CN111457100B - 一种轴向与径向组合式磁性液体密封结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轴向与径向组合式磁性液体密封结构，右极靴与左极靴之间设置永磁体，与同轴布置的导磁轴套形成的磁回路，导磁轴套在放左右极靴之间，装在内隔磁套上，内隔磁套与转轴过盈配合，外隔磁套、左右极靴、导磁轴套的注液孔相通，磁性液体能够一次性注入到各极齿周围，由于磁回路的作用，磁性液体在左右极靴极齿和导磁轴套极齿处聚集，分别形成轴向和径向磁性液体密封。这种轴向与径向组合式磁性液体密封结构简单、安装注液方便、能保证在高速转动时磁性液体密封不会因为受到过大的离心力的关系而降低磁性液体密封的耐压能力，防止磁性液体的泄露和外部粉尘的进入，是对磁性液体密封适用范围的扩展。

Description

一种轴向与径向组合式磁性液体密封结构

技术领域

本发明涉及一种密封结构，具体涉及一种轴向与径向组合式磁性液体密封结构，属于密封技术领域。

背景技术

‌随着制造业和工业化进程的推进，越来越多的工业产品的性能要求也随之提高，保障旋转机械安全稳定运行的关键技术之一就是其转轴的密封可靠性。传统的密封方式都存在一定弊端，例如，迷宫密封泄露量相对较大，密封气体、防尘、低速和静止时密封效果不好；唇形密封运转阻力相对较大，唇口部位的磨损严重、橡胶材料容易老化；浮环密封内泄漏较大，这种密封对液体不能做到封严不漏，对气体虽然可做到封严，但需要一套复杂而昂贵的自动化供油系统；干气密封必须存在密封运转气体，且密封气体会进入密封腔与介质混合，适合范围有限，需要相对昂贵的密封辅助系统。纳米磁性液体密封是依靠液体材料填充密封间隙的方式而实现密封功能，把纳米磁性液体注入由高性能的永磁体、导磁性能良好的极靴的间隙中，永磁体产生的强磁场，将纳米磁性液体牢牢“束缚”在密封间隙内形成“O”形液体密封圈，即油膜屏障。相比于传统的密封形式，磁性液体密封具有高可靠性，在摩擦损耗小的情况下可以保持很高的静态与动态压差，不会泄露有毒介质、腐蚀性介质等，制造简单，寿命长，可与其他密封方式组合使用等优点。但是，随着转轴速度的提高，磁性液体旋转密封的密封效果会逐渐下降，原因是转轴速度的提高造成了磁性液体剪切运动的加剧，从而离心力变大，破坏了磁性液体的有序排列，最终导致密封性能下降。例如，公开号为CN206563080U的专利所述的磁性液体密封单元的极齿为单一轴向布置尺寸，当高速运转过程中随着离心力的增大可能会导致磁性液体密封结构耐压能力不足而失效。通过采用磁性液体密封与传统密封方式相结合的结构有助于提高密封能力，例如公开号为CN204267737U的专利所述的一种在磁铁上开迷宫结构的磁性液体密封装置，永磁体上突出的直齿上加工有侧齿，但是该齿若太厚会导致轴向距离过大，若齿太薄结构又不够坚固，制造难度增加；公开号为CN108953614A的专利所述的一种磁性液体密封-刷式密封复合装置，其加入的刷式密封不仅使得密封装置的轴向尺寸增大，装配的复杂性也增加，而且刷式密封运行会产生变形和磨损，同时会产生摩擦热效应、闭合效应、刚化效应和迟滞效应，影响其密封性能和使用寿命。因此，有必要设计一种能够同时具备结构简单、安装注液方便、且能保证在高速转动时磁性液体密封不会因为受到过大的离心力而降低其耐压能力的新型的磁性液体密封结构，对于提高磁性液体密封能力，拓展磁性液体应用领域具有重要实际意义。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种轴向与径向组合式磁性液体密封结构，可有效改善传统密封方式阻力较大，以及单一轴向磁性液体密封高速情况下密封效果差的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种轴向与径向组合式磁性液体密封结构，包括转轴、磁性液体密封组件、隔磁组件、端盖和密封组件底座；磁性液体密封组件包括右极靴、永磁体、左极靴和导磁轴套；隔磁组件包括外隔磁套、内隔磁套；外隔磁套包括外隔磁套壁和外隔磁套挡壁，外隔磁套壁的一端设有外隔磁套挡壁，外隔磁套壁上开设右定位孔和左定位孔，外隔磁套挡壁上开设外隔磁套注液孔；导磁轴套的导磁轴套壁中间位置设有导磁凸台，导磁凸台轴向方向两个侧壁上设有多层导磁轴套极齿；

右极靴轴向方向的一侧面的外边缘设有右极靴环形小凸台，右极靴内圈沿轴向方向设有多层右极靴极齿，除最靠近右极靴环形小凸台的那层右极靴极齿以外，其余层的右极靴极齿均开设右极靴注液孔，右极靴外圈沿径向方向开设右极靴螺纹孔；

左极靴轴向方向的一侧面的外边缘设有左极靴环形小凸台，左极靴内圈沿轴向方向设有多层左极靴极齿，每层左极靴极齿均开设左极靴注液孔，左极靴外圈沿径向方向开设左极靴螺纹孔；

右极靴、左极靴外径相等且大于导磁凸台的外径；

转轴上开设有凹槽，凹槽中设有左挡圈，内隔磁套套在转轴上且一端紧贴左挡圈，内隔磁套与转轴过盈配合，导磁轴套套在内隔磁套上，导磁凸台两侧的导磁轴套壁上分别套有右极靴、左极靴，极靴上设有凸台的一侧向外，永磁体嵌在外隔磁套内导，外隔磁套挡壁与内隔磁套端面对齐，外隔磁套挡壁外侧面与端盖的内侧面贴合，外隔磁套壁套在永磁体和极靴上，左极靴环形小凸台与外隔磁套挡壁内侧面贴合，右定位孔、左定位孔开设位置分别与右极靴螺纹孔、左极靴螺纹孔开设位置对应，右极靴、左极靴通过螺钉与外隔磁套固定连接；外隔磁套注液孔开设位置与左极靴注液孔开设位置对应，橡胶塞穿过外隔磁套注液孔和最外层左极靴注液孔；密封组件底座套在外隔磁套壁外且一端通过端盖螺钉与端盖固定连接，密封组件底座另一端设有台阶孔，右极靴环形小凸台、外隔磁套壁均与台阶孔台阶内侧面贴合，台阶孔与转轴之间设置被密封介质，内隔磁套的另一端的外端面、导磁轴套壁一端的外端面与右挡圈贴合，右挡圈设置在转轴上开设的凹槽中。

进一步的，所述左极靴极齿、右极靴极齿、导磁轴套极齿均设有三层。

进一步的，所述导磁凸台轴向方向上开设导磁轴套注液孔。

进一步的，所述右极靴、左极靴和导磁轴套的材质为导磁材质，且相对导磁率大于1。

进一步的，所述外隔磁套与内隔磁套的材质为金属材质，且相对导磁率等于1，既保证安装过程所需的强度要求，也能形成静磁屏蔽，防止磁场泄漏。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：一是相对于传统密封来说，磁性液体密封可以降低旋转阻力，做到无泄露；二是相对于单一轴向磁性液体密封来说，在轴向和径向均设置磁性液体密封结构，这样立体式的布置，即便在转轴高速运转时磁性液体受到较大的离心力，磁性液体也会聚集永磁体与导磁轴套之间，形成离心式密封，可以有效防止外界杂质的进入和内部密封介质的泄露，使得旋转机械安全平稳运行更加可靠。

附图说明

图1为本发明的装配示意图；

图2为本发明左右极靴结构示意图；

图3为本发明外隔磁套结构示意图；

图4为本发明导磁轴套结构示意图；

图中：1、被密封介质；2、密封组件底座；3、右极靴；4、右定位螺钉；5、外隔磁套；6、永磁体；7、导磁轴套；8、左定位螺钉；9、端盖；10、端盖螺钉；11、左极靴；12、橡胶塞；13、内隔磁套；14、左挡圈；15、转轴；16、右挡圈；301、右极靴螺纹孔；302、右极靴环形小凸台；303、右极靴注液孔；304、右极靴极齿；501、右定位孔；502、左定位孔；503、外隔磁套注液孔； 504、外隔磁套壁；505、隔磁套挡壁；700、导磁轴套壁；701、导磁凸台；702、导磁轴套注液孔；703、导磁轴套极齿；1101、左极靴螺纹孔；1102、左极靴环形小凸台；1103、左极靴注液孔；1104、左极靴极齿。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明提供一种技术方案：包括转轴15、磁性液体密封组件、隔磁组件、端盖9和密封组件底座2，端盖9为圆环形状；磁性液体密封组件包括右极靴3、永磁体6、左极靴11和导磁轴套7；隔磁组件包括外隔磁套5、内隔磁套13；

如图3所示，外隔磁套5包括外隔磁套壁504和隔磁套挡壁505，外隔磁套壁504的一端设有隔磁套挡壁505，外隔磁套壁504上开设右定位孔501和左定位孔502，隔磁套挡壁505上开设外隔磁套注液孔503；

如图4所示，导磁轴套7的导磁轴套壁700中间位置设有导磁凸台701，导磁凸台701轴向方向两个侧壁上设有多层导磁轴套极齿703；

如图2所示，右极靴3轴向方向的一侧面的外边缘设有右极靴环形小凸台302，右极靴3内圈沿轴向方向设有多层右极靴极齿304，除最靠近右极靴环形小凸台302的那层右极靴极齿304以外，其余层的右极靴极齿304均开设右极靴注液孔303，右极靴3外圈沿径向方向开设右极靴螺纹孔301；

左极靴11轴向方向的一侧面的外边缘设有左极靴环形小凸台1102，左极靴11内圈沿轴向方向设有多层左极靴极齿1104，每层左极靴极齿1104均开设左极靴注液孔1103，左极靴11外圈沿径向方向开设左极靴螺纹孔1101；

右极靴3、左极靴11外径相等且大于导磁凸台701的外径；

转轴15上开设有凹槽，凹槽中设有左挡圈14，内隔磁套13套在转轴15上且一端紧贴左挡圈14，内隔磁套13与转轴15过盈配合，导磁轴套7套在内隔磁套13上，导磁凸台701两侧的导磁轴套壁700上分别套有右极靴3、左极靴11，左右极靴上设有凸台的一侧均向外，两极靴跟导磁轴套壁700、导磁凸台701之间均有间隙，永磁体6嵌在外隔磁套5内，外隔磁套挡壁505与内隔磁套13端面对齐，外隔磁套挡壁505外侧面与端盖9的内侧面贴合，外隔磁套壁504套在永磁体6和极靴上，左极靴环形小凸台1102与隔磁套挡壁505内侧面贴合，右定位孔501、左定位孔502开设位置分别与右极靴螺纹孔301、左极靴螺纹孔1101开设位置对应，右极靴3、左极靴11分别通过右定位螺钉4、左定位螺钉8与外隔磁套5固定连接，保证了左右极靴不会在外隔磁套5内转动，降低了不必要的摩擦磨损；外隔磁套注液孔503开设位置与左极靴注液孔1103开设位置对应，通过外隔磁套注液孔503、最外层左极靴注液孔1103向磁性液体密封组件内注入磁性液体，橡胶塞12穿过外隔磁套注液孔503和最外层左极靴注液孔1103密封磁性液体；外隔磁套注液孔503、左极靴注液孔1103、导磁轴套注液孔702和右极靴注液孔303的轴线距离转轴15的距离相等，即转配后上述四个注液孔中心在同一轴线上，便于磁性液体的填充，一次注液即可满足所有位置的填充要求。

密封组件底座2套在外隔磁套壁504外且一端通过端盖螺钉10与端盖9固定连接，密封组件底座2与外隔磁套壁504过盈配合，密封组件底座2另一端设有台阶孔，右极靴环形小凸台302、外隔磁套壁504均与台阶孔台阶内侧面贴合，台阶孔与转轴15之间设置被密封介质1，内隔磁套13的另一端的外端面、导磁轴套壁700一端的外端面与右挡圈16贴合，右挡圈16设置在转轴15上开设的凹槽中。

设置右极靴环形小凸台302的目的是为了避免最右层的右极靴极齿304与被密封介质1侧零件直接接触，从而导致磁性液体在右极靴极齿304右端聚集不够充分，同时避免了右极靴3与被密封介质1侧零件不同步转动而产生额外的摩擦力；设置左极靴环形小凸台1102，目的是为了防止最左层的左极靴极齿1104与隔磁套挡壁505直接接触，从而导致磁性液体在左极靴极齿1104左端聚集不够充分，进而影响密封性能，同时两极靴这样的设计能够减少垫圈的使用，降低了密封组件结构的复杂性。

安装时，首先将左极靴11、永磁体6装入外隔磁套5中，将左极靴螺纹孔1101和左定位孔502对齐用左定位螺钉8固定；然后将导磁轴套7套在内隔磁套13上；接着将右极靴3放入外隔磁套5中，将右极靴螺纹孔301与右定位孔501对齐并用右定位螺钉4固定；将内隔磁套13装在转轴15上时，保证导磁轴套注液孔702与外隔磁套注液孔503、左极靴注液孔1103、右极靴注液孔303对齐，以便一次性注满磁性液体，完成注液后用橡胶塞12堵住外隔磁套注液孔503与左极靴注液孔1103即可。

运行时，由于这种轴向与径向组合式磁性液体密封结构，磁性液体在磁场的作用下会向右极靴极齿304、左极靴极齿1104聚集形成轴向磁性液体密封，在导磁轴套极齿703处聚集形成径向磁性液体密封，当开始转动时，由于外隔磁套5与密封组件底座2过盈配合，外隔磁套5、左极靴11、永磁体6、右极靴3跟随密封组件底座2同步运动；导磁轴套7、内隔磁套13跟随转轴15一起同步运动；由于是非接触式密封，可以大大的降低阻力，当高速转动时，磁性液体受到较大的离心力在永磁体6与导磁轴套7之间的间隙聚集，形成离心式密封，磁性液体不会从密封装置泄露，有效地防止了外界杂质的进入和内侧密封介质15的泄露，使得轴向与径向组合式磁性液体密封结构在低速和高速运动状态下都能够起到良好的效果。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其它的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同替换和改进，均应包含在本发明技术方案的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种轴向与径向组合式磁性液体密封结构，包括转轴（15）、磁性液体密封组件、隔磁组件、端盖（9）和密封组件底座（2）；端盖（9）为圆环形状；

磁性液体密封组件包括右极靴（3）、永磁体（6）、左极靴（11）和导磁轴套（7）；隔磁组件包括外隔磁套（5）、内隔磁套（13）；

外隔磁套（5）包括外隔磁套壁（504）和外隔磁套挡壁（505），外隔磁套壁（504）的一端设有外隔磁套挡壁（505），外隔磁套壁（504）上开设右定位孔（501）和左定位孔（502），外隔磁套挡壁（505）上开设外隔磁套注液孔（503）；

导磁轴套（7）的导磁轴套壁（700）中间位置设有导磁凸台（701），导磁凸台（701）轴向方向两个侧壁上设有多层导磁轴套极齿（703）；

右极靴（3）轴向方向的一侧面的外边缘设有右极靴环形小凸台（302），右极靴（3）内圈沿轴向方向设有多层右极靴极齿（304），除最靠近右极靴环形小凸台（302）的那层右极靴极齿（304）以外，其余层的右极靴极齿（304）均开设右极靴注液孔（303），右极靴（3）外圈沿径向方向开设右极靴螺纹孔（301）；

左极靴（11）轴向方向的一侧面的外边缘设有左极靴环形小凸台（1102），左极靴（11）内圈沿轴向方向设有多层左极靴极齿（1104），每层左极靴极齿（1104）均开设左极靴注液孔（1103），左极靴（11）外圈沿径向方向开设左极靴螺纹孔（1101）；

右极靴（3）、左极靴（11）外径相等且大于导磁凸台（701）的外径；

转轴（15）上开设有凹槽，凹槽中设有左挡圈（14），内隔磁套（13）套在转轴（15）上且一端紧贴左挡圈（14），内隔磁套（13）与转轴（15）过盈配合，导磁轴套（7）套在内隔磁套（13）上，导磁凸台（701）两侧的导磁轴套壁（700）上分别套有右极靴（3）、左极靴（11），左极靴（11）和右极靴（3）上设有凸台的一侧向外，永磁体（6）嵌在外隔磁套（5）内，外隔磁套挡壁（505）与内隔磁套（13）端面对齐，外隔磁套挡壁（505）外侧面与端盖（9）的内侧面贴合，左极靴环形小凸台（1102）与外隔磁套挡壁（505）内侧面贴合，右定位孔（501）、左定位孔（502）开设位置分别与右极靴螺纹孔（301）、左极靴螺纹孔（1101）开设位置对应，右极靴（3）、左极靴（11）通过螺钉与外隔磁套（5）固定连接；外隔磁套注液孔（503）开设位置与左极靴注液孔（1103）开设位置对应，橡胶塞（12）穿过外隔磁套注液孔（503）和最外层左极靴注液孔（1103）；密封组件底座（2）套在外隔磁套壁（504）外且一端通过端盖螺钉（10）与端盖（9）固定连接，密封组件底座（2）另一端设有台阶孔，右极靴环形小凸台（302）、外隔磁套壁（504）均与台阶孔台阶内侧面贴合，台阶孔与转轴（15）之间设置被密封介质（1），内隔磁套（13）的另一端的外端面、导磁轴套壁（700）一端的外端面与右挡圈（16）贴合，右挡圈（16）设置在转轴（15）上开设的凹槽中。

2.根据权利要求1所述的一种轴向与径向组合式磁性液体密封结构，其特征在于：所述左极靴极齿（1104）、右极靴极齿（304）、导磁轴套极齿（703）均设有三层。

3.根据权利要求2所述的一种轴向与径向组合式磁性液体密封结构，其特征在于：所述导磁凸台（701）轴向方向上开设导磁轴套注液孔（702）。

4.根据权利要求1所述的一种轴向与径向组合式磁性液体密封结构，其特征在于：所述右极靴（3）、左极靴（11）和导磁轴套（7）的材质为导磁材质，且相对导磁率大于1。

5.根据权利要求1所述的一种轴向与径向组合式磁性液体密封结构，其特征在于：所述外隔磁套（5）与内隔磁套（13）的材质为金属材质，且相对导磁率等于1。

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