CN111963684B - 一种基于磁流体的组合集装式动密封 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于磁流体的组合集装式动密封，包括密封座、端盖、若干磁环、永磁体和外环，密封座一侧连接一个外环，磁环、永磁体和外环一级级依次轴向排布，磁环设置在外环内或密封座内，相邻磁环之间设置永磁体，永磁体位于外环内，远离密封座的外环端面通过端盖压紧，磁环内表吸附磁流体，磁环外圆柱面与密封座、外环之间设有密封圈，各级外环相互之间的接触面设有密封圈，两端的外环分别与密封座、端盖之间接触面设置密封圈。动密封还包括压力管和减压阀，密封座上设有第一压力管孔并连接压力管的一端，外环上设有第二压力管孔并连接压力管上伸出的若干支管，压力管上各支管节点之间以及节点与压力管两端之间设置减压阀。

Description

一种基于磁流体的组合集装式动密封

技术领域

本发明涉及动密封领域，具体是一种基于磁流体的组合集装式动密封。

背景技术

磁流体密封是在磁性流体的基础上发展而来的，当磁流体注入磁场的间隙时，它可以充满整个间隙，形成一种“液体的O型密封圈”。磁流体密封常用于气体密封。

磁流体密封虽然能具有优秀的密封能力，泄漏量几乎至零，但由于其是通过磁流体作为密封介质，磁流体与磁极的吸附力并不能通过一些常规手段进行增强，所以，一旦磁流体所形成的密封环两侧的压力差较大时，磁流体会从磁极上脱离下来发生转移，继而密封面失去密封作用。

现有技术中，一般通过增加磁极的轴向长度来提升对于磁流体的吸附力，但此种方式的提升效果并不高，首先同一永磁体的磁感线量是一定的，将磁环轴向做长只是分散磁感线密集程度，吸附强度并未增加，对于磁流体的吸附力只是由于面积地增加。还有些通过增加永磁体数量与设置多道磁环来增加总的压差承受能力，这些方式仍然存在一些问题：例如不能根据具体工况的不同而具体进行结构更改，为了承受较大压差，轴向长度长长是有很大冗余的，还有就是，磁流体密封的不同密封级之间空间的压力原始值大多为大气压（注入磁流体时的压力），当机器腔内的压力较高而与大气的压力差相差较大时，因为密封内部的原始压力为大气压，所以机器开始运行，动密封开始起密封作用时，压力差基本都是加载在首道与高压侧相接触的磁流体环上，较大的压力差直接将此处位置的磁流体吹走，之后压力差加载到下一道磁流体密封环上，虽然被吹走的磁流体会累积进下一道磁流体环成为一道较厚的环，但由于磁环处对其的吸附力并没有显著增加，所以此道较厚的磁流体环也不能抵抗两侧的压力差，继续被往低压侧吹去，只有当足够厚的磁流体与磁环具有与压力差相匹配的吸附力时才会停下，这种情况会浪费掉很大一部分轴向空间，因为高压侧的很多磁环失去了密封作用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于磁流体的组合集装式动密封，以解决现有技术中的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于磁流体的组合集装式动密封，包括密封座、端盖、若干磁环、永磁体和外环，密封座一侧连接一个外环，磁环、永磁体和外环一级级依次轴向排布，磁环设置在外环内或密封座内，相邻磁环之间设置永磁体，永磁体位于外环内，远离密封座的外环端面通过端盖压紧，磁环内表吸附磁流体，磁环外圆柱面与密封座、外环之间设有密封圈，各级外环相互之间的接触面设有密封圈，两端的外环分别与密封座、端盖之间接触面设置密封圈。

使用磁流体作为密封介质，磁流体一侧依附在磁环上，一侧又与主轴侧的旋转面接触，实现动静部件之间的密封作用，磁流体的密封能力很强，在使用条件下泄漏率非常小，但是磁流体只是靠磁性吸附与磁环上的，当磁流体两侧的压力差较大时，能够挤开磁流体使得密封失效，而本发明将磁环、永磁体和外环设计为一级级的分体形式，每一级均具有密封能力，使得总体的密封能力能够通过增加级数而逐渐增大，每一级中的永磁体分别与本级的磁环和与其相邻的磁环接触，在两磁环之间形成磁感线回路，磁环的内表面处于磁回路上，能够为磁流体提供吸附力，当本动密封需要使用在较高的压力差下时，取下端盖，在末级的外环外再加入磁环、永磁体和外环并重新使用端盖封闭，也就能够用于密封较高的压力差了。

进一步的，组合集装式动密封还包括第一轴套、第三轴套和若干第二轴套，第一轴套位于密封座内，第二轴套一端轴向嵌入第一轴套一端，若干第二轴套首尾相连，第三轴套抵靠在远离第一轴套的第二轴套端部，磁环内表面设有若干片环状极靴，极靴上吸附磁流体，磁流体分别与径向相邻的第一轴套或第二轴套接触。

第三轴套和主轴之间通过紧定螺钉锁紧。因为磁流体一侧与静止的磁环接触，又需要与高速旋转的主轴侧旋转面接触，所以即便磁流体表面非常光滑，也还是会有一些摩擦发生的，如果磁流体直接与主轴接触，那么在长时间运行过后，可能会对主轴表面产生影响，磨损是其一，还可能轻微地磁化主轴，继而带来一些不易预见的情况。在磁环内表面和主轴之间加入三类轴套，三类轴套套装到主轴上，让磁流体的密封面位于轴套与磁环之间，从而避免密封工作介质直接与主轴接触，磁流体密封轴套与磁环之间的旋转间隙，即使磁环与轴套发生损坏，也可以方便地进行更换。

磁环内表设置若干片状的极靴，可以起到增强局部磁场的作用，磁靴较薄，其所发出的磁感线也就密集，提升单位面积金属面对于磁流体的吸附力，配合多片极靴提升的面积量，能增强同一磁环下磁流体抵抗轴向两侧压力差的能力，进一步增强密封作用。

进一步的，组合集装式动密封还包括压力管和减压阀，密封座上设有第一压力管孔，第一压力管孔连接密封座内部和径向外表面，第一压力管孔与压力管的一端相连接，外环上设有第二压力管孔，第二压力管孔连接外环内部与外环外表面，压力管上伸出若干支管分别连接若干个外环上的第二压力管孔，压力管上各支管节点之间以及两头支管节点与压力管两端之间均设置减压阀。

本发明通过将高压侧的介质分别引进每一级磁流体密封环之间并进行减压，直至减到与大气的压力差已经是单级的磁流体密封环能够承受的程度，与机器最靠近的一道磁流体密封环左侧的压力近似为机器腔内的压力，将其通过密封座上的第一压力管孔引出，进入压力管，在压力管前进时，到达第一根支管前先进行一次减压阀减压，然后到达第一个支管节点，在第一个支管节点通过第一级上的第二压力管孔通入第一级与第二级磁环之间，从而让第一级的磁流体密封环两侧的压力差就是第一个减压阀两侧的压力差，这一压力差方便通过减压阀进行调节，将其限定在单级磁流体密封环能够承受的程度，后续的压力缩减原理相同，因为需要压力缩减，而压力管是一段管体，所以从密封座进入压力管内的介质应当往压力管另一端进行流动，如果压力管另一端是封闭的话，那么即使有若干减压阀的存在，压力管内的压力也会趋向于相同并等于机器腔内的压力，这是违背设计初衷的，而压力管远离密封座的一端要么使用一定设备收集起来，要么返回原机器出口，因为需要使用磁流体密封的场合基本对于泄露量的要求很高，基本不能与大气直接接触，所以不能直排大气。

作为优化，压力管另一端连接一文丘里管喉部。压力管远离密封座的一端需要将加压后的介质收集或返回机器，返回机器是一种优选，因为压力管末端内的介质是低压的，而机器内或出口是高压的，所以需要通过一定的手段才能返回并混合，对于输送类的机器，其出口具有介质流速，所以可以通过一根文丘里管将低压的压力管末端介质与机器出口高压介质混合，对于容器搅拌类的机器则不方便使用此种方法，应当如前述，使用一设备将压力管末端介质收集并通过其他手段混合会原介质中。

作为优化，第二轴套一端设有若干圆周均布的凸齿、另一端设有均布的凹齿，轴向紧邻排布的第一轴套、第三轴套和若干第二轴套通过凸齿与凹齿嵌合进行圆周定位与传动。各轴套之间通过凹凸嵌合，实现圆周方向的定位并能用于传动，可以防止轴套与主轴发生滑移造成磨损。

作为优化，密封座内还设有一副轴承，轴承外圈安装与密封座上，轴承内圈内圈套装在第一轴套上。轴承用于对本动密封所在位置附近的旋转支撑。

作为优化，同一磁环两侧的永磁体磁极相同。两个永磁体相互面对的一侧磁极相同，使得它们之间的磁环磁性增强，磁感线在磁环内叠加并从此磁环内表处发散出去，磁感线更加密集。

作为优化，压力管与第一压力管孔、第二压力管孔通过卡套接头连接。卡套接头方便拆装。

作为优化，减压阀为带压力表的手动调压阀。减压阀带压力表，方便在手动调试本密封时观察各级磁流体密封环之间的压力差分配比例，选择合适级数的磁环.

作为优化，密封座、外环和端盖的外缘均设有紧固耳，紧固耳通过螺杆串起并在两端使用螺母锁紧。紧固耳加螺杆的方式连接方便快速，也可以在外环、密封座、端盖上设置若干角度交错的连接孔，但这种设置方式需要分别旋入螺栓螺钉，装配过程较为繁琐。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过分体连接的形式，让使用者根据实际工况选择合适级数的磁流体密封环进行密封，轴向长度不会冗余；通过将机器腔内的高压介质引流出来并依次进行减压后送往磁流体密封环的级与级之间，通过减压阀将各级磁流体密封环所承受的压差缩减至能够承受的程度，保证每级磁流体密封环不被介质吹散，尤其是高压侧的磁流体；极靴的设置增强每处磁环内表面的吸附力，而多个轴套套设上本密封所安装处的主轴上，将密封面从主轴上转移至轴套上，防止磁流体磨损或磁化主轴。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明的轴面剖切结构示意图；

图2为图1中的视图A；

图3为本发明单级磁环、永磁体、外环的结构示意图；

图4为图3中的视图B-B；

图5为本发明压力管、减压阀与密封座、外环的连接示意图；

图6为本发明文丘里管的连接示意图。

图中：1-密封座、11-第一压力管孔、2-磁环、21-极靴、3-永磁体、4-外环、41-第二压力管孔、51-紧固耳、52-螺杆、6-轴承、7-端盖、81-第一轴套、82-第二轴套、821-凸齿、822-凹齿、83-第三轴套、100-磁流体、101-压力管、102-减压阀、103-文丘里管。

具体实施方式

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、2所示，一种基于磁流体的组合集装式动密封，包括密封座1、端盖7、若干磁环2、永磁体3和外环4，密封座1一侧连接一个外环4，磁环2、永磁体3和外环4一级级依次轴向排布，磁环2设置在外环4内或密封座1内，相邻磁环2之间设置永磁体3，永磁体3位于外环4内，远离密封座1的外环4端面通过端盖7压紧，磁环2内表吸附磁流体100，磁环2外圆柱面与密封座1、外环4之间设有密封圈，各级外环4相互之间的接触面设有密封圈，两端的外环4分别与密封座1、端盖7之间接触面设置密封圈。

使用磁流体100作为密封介质，磁流体100一侧依附在磁环2上，一侧又与主轴侧的旋转面接触，实现动静部件之间的密封作用，磁流体100的密封能力很强，在使用条件下泄漏率非常小，但是磁流体100只是靠磁性吸附与磁环2上的，当磁流体100两侧的压力差较大时，能够挤开磁流体100使得密封失效，而本发明将磁环2、永磁体3和外环4设计为一级级的分体形式，每一级均具有密封能力，使得总体的密封能力能够通过增加级数而逐渐增大，每一级中的永磁体3分别与本级的磁环2和与其相邻的磁环2接触，在两磁环2之间形成磁感线回路，磁环2的内表面处于磁回路上，能够为磁流体100提供吸附力，当本动密封需要使用在较高的压力差下时，取下端盖7，在末级的外环4外再加入磁环2、永磁体3和外环4并重新使用端盖7封闭，也就能够用于密封较高的压力差了。

如图1~3所示，组合集装式动密封还包括第一轴套81、第三轴套83和若干第二轴套82，第一轴套81位于密封座1内，第二轴套82一端轴向嵌入第一轴套81一端，若干第二轴套82首尾相连，第三轴套83抵靠在远离第一轴套81的第二轴套82端部，磁环2内表面设有若干片环状极靴21，极靴21上吸附磁流体100，磁流体100分别与径向相邻的第一轴套81或第二轴套82接触。

第三轴套83和主轴之间通过紧定螺钉锁紧。因为磁流体100一侧与静止的磁环2接触，又需要与高速旋转的主轴侧旋转面接触，所以即便磁流体表面非常光滑，也还是会有一些摩擦发生的，如果磁流体100直接与主轴接触，那么在长时间运行过后，可能会对主轴表面产生影响，磨损是其一，还可能轻微地磁化主轴，继而带来一些不易预见的情况。在磁环2内表面和主轴之间加入三类轴套，三类轴套套装到主轴上，让磁流体100的密封面位于轴套与磁环2之间，从而避免密封工作介质直接与主轴接触，磁流体100密封轴套与磁环2之间的旋转间隙，即使磁环2与轴套发生损坏，也可以方便地进行更换。

磁环2内表设置若干片状的极靴21，可以起到增强局部磁场的作用，磁靴21较薄，其所发出的磁感线也就密集，提升单位面积金属面对于磁流体100的吸附力，配合多片极靴21提升的面积量，能增强同一磁环2下磁流体100抵抗轴向两侧压力差的能力，进一步增强密封作用。

如图1、3~5所示，组合集装式动密封还包括压力管101和减压阀102，密封座1上设有第一压力管孔11，第一压力管孔11连接密封座1内部和径向外表面，第一压力管孔11与压力管101的一端相连接，外环4上设有第二压力管孔41，第二压力管孔41连接外环4内部与外环4外表面，压力管101上伸出若干支管分别连接若干个外环4上的第二压力管孔41，压力管101上各支管节点之间以及两头支管节点与压力管101两端之间均设置减压阀102。

本发明通过将高压侧的介质分别引进每一级磁流体密封环之间并进行减压，直至减到与大气的压力差已经是单级的磁流体密封环能够承受的程度，如图5所示，与机器最靠近的一道磁流体密封环左侧的压力近似为机器腔内的压力，将其通过密封座1上的第一压力管孔11引出，进入压力管101，在压力管101前进时，到达第一根支管前先进行一次减压阀102减压，然后到达第一个支管节点，在第一个支管节点通过第一级上的第二压力管孔41通入第一级与第二级磁环4之间，从而让第一级的磁流体密封环两侧的压力差就是第一个减压阀102两侧的压力差，这一压力差方便通过减压阀102进行调节，将其限定在单级磁流体密封环能够承受的程度，后续的压力缩减原理相同，因为需要压力缩减，而压力管101是一段管体，所以从密封座1进入压力管101内的介质应当往压力管101另一端进行流动，如果压力管101另一端是封闭的话，那么即使有若干减压阀102的存在，压力管101内的压力也会趋向于相同并等于机器腔内的压力，这是违背设计初衷的，而压力管101远离密封座的一端要么使用一定设备收集起来，要么返回原机器出口，因为需要使用磁流体密封的场合基本对于泄露量的要求很高，基本不能与大气直接接触，所以不能直排大气。

如图6所示，压力管101另一端连接一文丘里管103喉部。压力管101远离密封座的一端需要将加压后的介质收集或返回机器，返回机器是一种优选，因为压力管101末端内的介质是低压的，而机器内或出口是高压的，所以需要通过一定的手段才能返回并混合，对于输送类的机器，其出口具有介质流速，所以可以通过一根文丘里管将低压的压力管101末端介质与机器出口高压介质混合，对于容器搅拌类的机器则不方便使用此种方法，应当如前述，使用一设备将压力管101末端介质收集并通过其他手段混合会原介质中。

如图3、4所示，第二轴套82一端设有若干圆周均布的凸齿821、另一端设有均布的凹齿822，轴向紧邻排布的第一轴套81、第三轴套83和若干第二轴套82通过凸齿821与凹齿822嵌合进行圆周定位与传动。各轴套之间通过凹凸嵌合，实现圆周方向的定位并能用于传动，可以防止轴套与主轴发生滑移造成磨损。

如图1所示，密封座1内还设有一副轴承6，轴承6外圈安装与密封座1上，轴承6内圈内圈套装在第一轴套81上。轴承6用于对本动密封所在位置附近的旋转支撑。

如图1所示，同一磁环2两侧的永磁体3磁极相同。两个永磁体3相互面对的一侧磁极相同，使得它们之间的磁环2磁性增强，磁感线在磁环2内叠加并从此磁环2内表处发散出去，磁感线更加密集。

压力管101与第一压力管孔11、第二压力管孔41通过卡套接头连接。卡套接头方便拆装。

减压阀102为带压力表的手动调压阀。减压阀102带压力表，方便在手动调试本密封时观察各级磁流体密封环之间的压力差分配比例，选择合适级数的磁环2.

密封座1、外环4和端盖7的外缘均设有紧固耳51，紧固耳51通过螺杆52串起并在两端使用螺母锁紧。紧固耳51加螺杆52的方式连接方便快速，也可以在外环4、密封座1、端盖7上设置若干角度交错的连接孔，但这种设置方式需要分别旋入螺栓螺钉，装配过程较为繁琐。

本装置的运行原理是：来自机器腔内的高压介质从第一压力管孔11进入压力管101内，分级进行减压后分别通往各级磁环2之间，各级磁环2只需要密封住较低的压力差即可，同时由于磁流体密封的零泄漏特性，本动密封可以满足很大压力范围下的密封需求，只需要叠加磁环2、永磁体3、外环4即可，而压力管101末端的低压介质通过文丘里管103返回经过机器升压的介质中或被一个罐体收集起来。

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，能够以其他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。

Claims (3)

1.一种基于磁流体的组合集装式动密封，其特征在于：所述组合集装式动密封包括密封座（1）、端盖（7）、若干磁环（2）、若干永磁体（3）和若干外环（4），密封座（1）一侧连接一个外环（4），所述磁环（2）、永磁体（3）和外环（4）一级级依次轴向排布，所述磁环（2）设置在外环（4）内或密封座（1）内，相邻磁环（2）之间设置永磁体（3），所述永磁体（3）位于外环（4）内，远离密封座（1）的外环（4）端面通过端盖（7）压紧，磁环（2）内表吸附磁流体（100），所述磁环（2）外圆柱面与密封座（1）、外环（4）之间设有密封圈，各级外环（4）相互之间的接触面设有密封圈，两端的外环（4）分别与密封座（1）、端盖（7）之间接触面设置密封圈；

所述组合集装式动密封还包括压力管（101）和减压阀（102），所述密封座（1）上设有第一压力管孔（11），所述第一压力管孔（11）连接密封座（1）内部和径向外表面，第一压力管孔（11）与压力管（101）的一端相连接，所述外环（4）上设有第二压力管孔（41），所述第二压力管孔（41）连接外环（4）内部与外环（4）外表面，所述压力管（101）上伸出若干支管分别连接若干个外环（4）上的第二压力管孔（41），压力管（101）上各支管节点之间以及两头支管节点与压力管（101）两端之间均设置减压阀（102）；减压阀（102）所对应的压力差小于单级磁流体密封环所能承受的压差；

所述压力管（101）另一端连接一文丘里管（103）喉部；

所述组合集装式动密封还包括第一轴套（81）、第三轴套（83）和若干第二轴套（82），所述第一轴套（81）位于密封座（1）内，第二轴套（82）一端轴向嵌入第一轴套（81）一端，若干第二轴套（82）首尾相连，所述第三轴套（83）抵靠在远离第一轴套（81）的第二轴套（82）端部，所述磁环（2）内表面设有若干片环状极靴（21），极靴（21）上吸附磁流体（100），所述磁流体（100）分别与径向相邻的第一轴套（81）或第二轴套（82）接触；第三轴套（83）和主轴之间通过紧定螺钉锁紧；

所述第二轴套（82）一端设有若干圆周均布的凸齿（821）、另一端设有均布的凹齿（822），轴向紧邻排布的第一轴套（81）、第二轴套（82）和第三轴套（83）通过凸齿（821）与凹齿（822）嵌合进行圆周定位与传动；

所述密封座（1）内还设有一副轴承（6），所述轴承（6）外圈安装与密封座（1）上，轴承（6）内圈套装在第一轴套（81）上。

2. 根据权利要求 1所述的一种基于磁流体的组合集装式动密封，其特征在于：所述压力管（101）与第一压力管孔（11）、第二压力管孔（41）通过卡套接头连接。

3. 根据权利要求 2所述的一种基于磁流体的组合集装式动密封，其特征在于：所述减压阀（102）为带压力表的手动调压阀。

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