CN110553040A - 一种用于油气两相润滑轴承箱的螺旋磁流体密封结构 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于油气两相润滑轴承箱的螺旋磁流体密封结构。该结构实现密封的基本原理是：在磁流体密封导磁极齿结构的两侧分别设计一段螺纹结构，且所述两段螺纹的旋向相反(具体旋向依据主轴旋转方向确定)；当主轴静止时，磁场力作用下的磁流体在极齿处形成4～20道密封环，起到密封油气的作用；当主轴旋转时(线速度小于24m/s)，其运动带动磁流体通过导磁极齿两侧旋向相反的两段螺纹结构，将磁流体介质输送并挤压至密封中段，形成压力略高于被密封介质压力的液封，加强并确保密封效果。通过上述螺旋磁流体密封结构，可以为油气两相润滑的轴承箱提供效果良好的密封方案，使得设备污染物排放水平达满足我国日益严格化的环保标准。
Description
技术领域
本发明实施例涉及密封技术领域，尤其涉及一种用于油气两相润滑轴承箱的螺旋磁流体密封结构。
背景技术
目前，相比于传统的油浴润滑，由油气介质发生器、油气介质输送管道、油气介质控制以及节流部件组成的油气介质润滑系统能够产生含油量约为百分之五(5PPM)的油气介质流，经由管道将油气介质送到各台机泵设备需要润滑的部位，形成可靠油膜从而实现润滑。对于配备上述润滑系统的轴承箱，其密封方式主要为迷宫密封。一般而言，迷宫密封是指：利用转动部件与固定部件之间形成的截流间隙和膨胀空腔将被密封介质的动能转化为以热能或其他形式的能量耗散，从而降低被密封介质的压力得以实现密封。该密封的缺点在于：无法做到对润滑油气介质的良好密封，且在设备停车后失效。因此大量的油气介质外溢在造成安全隐患的同时对操作人员身体健康也产生负面影响。
发明内容
本发明实施例提供一种用于油气两相润滑轴承箱的螺旋磁流体密封结构，解决了现有密封无法对油气两相润滑轴承箱中油气介质有效密封而导致的泄漏问题。
一方面，本发明实施例提供一种用于油气两相润滑轴承箱的螺旋磁流体密封结构，包括：第一磁导体、永磁体、第二磁导体、轴套以及置于轴套密封环安装槽中的密封圈，所述第一磁导体、所述永磁体、所述第二磁导体均套设在所述轴套外，且所述永磁体夹设在所述第一磁导体和所述第二磁导体之间；
所述第一磁导体与所述第二磁导体的内表面分别加工有导磁极齿；所述第一磁导体内表面的导磁极齿近被密封介质侧加工有正向螺纹结构，所述第二磁导体内表面的导磁极齿近大气侧加工有反向螺纹结构；且所述正向螺纹结构的长度小于所述反向螺纹结构的长度；
所述第一磁导体开设有第一永磁体卡槽，所述第二磁导体开设有第二永磁体卡槽，所述永磁体的一端卡接于有第一永磁体卡槽，所述永磁体的另一端卡接于第二永磁体卡槽。
所述第一磁导体、所述第二磁导体的外圆周面分别与轴承箱壳体上安装轴承的内圆周面之间配合连接；所述第二磁导体近被密封介质侧的端面紧贴轴承外圈近大气侧的端面；
所述轴套配合所述密封圈套接于主轴上，且所述轴套靠近被密封介质侧端面与所述轴承内圈近大气端侧端面接触；
所述第一磁导体、所述永磁体、所述第二磁导体以及所述轴套之间的空隙区域形成密封间隙，该密封间隙为被密封介质的泄漏通道。
可选地，该结构适用于被密封压力≤0.5Mpa、所述主轴的线速度＜24m/s，任意油气介质比环境下的轴承箱密封工况或其他纯气相工况。
可选地，当所述主轴顺时针旋转时，所述正向螺纹结构的旋向为左旋，所述反向螺纹结构的旋向为右旋；当所述主轴逆时针旋转时，所述正向螺纹结构的旋向为右旋，所述反向螺纹结构的旋向为左旋。
可选地，所述导磁极齿满足以下至少一项：
极齿数大于等于4个，且小于等于20个；
极齿材料为铁或镍钢。
可选地，所述密封间隙的尺寸大于等于1.6d/1000mm，且小于等于2.6d/1000mm，d为密封轴径。
可选地，所述正向螺纹结构和所述反向螺纹结构中的至少一者满足以下至少一项：
螺旋角大于等于7°，且小于等于15°19′；
螺旋槽形状比大于等于4；
相对螺纹槽宽大于等于0.5，且小于等于0.8；
相对螺纹槽深大于等于4，且小于等于8；
螺纹头数小于等于4；
另一方面，本发明实施例提供一种机械设备，包括上述用于油气两相润滑轴承箱的螺旋磁流体密封结构。
本发明实施例中，通过将螺旋密封原理及元件与磁流体密封原理及元件集成一体，在传统磁流体密封两侧设置旋向相反的一对螺纹结构；在设备运行过程中，主轴旋转作用带动磁流体介质运动，螺纹结构表面的摩擦力为磁流体介质提供轴向推动力，将其轴向输送至极齿结构处，形成4～20道磁流体密封环，以阻止被密封介质的泄漏；同时螺纹结构的输送作用提高磁流体介质的压力，继而形成一个液体高压区，阻止被密封介质的泄漏；在设备停止运行时，螺旋密封结构失效，但是磁流体密封结构依然保持密封作用；需要指出在这对旋向相反的螺纹结构中，正向螺纹长度小于反向螺纹长度，到达减少磁流体介质损耗或逃逸的目的。为采用油气两相润滑的轴承箱提供了更优的油气介质密封方法。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得更加清晰明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并非是对本发明的限制。此外在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1是本发明实施例提供的用于油气两相润滑轴承箱的螺旋磁流体密封结构的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的用于油气两相润滑轴承箱的螺旋磁流体密封结构中螺纹尺寸关系图；
图3是本发明实施例提供的用于油气两相润滑轴承箱的螺旋磁流体密封结构的工作原理图。
具体实施方式
下面将参照附图更为详细地描述本实施例。尽管附图中显示了本实施例，但是应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供本实施例的目的在于能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
下面对本发明实施例提供的用于油气两相润滑轴承箱的螺旋磁流体密封结构进行说明。
参见图1，图中示出了本发明实施例提供的螺旋磁流体密封结构示意图。如图1所示，该密封结构包括：压盖1，磁导体71、永磁体72，磁导体73，轴套4、密封圈6、密封圈3、螺栓2、紧固件10。
其中，磁导体71、磁导体73以及轴套4的材料选取铁、低碳钢、硅钢或者镍钢；永磁体72的材料选取铁氧体类永磁材料(如H10、H20等)、铝镍钴类永磁材料(如LNC3、LNCT20、FLNC28、FLNCT28等)、稀土钴类永磁材料(如SmCo5、PrCo5、MHCo5、YX16A等)，在此不再一一列举。
磁导体71与磁导体73的内表面分别加工有导磁极齿；磁导体73内表面的导磁极齿近被密封介质侧加工有正向螺纹结构，磁导体71内表面的导磁极齿近大气侧加工有反向螺纹结构；且正向螺纹结构的长度小于反向螺纹结构的长度。
导磁极齿满足以下至少一项：
极齿数大于等于4个，且小于等于20个；
极齿材料为铁或镍钢。
本发明实施例中，正向螺纹结构以及反向螺纹结构可以设置在轴套4的外侧圆周表面，也可以将其分别设置在磁导体71和磁导体73内侧圆周表面，或者直接设置在主轴的外圆周表面，其他形式在此不再一一举例。
永磁体72卡接于磁导体71开设的第一永磁体卡槽以及磁导体73开设的第二永磁体卡槽之间，通过磁场力作用连接结合成为一个整体部件7，同时磁导体71、磁导体73的外圆周面分别与轴承箱壳体上安装轴承8的内圆周面之间配合连接。
轴套4配合密封圈6套接于主轴5上，且轴套4靠近被密封介质侧端面与轴承8内圈近大气端侧端面接触；
磁导体71、永磁体72、磁导体73以及轴套4之间的空隙区域形成密封间隙，该密封间隙为被密封介质的泄漏通道。
可以看出，当主轴5处于静止状态时，磁流体在磁导体71以及磁导体73开设的导磁极齿与轴套4之间形成6道磁流体密封环，对油气介质进行密封；当主轴5处于旋转状态时，磁流体将被挤压向密封间隙中部，形成压力略高于被密封介质压力的液体高压区，抑制被密封介质逃逸。
其中，主轴5的线速度小于24m/s。
可选地，密封间隙尺寸大于等于1.6d/1000mm，且小于等于2.6d/1000mm，d为密封轴径。
可选地，磁导体71与磁导体73开设的导磁极齿数大于等于1，且小于等于20。
可选地，正向螺纹结构以及反向螺纹结构中的至少一者满足以下至少一项：
螺旋角大于等于7°，且小于等于15°19′；
螺旋槽形状比大于等于4；需要说明的是：形状比对螺纹槽中磁流体的流动情况有影响，为保证层流状态，螺纹形状比取4及以上较为合适；
相对螺纹槽宽大于等于0.5，且小于等于0.8；需要说明的是：相对齿宽选择过大对于密封本身不利，所以推荐选择相对齿宽为0.5；
相对螺纹槽深大于等于4，且小于等于8；
螺纹头数依据具体设备轴直径大小确定，螺纹头数小于等于4，其中需要强调的是，螺纹头数的确定应充分考虑具体的工况环境、设备尺寸确定，同时应遵从效果最大化且尺寸最优的原则。需要指出的是，螺纹型式除实施例中的矩形螺纹外还可以为普通三角螺纹、锯齿形螺纹、梯形螺纹等，在此不再一一列举。
可选地，一对旋向相反螺纹结构的具体旋向关系包括至少下面一项：
针对螺纹结构为螺套型式：
主轴5顺时针旋转，靠近被密封侧螺纹结构的旋向为左旋；靠近大气端螺纹结构的旋向为右旋；
主轴5逆时针旋转，靠近被密封侧螺纹结构的旋向为右旋；靠近大气端螺纹结构的旋向为左旋；
适用于螺纹结构为螺杆型式：
主轴5顺时针旋转，靠近被密封侧螺纹结构的旋向为右旋；靠近大气端螺纹结构的旋向为左旋；
主轴5逆时针旋转，靠近被密封侧螺纹结构的旋向为左旋；靠近大气端螺纹结构的旋向为右旋；
轴套4与主轴5之间存在空隙区域；且位于此空隙区域内，轴套4靠近主轴5的内侧壁沿周向设置有密封圈安装槽；密封圈6安装于所述密封圈安装槽内。
可选地，密封圈的数量及配套安装槽根据具体轴承箱尺寸确定。
需要指出的，密封圈的数量应大于等于1个。
为了便于本领域技术人员理解本方案，下面结合图1、图2以及图3对本发明实施例提供的螺旋磁流体密封装配过程和工作原理进行说明。
如图1所示，轴套4左侧腔体内为油气介质，轴套4右侧为空气介质。
实际装配时，操作人员应先将轴套4配合密封圈套接在主轴上，且轴套4靠近被密封介质侧端面与轴承8内圈近大气端侧端面接触，并通过紧固件10进行固定，然后将永磁体72卡接于开设在磁导体71上的第一永磁体卡槽以及开设于磁导体73上的第二永磁体卡槽中，并将三者连接构成的整体部件7套接于轴承箱壳体上安装轴承8的内圆孔中，最终通过压盖1以及密封圈3及对整体部件7进行固定。
通过滴管将选取的磁流体液滴入实施例中由磁导体71、永磁体72、磁导体73构成的整体部件与轴套4之间的空隙区域。此外也可在装配之前直接向磁导体71与磁导体73上开设的导磁极齿槽内预加入部分磁流体液。
在螺旋磁流体密封的各部分都装配完成后，当主轴5处于静止状态时，磁流体在磁导体71以及磁导体73上的导磁极齿与轴套4之间形成6道磁流体密封环，对油气介质进行密封；(结合图3)主轴5处于旋转状态时，磁流体介质会在主轴5与磁导体71、磁导体73上包含的正反向螺纹结构的共同作用下被输送至密封间隙中部形成液体高压区，实现密封；与此同时，磁流体依然可以在磁导体71、磁导体73上包含的导磁极齿与轴套4间形成磁流体密封环，确保并提高对油气介质的密封效果。需要说明的是，在密封过程中，磁流体密封环会因为压力作用而出现变形、穿孔、甚至破裂的情况，导致磁流体的损失。设置在靠近大气端螺纹长度较长的反向螺纹结构会将这部分磁流体向泄漏的反方向输送，减少磁流体的损耗。
综上，本发明实施例中，通过将螺旋密封原理及元件与磁流体密封原理及元件集成一体，为采用两相润滑的轴承箱提供了更优密封方法，即在设备运行和停车阶段都可确保对油气介质良好的密封效果，并且基于密封结构的特点有效减少磁流体在密封工作中的损耗。
本发明实施例还提供一种机械设备，包括上述用于油气两相润滑轴承箱的螺旋磁流体密封结构。其中，该密封结构的具体实施过程参照上述说明即可，本发明实施例对此不做任何限定。
由于该密封结构具有上述技术效果，包括该密封结构的机械设备也具有相应的技术效果，在此不再赘述。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (7)
1.一种用于油气两相润滑轴承箱的螺旋磁流体密封结构，其特征在于，包括：磁导体(71)、永磁体(72)、磁导体(73)、轴套(4)以及置于轴套(4)密封环安装槽中的密封圈(6)，所述磁导体(71)、所述永磁体(72)、所述磁导体(73)均套设在所述轴套(4)外，且所述永磁体(72)夹设在所述磁导体(71)和所述磁导体(73)之间；
所述磁导体(71)与所述磁导体(73)的内表面分别加工有导磁极齿；其中所述磁导体(73)内表面的导磁极齿近被密封介质侧加工有正向螺纹结构，所述磁导体(71)内表面的导磁极齿近大气侧加工有反向螺纹结构；且所述正向螺纹结构的长度小于所述反向螺纹结构的长度；
所述磁导体(71)开设有第一永磁体卡槽，所述磁导体(73)开设有第二永磁体卡槽，所述永磁体(72)的一端卡接于第一永磁体卡槽，所述永磁体(72)的另一端卡接于第二永磁体卡槽；
所述磁导体(71)、所述磁导体(73)的外圆周面分别与轴承箱壳体上安装轴承(8)的内圆周面之间配合连接；所述磁导体(73)近被密封介质侧的端面紧贴所述轴承(8)外圈近大气侧的端面；
所述轴套(4)配合所述密封圈(6)套接于主轴所述(5)上，且所述轴套(4)靠近被密封介质侧端面与所述轴承(8)内圈近大气端侧端面接触；
所述磁导体(71)、所述永磁体(72)、所述磁导体(73)以及所述轴套(4)之间的空隙区域形成密封间隙，该密封间隙为被密封介质的泄漏通道。
2.根据权利要求书1所述的密封结构，其特征在于，该结构适用于被密封压力≤0.5Mpa、所述主轴(5)的线速度＜24m/s，任意油气介质比环境下的轴承箱密封工况或其他纯气相工况。
3.根据权利要求1所述的密封结构，其特征在于，当所述主轴(5)顺时针旋转时，所述正向螺纹结构的旋向为左旋，所述反向螺纹结构的旋向为右旋；当所述主轴(5)逆时针旋转时，所述正向螺纹结构的旋向为右旋，所述反向螺纹结构的旋向为左旋。
4.根据权利要求1所述的密封结构，其特征在于，所述导磁极齿满足以下至少一项：
所述导磁极齿数大于等于4个，且小于等于20个；
极齿材料为铁或镍钢。
5.根据权利要求1所述的密封结构，其特征在于，所述密封间隙的尺寸大于等于1.6d/1000mm，且小于等于2.6d/1000mm，d为密封轴径。
6.根据权利要求1所述的密封结构，其特征在于，所述正向螺纹结构和所述反向螺纹结构中的至少一者满足以下至少一项：
螺旋角大于等于7°，且小于等于15°19′；
螺旋槽形状比大于等于4；
相对螺纹槽宽大于等于0.5，且小于等于0.8；
相对螺纹槽深大于等于4，且小于等于8；
螺纹头数小于等于4。
7.一种机械设备，其特征在于，包括如权利要求1至6中任一项所述的用于油气两相润滑轴承箱的螺旋磁流体密封结构。
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