于密封有毒有害气体时，一旦密封介质的压力出现较大的波动，磁性液体密封有可能被破坏导致严重的泄漏事故。现有公开号为CN101799075A的专利所述的磁性液体密封装置没有抗冲击性能，一旦现场员工操作不当导致密封介质压力超过磁性液体密封的极限耐压值时，会导致磁性液体密封失效，密封介质大量泄漏，对人体和环境造成极大危害。又如公开号CN204267737U的一种磁铁上开迷宫结构的磁性液体密封装置，所述装置虽然在磁铁上加工出高低齿的迷宫密封结构，能够一定程度上减少密封介质的泄漏量，但是迷宫密封的泄漏率本身就比较大，不能有效地控制密封介质的泄漏，同时在磁铁上加工迷宫密封将会极大地增长整个密封装置的轴向长度，使整个密封装置的体积增大，不但浪费材料，还不利于安装和拆卸，由于永磁体与转轴之间的间隙高度比较大，并且迷宫密封的泄漏率本身就比较大，节流效果不明显。因此若要使用在密封介质压力波动大的环境中，就要设计出一种节流效果良好的磁性液体密封抗冲击装置。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是在密封介质为易燃易爆有毒气体，且压力波动大的情况下对该气体介质进行可靠的密封，使磁性液体密封在密封介质压力超过其极限耐压能力导致失效后，密封介质不会大量泄漏，避免密封介质对人体和环境造成巨大危害，提高磁性液体密封的可靠性。因此提出一种磁性液体密封-刷式密封复合装置。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种磁性液体密封-刷式密封复合装置，该装置包括：转轴、外壳、前挡板密封圈、前刷丝束、左极靴、前挡板、左极靴密封圈、永磁体、中挡板、螺钉、右极靴密封圈、端盖、右极靴、后挡板、后挡板密封圈、后刷丝束、磁性液体；
构成该装置的各部分之间的连接：所述左极靴密封圈安装在左极靴外径圆上的凹槽内，构成带密封圈的左极靴；所述右极靴密封圈安装在右极靴外径圆上的凹槽内，构成带密封圈的右极靴；所述前挡板密封圈安装在前挡板左端面外圆的凹槽内，构成带密封圈的前挡板；所述后挡板密封圈安装在后挡板右端面外圆的凹槽内，构成带密封圈的后挡板；所述前刷丝束的外径根部嵌入到带密封圈的前挡板右端面的凹槽内连接成一体，构成带刷丝束的前挡板；所述后刷丝束的外径根部嵌入到带密封圈的后挡板的左端面凹槽内连接成一体，构成带刷丝束的后挡板；带刷丝束的前挡板、带刷丝束的后挡板与中挡板通过螺钉连成一体，构成刷式密封环；
所述永磁体安装在带密封圈的左极靴的右端面的凹槽内，刷式密封环安装在带密封圈的左极靴的右端面，刷式密封环外径圆与永磁体的内径圆接触，带密封圈的右极靴左端面的凹槽与永磁体的右端面相接触，带刷丝束的前挡板的左端面和带刷丝束的后挡板右端面分别与带密封圈的左极靴右端面和带密封圈的右极靴左端面接触；所述带密封圈的左极靴、永磁体、刷式密封环和带密封圈的右极靴一起安装到转轴上，注入磁性液体，构成密封组件；所述密封组件安装在外壳内，外壳内的凸台右端面与带密封圈的左极靴左端面接触，端盖安装在带密封圈的右极靴的右端面，通过螺纹连接将端盖与外壳固定，使外壳内各零部件完成轴向定位；
所述一种磁性液体密封-刷式密封复合装置工作时，当密封腔A里的密封介质压力发生波动时，密封介质的压力大于左极靴的磁性液体密封的耐压能力后，密封介质首先冲破左极靴的磁性液体密封，依次通过空腔B、刷式密封环和空腔C，最后冲破右极靴的磁性液体密封后，密封介质开始向外界D发生泄漏，其中位于左极靴和右极靴之间的刷式密封环能够极大地降低密封介质向外界泄漏的速率；磁性液体密封之所以发生泄漏是因为密封腔A与空腔B之间的气体压力差大于磁性液体密封所能承受的压力差；当密封腔A内压力突然增大导致密封腔A与空腔B之间的压力差增大，密封腔A里的密封介质冲破左极靴的磁性液体密封，密封介质在左极靴的磁性液体密封中就会形成一个泄漏通道进入到空腔B中，空腔B中将会逐渐充满密封介质，空腔B中的压力就会逐渐增大，此时密封腔A与空腔B之间的压力差就会逐渐减小，由于磁性液体密封具有良好的自愈合能力，当密封腔A与空腔B之间的压力差减小到一定程度后，左极靴的磁性液体由于密封腔A与空腔B之间的压力差减小而将形成的泄漏通道进行自愈合；由于刷式密封环具有一定的泄漏率，空腔B中的密封介质就会通过刷式密封环进入到空腔C中，空腔C中的密封介质再通过右极靴向外界D泄漏，当空腔C的压力由于向外界D泄漏而减小到到一定程度后，右极靴的磁性液体密封中形成的泄漏通道也会进行自愈合，从而避免了密封腔A中的密封介质进行持续的泄漏，能够在某种程度上提高磁性液体的密封性能。
本发明和已有技术相比所具有的有益效果：一种磁性液体密封-刷式密封复合装置，充分利用了磁性液体密封的零泄漏优点和密封装置出现泄漏时刷式密封的抗冲击性能；所述前挡板、中挡板与后挡板之间的连接方式采用螺钉连接，采用螺钉连接方式使刷式密封环的加工制造难度大大降低，并且降低加工制造成本；前刷丝束嵌入到前挡板右端面的凹槽内、后刷丝束嵌入到后挡板左端面的凹槽内连接成一体，在刷式密封环长时间工作后，需要对刷式密封环进行更换维护时，可以不必更换整个刷式密封环，而只需要更换其中的刷丝束，大大降低了维护成本；刷丝束排列沿转子旋转方向倾斜40～60°倾角，刷式密封刷丝沿转子的旋转方向有一定倾角，能吸收转子的径向位移，保证在接触时刷丝自由端受力最小；所述前挡板、中挡板与后挡板均采用非导磁材料起到隔磁环的作用，能够有效地减少永磁体的漏磁量，提高永磁体的工作效率；前刷丝束、后刷丝束、前挡板、中挡板与后挡板一起安装到左极靴的右端面与右极靴的左端面之间，这种设计不会增加密封结构的轴向长度和径向高度，且能够充分利用左极靴和右极靴之间的空隙提高密封装置的工作性能；前挡板和后挡板加工成单齿形状类似于迷宫密封的单齿结构，其中齿顶与转轴之间的间隙高度范围为0.5mm～1.0mm，可以减轻密封介质的压力对刷丝束的冲击，前挡板可以保护前刷丝束的刷毛避免进入到中挡板与转轴之间的迷宫密封的空隙中，后挡板可以保护后刷丝束由于密封介质的压力冲击而产生变形；中挡板加工出平齿或高低齿的迷宫密封结构，中挡板的迷宫密封齿的齿顶与转轴之间的间隙高度为0.15～0.3mm，中挡板的迷宫密封能够进一步阻止密封介质向外界D的泄漏。
附图说明
图1一种磁性液体密封-刷式密封复合装置；
图2刷丝束安装结构示意图；
图3a前挡板6结构示意图；
图3b后挡板14结构示意图；
图4a中挡板9的平齿局部放大结构示意图；
图4b中挡板9的高低齿局部放大结构示意图；
图1中：转轴1、外壳2、前挡板密封圈3、前刷丝束4、左极靴5、前挡板6、左极靴密封圈7、永磁体8、中挡板9、螺钉10、右极靴密封圈11、端盖12、右极靴13、后挡板14、后挡板密封圈15、后刷丝束16、磁性液体17。
具体实施方式
以附图为具体实施方式对本发明做进一步说明：
一种磁性液体密封-刷式密封复合装置如图1：转轴1、外壳2、前挡板密封圈3、前刷丝束4、左极靴5、前挡板6、左极靴密封圈7、永磁体8、中挡板9、螺钉10、右极靴密封圈11、端盖12、右极靴13、后挡板14、后挡板密封圈15、后刷丝束16、磁性液体17；
构成该装置的各部分之间的连接：所述左极靴密封圈7安装在左极靴5外径圆上的凹槽内，构成带密封圈的左极靴；所述右极靴密封圈11安装在右极靴13外径圆上的凹槽内，构成带密封圈的右极靴；所述前挡板密封圈3安装在前挡板6左端面外圆的凹槽内，构成带密封圈的前挡板；所述后挡板密封圈15安装在后挡板14右端面外圆的凹槽内，构成带密封圈的后挡板；所述前刷丝束4的外径根部嵌入到带密封圈的前挡板右端面的凹槽内连接成一体，构成带刷丝束的前挡板；所述后刷丝束16的外径根部嵌入到带密封圈的后挡板左端面的凹槽内连接成一体，构成带刷丝束的后挡板；带刷丝束的前挡板、带刷丝束的后挡板与中挡板4通过螺钉10连成一体，构成刷式密封环；
所述永磁体8安装在带密封圈的左极靴的右端面的凹槽内，刷式密封环安装在带密封圈的左极靴的右端面，刷式密封环外径圆与永磁体8的内径圆接触，带密封圈的右极靴左端面的凹槽与永磁体8的右端面相接触，带刷丝束的前挡板的左端面和带刷丝束的后挡板右端面分别与带密封圈的左极靴右端面和带密封圈的右极靴左端面接触；所述带密封圈的左极靴、永磁体8、刷式密封环和带密封圈的右极靴一起安装到转轴1上，注入磁性液体17，构成密封组件；所述密封组件安装在外壳2内，外壳2内的凸台右端面与带密封圈的左极靴左端面接触，端盖12安装在带密封圈的右极靴的右端面，通过螺纹连接将端盖12与外壳2固定，使外壳2内各零部件完成轴向定位；
所述前挡板6、中挡板9与后挡板14之间的连接方式采用螺钉连接，采用螺钉连接方式使刷式密封环的加工制造难度大大降低，并且降低加工制造成本；前刷丝束4嵌入到前挡板6右端面的凹槽内、后刷丝束16嵌入到后挡板14左端面的凹槽内连接成一体，在刷式密封环长时间工作后，需要对刷式密封环进行更换维护时，可以不必更换整个刷式密封环，而只需要更换其中的刷丝束，大大降低了维护成本；刷丝束排列沿转子旋转方向倾斜40～60°倾角，刷式密封的刷丝沿转子的旋转方向有一定倾角，能吸收转子的径向位移，保证在接触时刷丝自由端受力最小；所述前挡板6、中挡板9与后挡板14均采用非导磁材料起到隔磁环的作用，能够有效地减少永磁体的漏磁量，提高永磁体的工作效率；前刷丝束4、后刷丝束16、前挡板6、中挡板9与后挡板14一起安装到左极靴的右端面与右极靴的左端面之间，这种设计不会增加密封结构的轴向长度和径向高度，且能够充分利用左极靴和右极靴之间的空隙提高密封装置的工作性能；前挡板6和后挡板14加工成单齿形状类似于迷宫密封的单齿结构，其中齿顶与转轴之间的间隙高度范围为0.5mm～1.0mm，可以减轻密封介质的压力对刷丝束的冲击，前挡板6可以保护前刷丝束4的刷毛避免进入到中挡板与转轴之间的迷宫密封的空隙中，后挡板14可以保护后刷丝束16由于密封介质的压力冲击而产生变形；中挡板9加工出平齿或高低齿的迷宫密封结构，中挡板9的迷宫密封齿的齿顶与转轴之间的间隙高度为0.15～0.3mm，中挡板9的迷宫密封能够进一步阻止密封介质向外界D的泄漏；所述前刷丝束4、后刷丝束16与转轴1接触的表面涂有一层耐磨材料；
所述一种磁性液体密封-刷式密封复合装置工作时，当密封腔A里的密封介质压力发生波动时，密封介质的压力大于左极靴5的磁性液体密封的耐压能力后，密封介质首先冲破左极靴5的磁性液体密封，依次通过空腔B、刷式密封环和空腔C，最后冲破右极靴13的磁性液体密封后，密封介质开始向外界D发生泄漏，其中位于左极靴5和右极靴13之间的刷式密封环能够极大地降低密封介质向外界D泄漏的速率；
永磁体8选用钕铁硼；
外壳2、端盖12选用非导磁材料，如不锈钢；
左极靴5、右极靴13、转轴1选用导磁性能良好的材料，如电工纯铁；
磁性液体17的种类根据使用环境和密封介质的不同选择不同基载液的磁性液体。

Claims (7)

1.一种磁性液体密封-刷式密封复合装置，其特征在于：该装置包括：转轴(1)、外壳(2)、前挡板密封圈(3)、前刷丝束(4)、左极靴(5)、前挡板(6)、左极靴密封圈(7)、永磁体(8)、中挡板(9)、螺钉(10)、右极靴密封圈(11)、端盖(12)、右极靴(13)、后挡板(14)、后挡板密封圈(15)、后刷丝束(16)、磁性液体(17)；
构成该装置的各部分之间的连接：所述左极靴密封圈(7)安装在左极靴(5)外径圆上的凹槽内，构成带密封圈的左极靴；所述右极靴密封圈(11)安装在右极靴(13)外径圆上的凹槽内，构成带密封圈的右极靴；所述前挡板密封圈(3)安装在前挡板(6)左端面外圆的凹槽内，构成带密封圈的前挡板；所述后挡板密封圈(15)安装在后挡板(14)右端面外圆的凹槽内，构成带密封圈的后挡板；所述前刷丝束(4)的外径根部嵌入到带密封圈的前挡板右端面的凹槽内连接成一体，构成带刷丝束的前挡板；所述后刷丝束(16)的外径根部嵌入到带密封圈的后挡板左端面的凹槽内连接成一体，构成带刷丝束的后挡板；带刷丝束的前挡板、带刷丝束的后挡板与中挡板(4)通过螺钉(10)连成一体，构成刷式密封环；
所述永磁体(8)安装在带密封圈的左极靴的右端面的凹槽内，刷式密封环安装在带密封圈的左极靴的右端面，刷式密封环外径圆与永磁体(8)的内径圆接触，带密封圈的右极靴左端面的凹槽与永磁体(8)的右端面相接触，带刷丝束的前挡板的左端面和带刷丝束的后挡板右端面分别与带密封圈的左极靴右端面和带密封圈的右极靴左端面接触；所述带密封圈的左极靴、永磁体(8)、刷式密封环和带密封圈的右极靴一起安装到转轴(1)上，注入磁性液体(17)，构成密封组件；所述密封组件安装在外壳(2)内，外壳(2)内的凸台右端面与带密封圈的左极靴左端面接触，端盖(12)安装在带密封圈的右极靴的右端面，通过螺纹连接将端盖(12)与外壳(2)固定，使外壳(2)内各零部件完成轴向定位；
所述一种磁性液体密封-刷式密封复合装置工作时，当密封腔A里的密封介质压力发生波动时，密封介质的压力大于左极靴(5)的磁性液体密封的耐压能力后，密封介质首先冲破左极靴(5)的磁性液体密封，依次通过空腔B、刷式密封环和空腔C，最后冲破右极靴(13)的磁性液体密封后，密封介质开始向外界D发生泄漏，其中位于左极靴(5)和右极靴(13)之间的刷式密封环能够极大地降低密封介质向外界泄漏的速率；磁性液体密封之所以发生泄漏是因为密封腔A与空腔B之间的气体压力差大于磁性液体密封所能承受的压力差；当密封腔A内压力突然增大导致密封腔A与空腔B之间的压力差增大，密封腔A里的密封介质冲破左极靴(5)的磁性液体密封，密封介质在左极靴(5)的磁性液体密封中就会形成一个泄漏通道进入到空腔B中，空腔B中将会逐渐充满密封介质，空腔B中的压力就会逐渐增大，此时密封腔A与空腔B之间的压力差就会逐渐减小，由于磁性液体密封具有良好的自愈合能力，当密封腔A与空腔B之间的压力差减小到一定程度后，左极靴(5)的磁性液体由于密封腔A与空腔B之间的压力差减小而将形成的泄漏通道进行自愈合，从而避免了密封腔A中的密封介质进行持续的泄漏，能够在某种程度上提高磁性液体的密封性能。
2.根据权利要求1所述一种磁性液体密封-刷式密封复合装置，其特征在于：
所述前刷丝束(4)嵌入到前挡板(6)右端面的凹槽内、后刷丝束(16)嵌入到后挡板(14)的左端面的凹槽内连接成一体。
3.根据权利要求1所述一种磁性液体密封-刷式密封复合装置，其特征在于：
前挡板(6)和后挡板(14)加工成单齿形状，其中齿顶与转轴(1)之间的间隙高度为0.5mm～1.0mm。
4.根据权利要求1所述一种磁性液体密封-刷式密封复合装置，其特征在于：
所述前挡板(6)、中挡板(9)与后挡板(14)之间的连接方式采用螺钉连接，一起安装到左极靴(5)的右端面与右极靴(13)的左端面之间；所述前挡板(6)、中挡板(9)与后挡板(14)均采用非导磁材料。
5.根据权利要求1所述一种磁性液体密封-刷式密封复合装置，其特征在于：
所述中挡板(9)加工出平齿或高低齿的迷宫密封结构，中挡板(9)的迷宫密封齿的齿顶与转轴(1)之间的间隙高度为0.15～0.3mm。
6.根据权利要求1所述一种磁性液体密封-刷式密封复合装置，其特征在于：
所述前刷丝束(4)与后刷丝束(16)具有相同的长度和宽度，刷丝束排列沿转子旋转方向倾斜40～60°倾角。
7.根据权利要求1所述一种磁性液体密封-刷式密封复合装置，其特征在于：
所述前刷丝束(4)、后刷丝束(16)与转轴(1)接触的表面涂有一层耐磨材料。
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