CN112377621B - 一种适用于高速旋转轴轴径双向微动的磁性液体密封装置 - Google Patents

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Abstract

适用于高速旋转轴轴径双向微动的磁性液体密封装置，属于机械工程密封领域，解决回转轴径向、轴向微动导致的密封失效问题。该装置组合轴向密封和径向密封两种密封结构，可达到轴径双向密封的效果。动环端面与静环端面上的斜齿可有效地解决高转速产生的离心力对磁性液体密封的影响，斜齿通过离心力可使密封间隙内液膜互补，进而保证端面的密封性能。

Description

一种适用于高速旋转轴轴径双向微动的磁性液体密封装置
技术领域
本发明涉及一种适用于高速旋转轴轴径双向微动的磁性液体密封，属于机械工程密封技术领域，特别适用于回转轴出现大偏心距的径向微动、轴向微动以及回转轴高速旋转的密封。
背景技术
磁性液体密封是一种用磁性液体作为密封介质的独特动密封，并采用聚磁结构实现非均匀磁场分布，将磁性液体约束在密封间隙中而实现密封目的的液体密封形式。它是由外加磁场在磁极与轴套之间形成强磁场，从而将磁流体牢牢地吸附，形成类似“O”形圈形状的液体环，使其充满间隙，达成密封的要求。磁性液体密封所具备的“零”泄漏、可靠性高、寿命长等优点，在航空航天、医疗、机械等诸多领域对磁性液体密封技术得到了广大的应用。
随着航天航空器的快速发展，对高速、高精度旋转机械装备的密封提出了更高要求。高速回转轴运转过程中存在有径向微动的现象，对于传统的密封形式，会出现泄漏现象。然而磁性液体密封在回转轴出现径向微动的情况下，会出现一侧密封间隙增大，使其耐压能力减小，进而导致密封失效，因此对磁性液体密封适应回转轴径向跳动的研究至关重要，直接影响着磁性液体密封装置的密封效果。在实际应用中，磁性液体密封一旦失效，泄漏量较大，使磁性液体密封可靠性下降。针对这一问题，对磁性液体密封结构进行优化，使其在回转轴径向跳动的情况下，能够保证密封性能。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，解决回转轴径向、轴向微动导致的密封失效问题，采用单磁源，在轴向密封的基础上，附加端面密封，使其达到密封保护作用，即在轴向密封失效的情况下，端面密封能够保证整个密封组件的密封效果，并且对于出现轴向微动，端面密封失效时，轴向密封可保证密封效果，采用这种结构，可达到轴径双向密封保护的效果。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
构成装置的各部件之间的连接：该密封装置的左侧与密封腔相连，将第一轴承安装在外壳内腔的左侧，然后装入第一隔磁环，安装至第一轴承的右侧，将橡胶密封圈装入到第一静环的密封槽中，把第一静环装入外壳内腔中，安装至第一隔磁环的右侧，利用紧固螺钉将第一动环、非导磁性轴套与导磁性轴套固接，把永磁铁安装在第一动环的右侧，将第二动环安装在永磁铁的右侧，利用紧固螺钉将第二动环与非导磁性轴套固接，完成第一动环与第二动环的定位与固定，第一动环与第二动环、永磁铁、非导磁性轴套与导磁性轴套形成一个动环组件；将导磁性轴套安装于外壳内腔中，并与第一轴承压盖同时安装，两者采用螺栓连接，完成动环组件的定位，将定位隔磁环装入内腔，并安装于第一静环的右侧，再把第二静环安装至定位隔磁环的右侧，定位隔磁环使得固定第一静环与第二静环之间的距离，然后装入第二隔磁环，安装至第二静环的右侧，将第二轴承装入外壳内腔中，把第二轴承压盖与第三轴承压盖分别固定在外壳与导磁性轴套上；该密封装置在径向微动导致轴向密封失效的情况下，径向密封能够保证整个密封组件的密封效果，并且对于出现轴向微动，径向密封失效时，轴向密封可保证密封效果，从而实现轴径双向密封保护的效果。
所述永磁铁提供磁源，以永磁铁、第一动环、第一静环、导磁性轴套、第二静环、第二动环的顺序形成完整的磁回路，同时保证第一静环、第二静环和导磁性轴套之间的轴向密封效果与第一静环端面和第一动环端面之间、第二动环端面与第二静环端面之间的径向密封效果。
所述的第一动环与第二动环开有斜齿，第一静环与第二静环开有矩形齿，第一静环端面与第一动环端面之间形成第一个径向密封间隙，第二动环端面与第二静环端面之间形成第二个径向密封间隙；第一静环、第二静环与导磁性轴套之间分别形成两个轴向密封间隙。
所述第一静环端面和第一动环端面之间的斜齿与动静各环轴向的夹角角度有45°和135°两种，第一静环端面和第一动环端面上的相邻斜齿端面夹角为90°，且第一静环端面和第一动环端面之间的斜齿底部端面平行配合，间隙为0.1mm～0.25mm。
所述第二静环端面和第二动环端面之间的斜齿与动静各环轴向的夹角角度有45°和135°两种，第二静环端面和第二动环端面上的相邻斜齿端面夹角为90°，且第二静环端面和第二动环端面之间的斜齿底部端面平行配合，间隙为0.1mm～0.25mm。
所述导磁性轴套利用第一轴承压盖与第三轴承压盖对导磁性轴套进行双向固定与定位。所述第一轴承压盖、第三轴承压盖与轴套采用螺栓连接，所述外壳与所述第二轴承压盖采用螺栓连接。
所述结构采用双轴套结构，将第一动环和第二动环安装在非导磁性轴套上，非导磁性轴套起到隔磁的作用，导磁性轴套可保证磁源形成完整的磁回路，且与回转轴固接，在密封装置正常工作时，第一动环与第二动环、永磁铁、非导磁性轴套与导磁性轴套构成的动环组件随回转轴同步转动。
本发明的有益效果是：
对于回转轴转动出现径向微动的情况，即出现径向微动引起偏心距时，导致第一静环、第二静环与导磁性轴套之间的密封间隙在圆周方向上出现不均匀现象，进而导致密封间隙的耐压能力减小，使第一静环、第二静环与导磁性轴套间的密封失效，此时，径向微动对动环与静环间的磁性液体密封效果影响较小，当第一静环、第二静环与导磁性轴套之间的密封失效时，端面处第一静环和第一动环之间与第二动环和第二静环之间的磁性液体密封可保证密封组件的密封效果。而且出现轴向微动时，动环端面与静环端面间的密封间失效，静环与导磁性轴套之间的密封间隙可保证密封组件的密封效果，对于整个结构的功能可形成轴径双向密封保护。所述的动环端面与静环端面上的斜齿可有效地解决高转速产生的离心力对磁性液体密封的影响，斜齿可使离心力导致的一级密封间隙的液膜破坏后的磁性液体补充到另一级密封间隙，进而保证侧面的密封性能。
附图说明
图1为一种适用于高速旋转轴轴径双向微动的磁性液体密封装置；
图2为斜齿的局部放大图；
图3为适用于高速旋转轴轴径双向微动的磁性液体密封装置磁回路示意图。
图1中：回转轴1、导磁性轴套2、第一轴承压盖3、外壳4、第一轴承5、第一隔磁环6、橡胶密封圈7、第一静环8、第一动环9、永磁铁10、第二动环11、第二静环12、第二隔磁环13、第二轴承14、第二轴承压盖15、第三轴承压盖16、非导磁性轴套17、定位隔磁环18、磁性液体19。
具体实施方式
以附图为具体实施方式对本发明作进一步说明：
一种适用于高速旋转轴轴径双向微动的磁性液体密封装置如图1所示。该装置包括：回转轴1、导磁性轴套2、第一轴承压盖3、外壳4、第一轴承5、第一隔磁环6、橡胶密封圈7、第一静环8、第一动环9、永磁铁10、第二动环11、第二静环12、第二隔磁环13、第二轴承14、第二轴承压盖15、第三轴承压盖16、非导磁性轴套17、定位隔磁环18、磁性液体19。
该装置的各部件之间的连接：装配时，将第一轴承5安装在外壳4内腔的左侧，然后装入第一隔磁环6，安装至第一轴承5的右侧，将橡胶密封圈7装入到第一静环8的密封槽中，把第一静环8装入外壳4内腔中，安装至第一隔磁环6的右侧，利用紧固螺钉将第一动环9、非导磁性轴套17与导磁性轴套2固接，把永磁铁10安装在第一动环9的右侧，将第二动环11安装在永磁铁10的右侧，利用紧固螺钉将第二动环11与非导磁性轴套17固接，完成第一动环9与第二动环11的定位与固定，第一动环9与第二动环11、永磁铁10、非导磁性轴套17与导磁性轴套2形成一个动环组件；将导磁性轴套2安装于外壳4内腔中，并与第一轴承压盖3同时安装，两者采用螺栓连接，完成动环组件的定位，将定位隔磁环18装入内腔，并安装于第一静环8的右侧，再把第二静环12安装至定位隔磁环18的右侧，定位隔磁环18使得固定第一静环8与第二静环12之间的距离，然后装入第二隔磁环13，安装至第二静环12的右侧，将第二轴承14装入外壳内腔中，把第二轴承压盖15与第三轴承压盖16分别固定在外壳4与导磁性轴套2上。
如图2所示：第一静环8端面和第一动环9端面之间的斜齿与动静各环轴向的夹角角度有45°和135°两种，第一静环8端面和第一动环9端面上的相邻斜齿端面夹角为90°，且第一静环8端面和第一动环9端面之间的斜齿底部端面平行配合，间隙为0.1mm～0.25mm。
如图3所示：永磁铁10提供磁源，以永磁铁10、第一动环9、第一静环8、导磁性轴套2、第二静环12、第二动环11的顺序形成完整的磁回路，同时保证第一静环8、第二静环12和导磁性轴套2之间的轴向密封效果与第一静环8端面和第一动环9端面之间、第二动环11端面与第二静环12端面之间的径向密封效果。
结构采用双轴套结构，将第一动环9和第二动环11安装在非导磁性轴套17上，非导磁性轴套17与导磁性轴套2可保证磁源形成完整的磁回路，且与回转轴1固接，在密封装置正常工作时，动环组件随回转轴同步转动。
永磁铁10选用钕铁硼材料。
回转轴1、导磁性轴套2、第一静环8、第一动环9、第二动环11、第二静环12为导磁材料制成。
第一轴承压盖3、外壳4、第一隔磁环6、第二隔磁环13、第二轴承压盖15、第三轴承压盖16、非导磁性轴套17、定位隔磁环18为非导磁材料制成。
磁性液体19可选择使用煤油基或者酯基的磁性液体。

Claims (4)

1.一种适用于高速旋转轴轴径双向微动的磁性液体密封装置，其特征在于，该装置包括：回转轴(1)、导磁性轴套(2)、第一轴承压盖(3)、外壳(4)、第一轴承(5)、第一隔磁环(6)、橡胶密封圈(7)、第一静环(8)、第一动环(9)、永磁铁(10)、第二动环(11)、第二静环(12)、第二隔磁环(13)、第二轴承(14)、第二轴承压盖(15)、第三轴承压盖(16)、非导磁性轴套(17)、定位隔磁环(18)、磁性液体(19)；
各部件之间的连接：将第一轴承(5)安装在外壳(4)内腔的左侧，然后装入第一隔磁环(6)，安装至第一轴承(5)的右侧，将橡胶密封圈(7)装入到第一静环(8)的密封槽中，把第一静环(8)装入外壳(4)内腔中，安装至第一隔磁环(6)的右侧，利用紧固螺钉将第一动环(9)、非导磁性轴套(17)与导磁性轴套(2)固接，把永磁铁(10)安装在第一动环(9)的右侧，将第二动环(11)安装在永磁铁(10)的右侧，利用紧固螺钉将第二动环(11)与非导磁性轴套(17)固接，完成第一动环(9)与第二动环(11)的定位与固定，第一动环(9)与第二动环(11)、永磁铁(10)、非导磁性轴套(17)与导磁性轴套(2)形成一个动环组件；将导磁性轴套(2)安装于外壳(4)内腔中，并与第一轴承压盖(3)同时安装，两者采用螺栓连接，完成动环组件的定位，将定位隔磁环(18)装入内腔，并安装于第一静环(8)的右侧，再把第二静环(12)安装至定位隔磁环(18)的右侧，定位隔磁环(18)固定第一静环(8)与第二静环(12)之间的距离，然后装入第二隔磁环(13)，安装至第二静环(12)的右侧，将第二轴承(14)装入外壳内腔中，把第二轴承压盖(15)与第三轴承压盖(16)分别固定在外壳(4)与导磁性轴套(2)上；第一静环(8)端面和第一动环(9)端面之间的斜齿与动静各环轴向的夹角角度有45°和135°两种，第一静环(8)端面和第一动环(9)端面上的相邻斜齿端面夹角为90°，且第一静环(8)端面和第一动环(9)端面之间的斜齿底部端面平行配合，间隙为0.1mm～0.25mm；该密封装置在径向微动导致轴向密封失效的情况下，径向密封能够保证整个密封组件的密封效果，并且对于出现轴向微动，径向密封失效时，轴向密封可保证密封效果，从而实现轴径双向密封保护的效果；
所述装置采用双轴套结构，将第一动环(9)和第二动环(11)安装在非导磁性轴套(17)上，非导磁性轴套(17)起到隔磁的作用，导磁性轴套(2)可保证磁源形成完整的磁回路，且与回转轴(1)固接，在密封装置正常工作时，第一动环(9)与第二动环(11)、永磁铁(10)、非导磁性轴套(17)与导磁性轴套(2)构成的动环组件随回转轴同步转动。
2.根据权利要求1所述的一种适用于高速旋转轴轴径双向微动的磁性液体密封装置，其特征在于：
所述永磁铁(10)提供磁源，以永磁铁(10)、第一动环(9)、第一静环(8)、导磁性轴套(2)、第二静环(12)、第二动环(11)的顺序形成完整的磁回路。
3.根据权利要求1所述的一种适用于高速旋转轴轴径双向微动的磁性液体密封装置，其特征在于：
所述第一动环(9)与第二动环(11)开有斜齿，第一静环(8)与第二静环(12)开有矩形齿，第一静环(8)端面与第一动环(9)端面之间形成第一个径向密封间隙，第二动环(11)端面与第二静环(12)端面之间形成第二个径向密封间隙；第一静环(8)、第二静环(12)与导磁性轴套(2)之间分别形成两个轴向密封间隙。
4.根据权利要求1所述的一种适用于高速旋转轴轴径双向微动的磁性液体密封装置，其特征在于：
所述第二静环(12)端面和第二动环(11)端面之间的斜齿与动静各环轴向的夹角角度有45°和135°两种，第二静环(12)端面和第二动环(11)端面上的相邻斜齿端面夹角为90°，且第二静环(12)端面和第二动环(11)端面之间的斜齿底部端面平行配合，间隙为0.1mm～0.25mm。
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