CN111692336A - 一种磁流体密封旋转轴贯穿装置 - Google Patents

一种磁流体密封旋转轴贯穿装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种磁流体密封旋转轴贯穿装置，包括作为预埋贯穿件的预埋套管，用于实现旋转轴在预埋套管上可转动连接的轴承、设置于预埋套管与旋转轴之间的密封装置，所述密封装置包括磁流体密封组件，所述磁流体密封组件包括磁极、设置于磁极外侧的静密封圈以及设置在磁极内侧的磁流体，所述磁流体用于实现磁极与旋转轴之间的轴向密封，所述静密封圈用于实现磁极外侧的轴向密封。本贯穿装置具有密封可靠性高、维护频率低的特点。

Description

一种磁流体密封旋转轴贯穿装置
技术领域
本发明涉及核设施技术领域，特别是涉及一种磁流体密封旋转轴贯穿装置。
背景技术
构筑物上，旋转轴贯穿装置作为各规格旋转轴贯穿热室墙体、手套箱等放射性操作空间压力边界的通道，既要满足相关机械运动要求，保证可靠的密封性能，还要保证在高辐射、高腐蚀等恶劣工况以及地震事故等条件下，仍能维持压力边界的完整性，防止放射性物质外泄。
由于热室是进行高放射性试验和操作的屏蔽小室，它通过热室壳体或屏蔽墙体与周围环境实现隔绝。目前，热室旋转轴通常采用机械密封等方式直接贯穿热室壳体和屏蔽墙体。
进一步优化旋转轴贯穿装置的结构设计，以使得其在被使用过程中具备更好的性能，是本领域技术人员研究的重要方向。
发明内容
针对上述提出的进一步优化旋转轴贯穿装置的结构设计，以使得其在被使用过程中具备更好的性能，是本领域技术人员研究的重要方向的技术问题，本发明提供了一种磁流体密封旋转轴贯穿装置。本贯穿装置具有密封可靠性高、维护频率低的特点。
针对上述问题，本发明提供的一种磁流体密封旋转轴贯穿装置通过以下技术要点来解决问题：一种磁流体密封旋转轴贯穿装置，包括作为预埋贯穿件的预埋套管，用于实现旋转轴在预埋套管上可转动连接的轴承、设置于预埋套管与旋转轴之间的密封装置，所述密封装置包括磁流体密封组件，所述磁流体密封组件包括磁极、设置于磁极外侧的静密封圈以及设置在磁极内侧的磁流体，所述磁流体用于实现磁极与旋转轴之间的轴向密封，所述静密封圈用于实现磁极外侧的轴向密封。
现有技术中，针对旋转轴贯穿热室屏蔽墙体的方式，存在以下缺点：(1)密封性能不可靠。传统机械动密封结构在运行过程中易磨损，动密封材料易老化，密封性能在恶劣环境条件下无法长期保证；(2)需定期维护。传统旋转轴贯穿装置由于存在磨损，需定期进行维护或维修，由于热室内部环境条件特殊，频次过高的维修给热室的运行带来不便和干扰；(3)旋转轴贯穿处的密封性能无法进行监测和检测，若热室不能正常建立负压的运行状态，泄漏点排查难度大；(4)辐射防护不完善。传统旋转轴密封装置在设备贯穿孔道、轴的贯穿位置等处辐射防护不完善，热室外侧存在放射性剂量超标的风险。
本方案针对以上问题，提出了一种可解决所述密封性能不可靠和所需维修频率高问题的贯穿装置。
本方案如在运用于热室的具体运用时，所述预埋套管预埋于热室墙体内，预埋套管的内部空间作为旋转轴穿过热室墙体的通道，所述轴承用于实现旋转轴在预埋套管上的可转动连接，所述磁流体密封组件作为预埋套管轴向密封组件：具体的，磁流体密封组件可设置为包括位于中部的永磁体以及设置在永磁体两端的两个磁极，所述永磁体在两个磁极间产生磁场，使磁流体填充满磁极和旋转轴之间的间隙，从而实现旋转轴和磁流体密封组件间的动密封；针对所述静密封圈，如可采用O形圈实现磁流体密封组件外侧泄漏通道的密封：磁流体密封组件通过O形圈直接与预埋套管密封或与下述筒体内壁密封，由此，基于磁流体密封组件，不仅可保证贯穿装置可靠的密封性能；同时由于避免了如磨损、老化等问题引起的密封失效问题，便于实现其在运行过程中少维护甚至实现免维护，达到利于热室工作连续性、减少故障时间等效果。
更进一步的技术方案为：
作为一种利用筒体作为中间连接件，以实现如预埋管套完成固定后，在设置旋转轴时，为使得相应轴承、磁流体密封组件能够获得所需的装配精度，设置为：还包括用于设置在旋转轴与预埋套管之间的筒体，所述筒体的一端及预埋套管的一端均设置有连接法兰，所述筒体与预埋套管通过连接法兰形成法兰连接关系；
所述轴承、磁流体密封组件均设置于筒体与旋转轴之间。本方案中，预埋套管与筒体法兰连接，筒体作为旋转轴预埋套筒内侧，用于设置旋转轴、轴承和磁流体密封组件的安装筒。
针对贯穿装置热室运用，考虑到可操作性和后期维护便捷性，优选设置为：以上连接法兰设置在热室墙体远离热室的一侧(前区侧)，且刚性连接仅发生在前区侧，这样，对贯穿装置进行安装、拆卸，具体操作位置在热室墙体外侧即可。考虑到以上配合方式会使得如旋转轴靠近热室的一侧悬空或旋转轴在预埋套管中对中难度大，不便于旋转轴与热室内设备的连接，设置为：还包括设置于筒体与预埋套管之间的支撑组件，所述支撑组件与连接法兰分别位于筒体或预埋套管的不同端。本方案在具体运用时，在筒体嵌入预埋套管过程中，通过所述支撑组件为筒体提供支撑，可达到约束旋转轴嵌入热室一端在预埋套管径向方向位置的目的。
针对以上提出的旋转轴贯穿处的密封性能无法进行监测和检测的问题，进一步的，设置为：所述磁流体密封组件为间隔排列的两个，所述连接法兰之间还设置有位于不同径向位置且间隔排布的第一密封圈和第二密封圈；
还包括测压通道，所述测压通道与第一密封圈和第二密封圈之间的间隙、两磁流体密封组件之间的间隙均相通。本方案中，所述第一密封圈与第二密封圈为连接法兰之间的径向密封件，两道密封圈不仅为优化密封性能的冗余设计，同时两密封圈之间围成了与测压通道相通的密闭空间；同理，以上磁流体密封组件为筒体与预埋套管之间的轴向密封件，不仅是优化密封性能的冗余设计，同时两磁流体密封组件之间围成了与测压通道相通的密闭空间，这样，如以上第一密封圈、第二密封圈、磁流体密封组件密封性能下降时，通过测压通道向密闭空间中引入压力气体，在保压过程中，通过监测密闭空间的压力降，即可判定相应密封是否满足所需要求。
更为完整的，设置为：还包括连接在测压通道上的压力监测组件，所述压力监测组件包括引气管及测压装置，所述引气管用于向测压通道内引入压力气体，所述测压装置用于监测测压通道内的压力。
所述筒体与旋转轴之间还设置有屏蔽块，所述屏蔽块为筒状结构，且屏蔽块为一端直径大于另一端直径、具有一个台阶面的阶梯轴状，屏蔽块上的台阶面作为其与筒体配合的定位轴肩，屏蔽块的内孔为其上设置有作为定位轴肩的台阶面的阶梯孔；
所述筒体的内孔为形状与屏蔽块外部形状匹配的阶梯孔。在具体运用时，可设置为所述引气管包括三通管，三通管其中一个接口连接有截断阀，使用时，截断阀的入口连接压力气源，其他两个开口中，一种连接测压通道，一个连接如为压力表或压力传感器的测压装置。通过三通管向测压通道内注入压力气体后关闭截断阀，通过测压装置的示数变化，即可获得相应密封结构的密封情况。
现有技术中，由于屏蔽块质地较为柔软，为使得屏蔽块在使用过程中能够更好的维持其形态以发挥良好的屏蔽功能，设置为：所述筒体与旋转轴之间还设置有屏蔽块，所述屏蔽块为筒状结构；
所述屏蔽块在筒体轴线上的位置通过设置于筒体内侧上的孔用挡圈约束；
屏蔽块的两端均设置有用于约束其端部位置的孔用挡圈，且孔用挡圈与屏蔽块的端部之间均设置有用于增加屏蔽块端部受力面积的挡板。
为尽可能减少污染物质进入本贯穿装置的量，导致贯穿装置的表面受到污染，不利于后续运行维护、退役处理，设置为：还包括作为筒体另一端与预埋套管另一端两者之间密封件的第三密封圈。在具体运用如结合以下端盖的方式，将第三密封圈设置在端盖上或筒体的端部，在筒体嵌入预埋套管的后期，通过第三密封圈受压实现对预埋套管的轴向密封。
为尽可能减少污染物质进入本贯穿装置的量，导致贯穿装置的表面受到污染，不利于后续运行维护、退役处理，设置为：还包括作为筒体端部封板的两块端盖：第一端盖和第二端盖，第一端盖和第二端盖分别设置在筒体的不同端。
为利于磁流体密封组件的装配精度，设置为：所述轴承为两个，两轴承设置在预埋套筒的端部；所述磁流体密封组件的设置位置位于预埋套筒的端部。本方案旨在利用轴承作为磁流体密封组件设置区域磁流体密封组件内外侧接触部件的支撑件，达到利于以上装配精度的效果。
本发明具有以下有益效果：
本方案如在运用于热室的具体运用时，所述预埋套管预埋于热室墙体内，预埋套管的内部空间作为旋转轴穿过热室墙体的通道，所述轴承用于实现旋转轴在预埋套管上的可转动连接，所述磁流体密封组件作为预埋套管轴向密封组件：具体的，磁流体密封组件可设置为包括位于中部的永磁体以及设置在永磁体两端的两个磁极，所述永磁体在两个磁极间产生磁场，使磁流体填充满磁极和旋转轴之间的间隙，从而实现旋转轴和磁流体密封组件间的动密封；针对所述静密封圈，如可采用O形圈实现磁流体密封组件外侧泄漏通道的密封：磁流体密封组件通过O形圈直接与预埋套管密封或与下述筒体内壁密封，由此，基于磁流体密封组件，不仅可保证贯穿装置可靠的密封性能；同时由于避免了如磨损、老化等问题引起的密封失效问题，便于实现其在运行过程中少维护甚至实现免维护，达到利于热室工作连续性、减少故障时间等效果。
附图说明
图1为本发明所述的一种磁流体密封旋转轴贯穿装置一个具体实施例的结构示意图，该示意图为剖视图；
图2为本发明所述的一种磁流体密封旋转轴贯穿装置一个具体实施例的结构示意图，该示意图为局部结构示意图，用于反映磁流体密封组件的结构。
图中标记分别为：1、旋转轴；2、第一端盖；3、轴用挡圈；4、连接法兰；5、第一密封圈；6、第二密封圈；7、压力监测组件；8、第一轴承；9、套筒；10、磁流体密封组件；11、孔用挡圈；12、挡板；13、屏蔽块；14、筒体；15、第二轴承；16、第三密封圈；17、第二端盖；18、支撑组件；19、第一磁极；20、第一O型圈；21、永磁体；22、第二O型圈；23、第二磁极；24、磁流体。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明，但是本发明不仅限于以下实施例：
实施例1：
如图1和图2所示，一种磁流体密封旋转轴贯穿装置，包括作为预埋贯穿件的预埋套管，用于实现旋转轴1在预埋套管上可转动连接的轴承、设置于预埋套管与旋转轴1之间的密封装置，所述密封装置包括磁流体密封组件10，所述磁流体密封组件10包括磁极、设置于磁极外侧的静密封圈以及设置在磁极内侧的磁流体，所述磁流体用于实现磁极与旋转轴1之间的轴向密封，所述静密封圈用于实现磁极外侧的轴向密封。
现有技术中，针对旋转轴1贯穿热室屏蔽墙体的方式，存在以下缺点：(1)密封性能不可靠。传统机械动密封结构在运行过程中易磨损，动密封材料易老化，密封性能在恶劣环境条件下无法长期保证；(2)需定期维护。传统旋转轴1贯穿装置由于存在磨损，需定期进行维护或维修，由于热室内部环境条件特殊，频次过高的维修给热室的运行带来不便和干扰；(3)旋转轴1贯穿处的密封性能无法进行监测和检测，若热室不能正常建立负压的运行状态，泄漏点排查难度大；(4)辐射防护不完善。传统旋转轴1密封装置在设备贯穿孔道、轴的贯穿位置等处辐射防护不完善，热室外侧存在放射性剂量超标的风险。
本方案针对以上问题，提出了一种可解决所述密封性能不可靠和所需维修频率高问题的贯穿装置。
本方案如在运用于热室的具体运用时，所述预埋套管预埋于热室墙体内，预埋套管的内部空间作为旋转轴1穿过热室墙体的通道，所述轴承用于实现旋转轴1在预埋套管上的可转动连接，所述磁流体密封组件10作为预埋套管轴向密封组件：具体的，磁流体密封组件10可设置为包括位于中部的永磁体以及设置在永磁体两端的两个磁极，所述永磁体在两个磁极间产生磁场，使磁流体填充满磁极和旋转轴1之间的间隙，从而实现旋转轴1和磁流体密封组件10间的动密封；针对所述静密封圈，如可采用O形圈实现磁流体密封组件10外侧泄漏通道的密封：磁流体密封组件10通过O形圈直接与预埋套管密封或与下述筒体14内壁密封，由此，基于磁流体密封组件10，不仅可保证贯穿装置可靠的密封性能；同时由于避免了如磨损、老化等问题引起的密封失效问题，便于实现其在运行过程中少维护甚至实现免维护，达到利于热室工作连续性、减少故障时间等效果。
实施例2：
本实施例在实施例1的基础上作进一步限定，如图1和图2所示，作为一种利用筒体14作为中间连接件，以实现如预埋管套完成固定后，在设置旋转轴1时，为使得相应轴承、磁流体密封组件10能够获得所需的装配精度，设置为：还包括用于设置在旋转轴1与预埋套管之间的筒体14，所述筒体14的一端及预埋套管的一端均设置有连接法兰4，所述筒体14与预埋套管通过连接法兰4形成法兰连接关系；
所述轴承、磁流体密封组件10均设置于筒体14与旋转轴1之间。本方案中，预埋套管与筒体14法兰连接，筒体14作为旋转轴1预埋套筒内侧，用于设置旋转轴1、轴承和磁流体密封组件10的安装筒。
针对贯穿装置热室运用，考虑到可操作性和后期维护便捷性，优选设置为：以上连接法兰4设置在热室墙体远离热室的一侧(前区侧)，且刚性连接仅发生在前区侧，这样，对贯穿装置进行安装、拆卸，具体操作位置在热室墙体外侧即可。考虑到以上配合方式会使得如旋转轴1靠近热室的一侧悬空或旋转轴1在预埋套管中对中难度大，不便于旋转轴1与热室内设备的连接，设置为：还包括设置于筒体14与预埋套管之间的支撑组件18，所述支撑组件18与连接法兰4分别位于筒体14或预埋套管的不同端。本方案在具体运用时，在筒体14嵌入预埋套管过程中，通过所述支撑组件18为筒体14提供支撑，可达到约束旋转轴1嵌入热室一端在预埋套管径向方向位置的目的。
针对以上提出的旋转轴1贯穿处的密封性能无法进行监测和检测的问题，进一步的，设置为：所述磁流体密封组件10为间隔排列的两个，所述连接法兰4之间还设置有位于不同径向位置且间隔排布的第一密封圈5和第二密封圈6；
还包括测压通道，所述测压通道与第一密封圈5和第二密封圈6之间的间隙、两磁流体密封组件10之间的间隙均相通。本方案中，所述第一密封圈5与第二密封圈6为连接法兰4之间的径向密封件，两道密封圈不仅为优化密封性能的冗余设计，同时两密封圈之间围成了与测压通道相通的密闭空间；同理，以上磁流体密封组件10为筒体14与预埋套管之间的轴向密封件，不仅是优化密封性能的冗余设计，同时两磁流体密封组件10之间围成了与测压通道相通的密闭空间，这样，如以上第一密封圈5、第二密封圈6、磁流体密封组件10密封性能下降时，通过测压通道向密闭空间中引入压力气体，在保压过程中，通过监测密闭空间的压力降，即可判定相应密封是否满足所需要求。
更为完整的，设置为：还包括连接在测压通道上的压力监测组件7，所述压力监测组件7包括引气管及测压装置，所述引气管用于向测压通道内引入压力气体，所述测压装置用于监测测压通道内的压力。
所述筒体14与旋转轴1之间还设置有屏蔽块13，所述屏蔽块13为筒状结构，且屏蔽块13为一端直径大于另一端直径、具有一个台阶面的阶梯轴状，屏蔽块13上的台阶面作为其与筒体14配合的定位轴肩，屏蔽块13的内孔为其上设置有作为定位轴肩的台阶面的阶梯孔；
所述筒体14的内孔为形状与屏蔽块13外部形状匹配的阶梯孔。在具体运用时，可设置为所述引气管包括三通管，三通管其中一个接口连接有截断阀，使用时，截断阀的入口连接压力气源，其他两个开口中，一种连接测压通道，一个连接如为压力表或压力传感器的测压装置。通过三通管向测压通道内注入压力气体后关闭截断阀，通过测压装置的示数变化，即可获得相应密封结构的密封情况。
现有技术中，由于屏蔽块13质地较为柔软，为使得屏蔽块13在使用过程中能够更好的维持其形态以发挥良好的屏蔽功能，设置为：所述筒体14与旋转轴1之间还设置有屏蔽块13，所述屏蔽块13为筒状结构；
所述屏蔽块13在筒体14轴线上的位置通过设置于筒体14内侧上的孔用挡圈11约束；
屏蔽块13的两端均设置有用于约束其端部位置的孔用挡圈11，且孔用挡圈11与屏蔽块13的端部之间均设置有用于增加屏蔽块13端部受力面积的挡板12。
为尽可能减少污染物质进入本贯穿装置的量，导致贯穿装置的表面受到污染，不利于后续运行维护、退役处理，设置为：还包括作为筒体14另一端与预埋套管另一端两者之间密封件的第三密封圈16。在具体运用如结合以下端盖的方式，将第三密封圈16设置在端盖上或筒体14的端部，在筒体14嵌入预埋套管的后期，通过第三密封圈16受压实现对预埋套管的轴向密封。
本实施例在实施例1的基础上作进一步限定，如图1和图2所示：为尽可能减少污染物质进入本贯穿装置的量，导致贯穿装置的表面受到污染，不利于后续运行维护、退役处理，设置为：还包括作为筒体14端部封板的两块端盖：第一端盖2和第二端盖17，第一端盖2和第二端盖17分别设置在筒体14的不同端。
实施例3：
为利于磁流体密封组件10的装配精度，设置为：所述轴承为两个，两轴承设置在预埋套筒的端部；所述磁流体密封组件10的设置位置位于预埋套筒的端部。本方案旨在利用轴承作为磁流体密封组件10设置区域磁流体密封组件10内外侧接触部件的支撑件，达到利于以上装配精度的效果。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的技术方案下得出的其他实施方式，均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种磁流体密封旋转轴贯穿装置，包括作为预埋贯穿件的预埋套管，用于实现旋转轴(1)在预埋套管上可转动连接的轴承、设置于预埋套管与旋转轴(1)之间的密封装置，其特征在于，所述密封装置包括磁流体密封组件(10)，所述磁流体密封组件(10)包括磁极、设置于磁极外侧的静密封圈以及设置在磁极内侧的磁流体(24)，所述磁流体(24)用于实现磁极与旋转轴(1)之间的轴向密封，所述静密封圈用于实现磁极外侧的轴向密封。
2.根据权利要求1所述的一种磁流体密封旋转轴贯穿装置，其特征在于，还包括用于设置在旋转轴(1)与预埋套管之间的筒体(14)，所述筒体(14)的一端及预埋套管的一端均设置有连接法兰(4)，所述筒体(14)与预埋套管通过连接法兰(4)形成法兰连接关系；
所述轴承、磁流体密封组件(10)均设置于筒体(14)与旋转轴(1)之间。
3.根据权利要求2所述的一种磁流体密封旋转轴贯穿装置，其特征在于，还包括设置于筒体(14)与预埋套管之间的支撑组件(18)，所述支撑组件(18)与连接法兰(4)分别位于筒体(14)或预埋套管的不同端。
4.根据权利要求2所述的一种磁流体密封旋转轴贯穿装置，其特征在于，所述磁流体密封组件(10)为间隔排列的两个，所述连接法兰(4)之间还设置有位于不同径向位置且间隔排布的第一密封圈(5)和第二密封圈(6)；
还包括测压通道，所述测压通道与第一密封圈(5)和第二密封圈(6)之间的间隙、两磁流体密封组件(10)之间的间隙均相通。
5.根据权利要求4所述的一种磁流体密封旋转轴贯穿装置，其特征在于，还包括连接在测压通道上的压力监测组件(7)，所述压力监测组件(7)包括引气管及测压装置，所述引气管用于向测压通道内引入压力气体，所述测压装置用于监测测压通道内的压力。
6.根据权利要求2所述的一种磁流体密封旋转轴贯穿装置，其特征在于，所述筒体(14)与旋转轴(1)之间还设置有屏蔽块(13)，所述屏蔽块(13)为筒状结构，且屏蔽块(13)为一端直径大于另一端直径、具有一个台阶面的阶梯轴状，屏蔽块(13)上的台阶面作为其与筒体(14)配合的定位轴肩，屏蔽块(13)的内孔为其上设置有作为定位轴肩的台阶面的阶梯孔；
所述筒体(14)的内孔为形状与屏蔽块(13)外部形状匹配的阶梯孔。
7.根据权利要求2所述的一种磁流体密封旋转轴贯穿装置，其特征在于，所述筒体(14)与旋转轴(1)之间还设置有屏蔽块(13)，所述屏蔽块(13)为筒状结构；
所述屏蔽块(13)在筒体(14)轴线上的位置通过设置于筒体(14)内侧上的孔用挡圈(11)约束；
屏蔽块(13)的两端均设置有用于约束其端部位置的孔用挡圈(11)，且孔用挡圈(11)与屏蔽块(13)的端部之间均设置有用于增加屏蔽块(13)端部受力面积的挡板(12)。
8.根据权利要求2所述的一种磁流体密封旋转轴贯穿装置，其特征在于，还包括作为筒体(14)另一端与预埋套管另一端两者之间密封件的第三密封圈(16)。
9.根据权利要求2至8中任意一项所述的一种磁流体密封旋转轴贯穿装置，其特征在于，还包括作为筒体(14)端部封板的两块端盖：第一端盖(2)和第二端盖(17)，第一端盖(2)和第二端盖(17)分别设置在筒体(14)的不同端。
10.根据权利要求1至8中任意一项所述的一种磁流体密封旋转轴贯穿装置，其特征在于，所述轴承为两个，两轴承设置在预埋套筒的端部；所述磁流体密封组件(10)的设置位置位于预埋套筒的端部。
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