CN112427139A

CN112427139A - 磁性液体分筛装置

Info

Publication number: CN112427139A
Application number: CN202011098147.0A
Authority: CN
Inventors: 李德才; 李倩; 陈思宇
Original assignee: Tsinghua University
Current assignee: Tsinghua University
Priority date: 2020-10-14
Filing date: 2020-10-14
Publication date: 2021-03-02
Anticipated expiration: 2040-10-14
Also published as: CN112427139B

Abstract

本发明公开一种磁性液体分筛装置，所述磁性液体分筛装置包括本体、电磁装置和取液装置，本体内具有分筛腔，分筛腔内适于填充有磁性液体，电磁装置可产生磁场，电磁装置包括在本体的高度方向上彼此相连的第一段和第二段，第一段的至少部分和第二段设在分筛腔内，第二段的横截面积沿从第一段到第二段的方向逐渐减小，第一段的横截面积大于第二段的横截面积，取液装置的一端从本体的外部穿过本体与分筛腔连通，且取液装置与第一段相对布置，取液装置用于从分筛腔内抽取磁性液体。本发明的磁性液体分筛装置可以将磁性液体中的磁性颗粒根据粒径的不同进行分筛，提高磁性液体密封装置的密封性，满足不同使用寿命的磁性液体密封的需求。

Description

磁性液体分筛装置

技术领域

本发明属于机械工程密封领域，具体地，涉及一种磁性液体分筛装置。

背景技术

磁性液体是一种新型纳米功能材料，由基载液、磁性颗粒和表面活性剂组成。磁性颗粒的表面被表面活性剂包覆，均匀的分散在基载液中。

在磁性液体密封中，磁性液体注入到极靴和轴的间隙中，由于极靴的极齿处磁场强，且磁性液体中磁性颗粒的粒径不同，磁性液体中的大粒径的磁性颗粒更容易吸附在极齿处，导致磁性颗粒在磁性液体中的分布不均匀，当磁性液体密封静置时间较长后，含有磁性颗粒少的部分磁性液体极易脱离磁场的束缚，流出密封间隙，重新启动后，磁性液体密封装置的密封性被降低。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的实施例提出一种磁性液体分筛装置，该磁性液体分筛装置可以将磁性液体中粒径不同的磁性颗粒进行分筛，以去除磁性液体中的大颗粒磁性颗粒，使密封装置中的磁性液体的磁性颗粒的粒径大体一致，提高了磁性液体密封装置的密封性，可以满足不同使用寿命的磁性液体密封的需求。

根据本发明实施例的一种磁性液体分筛装置，包括：本体，所述本体内具有分筛腔，所述分筛腔内适于填充有磁性液体；电磁装置，所述电磁装置可产生磁场，所述电磁装置包括在所述本体的高度方向上彼此相连的第一段和第二段，所述第一段的至少部分和所述第二段设在所述分筛腔内，所述第二段的横截面积沿从所述第一段到所述第二段的方向逐渐减小，且所述第一段的横截面积大于所述第二段的横截面积；取液装置，所述取液装置的一端从所述本体的外部穿过所述本体与所述分筛腔连通，且所述取液装置与所述第一段相对布置，所述取液装置用于从所述分筛腔内抽取磁性液体。

根据本发明实施例的磁性液体分筛装置，通过在分筛腔内设置电磁装置，所述第一段的横截面积沿所述本体的高度方向恒定或者沿邻近所述第二段的方向逐渐减小，且所述第一段的横截面积大于第二段的横截面积，从而使得电磁装置的第二段的远离第一段的一端产生较强的磁场，进而磁性液体中的磁性颗粒在磁场梯度的作用下进行分层，以将磁性液体中粒径不同的磁性颗粒进行分筛，从而可以保证密封装置中的磁性液体的磁性颗粒的粒径大体一致，提高了磁性液体密封装置的密封性，可以满足不同使用寿命的磁性液体密封的需求。

在一些实施例中，所述电磁装置包括金属芯和第一线圈，所述金属芯的材料为导磁性能良好的材料，所述金属芯包括所述第一段和所述第二段，所述第一线圈缠绕在所述第一段的外周。

在一些实施例中，所述第一段的横截面积沿所述本体的高度方向恒定或者沿邻近所述第二段的方向逐渐减小。

在一些实施例中，所述第二段位于所述第一段的下方，且所述第二段的下端为所述电磁装置的下端。

在一些实施例中，所述第一段为圆台形或圆柱形，所述第二段为倒锥形。

在一些实施例中，所述第一段的母线与所述第一段的轴线所成的夹角为0°-60°，所述第二段的锥角为10°-150°。

在一些实施例中，所述取液装置包括：取液管，所述取液管具有取液腔和出料口，所述取液管的一端从所述本体的外侧穿过所述本体，以使所述取液腔与所述分筛腔连通，所述出料口与所述取液腔连通且邻近所述取液管的另一端的端面；活塞，所述活塞的至少部分设在所述取液腔内，所述活塞相对于所述取液管可沿所述取液管的长度方向移动。

在一些实施例中，所述取液管为圆管，所述取液管的长度为所述取液管的内径的3-15倍。

在一些实施例中，所述磁性液体分筛装置还包括用于检测从所述取液装置抽出的磁性液体密度的检测装置，所述检测装置包括：第二感应线圈，所述第二感应线圈缠绕在所述取液管的外周；测量仪器，所述测量仪器与所述第二感应线圈相连。

在一些实施例中，所述取液装置为至少一个，所述取液装置均与所述第一段相对布置，且所述取液装置在所述本体的高度方向上间隔布置。

附图说明

图1是本发明实施例的磁性液体分筛装置的结构示意图。

附图标记：

分筛装置100

本体1；分筛腔11；

电磁装置2；第一段21；第二段22；金属芯23；第一线圈24；

取液装置3；取液管31；取液腔32；出料口33；活塞34；密封圈35；取液口36；出料管37；

检测装置4；第二感应线圈41。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

如图1所示，根据本发明实施例的磁性液体分筛装置100包括本体1、电磁装置2和取液装置3。

本体1内具有分筛腔11，分筛腔11内适于填充有磁性液体。

电磁装置2可产生磁场，电磁装置2包括在本体1的高度方向上彼此相连的第一段21和第二段22，第一段21的至少部分和第二段22设在分筛腔11内，第二段22的横截面积沿从第一段21到第二段22的方向逐渐减小，且第一段21的横截面积大于第二段22的横截面积。

取液装置3的一端从本体1的外部穿过本体1与分筛腔11连通，且取液装置3与第一段21相对布置，取液装置3用于从分筛腔11内抽取磁性液体。由此，可将分层后位于第一段21周围的磁性液体通过取液装置3从分筛腔11内抽取出。

本领域技术人员可以理解的是，电磁装置2所产生的磁场随着其自身的横截面积减小而增大，而且可根据粒径的大小将磁性液体的磁性颗粒(四氧化三铁)分为大颗粒、中颗粒和小颗粒，由于小颗粒在磁性液体内比较稳定且磁性较弱，因此不易受到磁场的影响，中颗粒次之，大颗粒最不稳定且大颗粒磁性颗粒具有的磁性更强，因此大颗粒更容易受到磁场的影响最大。

根据本发明实施例的磁性液体分筛装置100通过将电磁装置2的第一段21的至少部分和第二段22设在分筛腔11内，第二段22的横截面积沿从第一段21到第二段22的方向逐渐减小，且第一段21的横截面积大于第二段22的横截面积，从而使得电磁装置2的第二段22产生的较强的磁场，在磁场梯度的作用下，大颗粒沉降最快，并逐渐吸附在第二段22上，中颗粒沉降能力其次，小颗粒则不沉降，因此磁性颗粒在磁性液体内出现分层，达到分筛磁性液体颗粒的目的。

因此，根据本发明实施例的磁性液体分筛装置100能够具有分筛效果好，使用方便，操作简单等优点。

在一些实施例中，如图1所示，电磁装置2包括金属芯23和第一线圈24，金属芯23的材料为导磁性能良好的材料，金属芯23包括第一段21和第二段22，第一线圈24缠绕在第一段21的外周。

具体地，金属芯23的第一段21上缠绕第一线圈24的长度为L1，金属芯23的第一段21的下端部未缠绕第一线圈24的长度为L2，且L2＝0.01-0.25L1，从而方便第一线圈24缠绕在金属芯23上，使得电磁装置2的设置更加合理。当第一线圈24通电时，金属芯23将会被磁化，由于且第一段21的横截面积大于第二段22的横截面积，且电磁装置2产生的磁场随着其自身的横截面积减小而增大，因此电磁装置2在第二段22上产生的较强的磁场，从而使得磁性液体中的磁性颗粒在磁场梯度的作用下分层。

可选地，金属芯23的材料可以为硅钢片或者电工纯铁，由于硅钢和电工纯铁具有良好的导磁性能，因此用硅钢或电工纯铁制成金属芯23能够增大电磁装置2的磁场强度。

需要说明的是，本发明对第一线圈24通入电流的强弱、第一线圈24缠绕的匝数、螺旋方向不做限制，本领域人员可根据实际情况进行选取。

在一些实施例中，如图1所示，第一段21的横截面积沿本体1的高度方向恒定或者沿邻近第二段22的方向逐渐减小。当磁性液体体积较小时，可优先选用第一段21的横截面积沿本体1的高度方向恒定，由于第一段21的横截面积不变，因此在第一段21上产生的磁场强度不变，因此可以减小加工制造成本。当磁性液体体积较大时，可选用第一段21的横截面积沿邻近第二段22的方向逐渐减小，由于磁场随着其自身的横截面积减小而增大，因此第一段21可以在分筛腔11由上至下产生越来越强的磁场，形成磁场梯度，从而使得磁性液体分层更加明显。

在一些实施例中，如图1所示，第二段22位于第一段21的下方，且第二段22的下端为电磁装置2的下端。由于第二段22能够产生更强的磁场，因此使得电磁装置2能够在分筛腔11内产生一个从上往下的磁性越来越强的磁场梯度，从而使得磁性液体分层更加明显。

在一些实施例中，第一段21为圆台形或圆柱形，第二段22为倒锥形。圆台形、圆柱形的第一段21或倒锥形的第二段22便于加工制造，使电磁装置2的结构更加合理，而且倒锥形更利于颗粒吸附在第二段22上。

值得说明的是，第一段21和第二段22的形状并不限于此，例如：第一段21也可以为三棱柱、四棱柱、三棱台、四棱台等等。第二段22也可以为三棱锥、四棱锥等等。

在一些实施例中，第一段21的母线与第一段21的轴线所成的夹角为0°-60°，第二段22的锥角为10°-150°。由于，第一段21的母线与第一段21的轴线所成的夹角越大，将导致第一段21的横截面积变化的越快，将导致第一段21产生的磁场强度增大，产生的磁场梯度增大，但是第一段21的母线与第一段21的轴线所成的夹角过大，会使得第一段21在本体高度方向上长度减小，因此，第一段21的母线与第一段21的轴线所成的夹角为0°-60°可以保证第一段21的加工制造难度，也可以保证在第一段21上产生磁场强度。第二段22的锥角为10°-150°不仅可以减小加工制造难度，也可以保证第二段22产生的磁场更强，磁场梯度更大，从而使得大颗粒在第二段22上沉降。

可选地，第二段22的锥角大于第一段21夹角的二倍，第二段22的横截面积变化比第一段21的横截面积变化快，也可以保证第二段22产生的磁场梯度更大，进一步有利于大颗粒在第二段22上沉降。

在一些实施例中，如图1所示，取液装置3包括取液管31和活塞34。取液管31具有取液腔32和出料口33，取液管31的一端从本体1的外侧穿过本体1，以使取液腔32与分筛腔11连通，出料口33与取液腔32连通且邻近取液管31的另一端的端面。由此，磁性液体可以被抽取在取液管31内，活塞34防止磁性液体直接从出料口33流出，以便通过取液管31对磁性液体进一步地检测。

具体而言，出料口33设置在取液管31的下侧面，出料口33竖直连接有一个出料管37，从而方便磁性液体从出料管37中取出。

活塞34的至少部分设在取液腔32内，活塞34相对于取液管31可沿取液管31的长度方向移动。由此，取液装置3设置更加合理，从而工作人员可抽动活塞34以将分层后的磁性液体从分筛腔11内取出至取液管31的取液腔32内。

在一些实施例中，如图1所示，取液装置3还包括密封圈35，密封圈35设在活塞34的外周面且与取液管31的内周面相接触。密封圈35可以防止磁性液体从活塞34与取液管31之间泄漏到外部环境，保证了取液装置3的密封性能。

具体地，密封圈35为O形密封圈，O形密封圈安装方便，密封效果好，使用寿命长。优选地，O形密封圈的材质为橡胶材料。

在一些实施例中，如图1所示，根据本发明实施例的磁性液体分筛装置100还包括用于检测从取液装置3抽出的磁性液体的密度的检测装置4。检测装置4包括第二感应线圈41和测量仪器(图中未示出)。第二感应线圈41缠绕在取液管31的外周。测量仪器与第二感应线圈41相连。由于磁性颗粒(通常为四氧化三铁)为具有磁性的化合物，因此当磁性液体通过取液管31时，磁性颗粒将被磁化，从而第二感应线圈41的自感系数会变大，进而通过测量仪器的示数检测出磁性液体的密度(即磁性液体中磁性颗粒的含量)，若磁性液体的密度符合要求，则将其磁性液体从取液装置3中抽取出来。若磁性液体的密度不符合要求，则将磁性液体推回分筛腔11内，说明此分筛腔11内的磁性液体不能满足此次抽取需求，应当抽取其他磁性液体分筛装置100内的磁性液体。

可选地，测量仪器可以为电流表或电压表。

在一些实施例中，取液管31为圆管，取液管31的长度为取液管31的内径的3-15倍。本发明实施例的磁性液体分筛装置100，通过将取液管31的长度设置为取液管31的内径的3-15倍，可以保证取液管31有足够的长度，进而不仅为第二感应线圈41提供足够长的缠绕空间，而且也能够为磁性液体提供足够的长的流动空间，进而保证第二感应线圈41电感变化的可测量性。

在一些实施例中，取液管31的取液口36的直径为0.5cm-2cm之间。本发明实施例的磁性液体分筛装置100，通过将取液口36的直径设置在0.5cm-2cm之间，不仅使得磁性液体顺利从取液管的取液口36取出，也防止取液管31的取液口36过大，从而导致取出的磁性液体的磁性颗粒大小不均匀。

在一些实施例中，如图1所示，取液装置3为至少一个，取液装置3均与第一段21相对布置，且取液装置3在本体1的高度方向上间隔布置。本发明实施例的磁性液体分筛装置100，通过将取液装置3安装在本体1不同的高度上，从而可以提取分筛腔11内含有不同颗粒的磁性液体，以保证满足不同密封装置的需求。

值得说明的是，每个取液装置3上缠绕的第二感应线圈41的匝数、缠绕方向可不同，但是需保证测量仪器能够读取到第二感应线圈41中自感系数的变化。

在一些实施例中，如图1所示，分筛腔11的横截面积沿从上到下的方向逐渐减小。具体地，分筛腔11的横截面的外周轮廓为圆形，分筛腔11的底面直径为电磁装置2的第一段21截面直径的1.5—4倍。由此，当磁性液体分层后，含有大颗粒的磁性液体沉降在分筛腔11的底部，含有小颗粒的磁性液体分布在磁性液体上层，由于筛腔内的磁性液体上层体积较大，磁性液体下层的体积较小，从而能够获取足够多的具备良好密封功能的磁性液体。

可以理解的是，本发明中分筛腔11的形状并不限于此，例如分筛腔11横截面积也可以在上下方向上不变。而且，分筛腔11的横截面的外周轮廓的形状也不限于此，例如分筛腔11的横截面的外周轮廓还可以为方形。

在一些实施例中，本体1的材料为非导磁材料，如不导磁不锈钢材料。本发明实施例的磁性液体分筛装置100，本体1采用非导磁材料制成，从而防止电磁装置2产生的磁力线通过本体1泄漏到外部环境而影响密封液体分层，进而保证了磁性液体分筛装置100的分筛性能。

在一些实施例中，取液管31和活塞34的材料为非导磁材料，例如取液管31和活塞34为为不导磁不锈钢、铝合金、塑料材料等。本发明实施例的磁性液体分筛装置100，取液管31和活塞34为非导磁材料，磁性液体进入取液管31后可引起明显的第二感应线圈41的自感系数变化，增大磁性液体密度的可测量性。

下面参考图1描述本发明一些具体示例的磁性液体分筛装置100。

如图1所示，根据本发明实施例的磁性液体分筛装置100包括本体1、电磁装置2、取液装置3和检测装置4。

本体1内具有分筛腔11，分筛腔11为横截面积逐渐减小的圆台形腔体，分筛腔11内适于填充有磁性液体。

电磁装置2包括金属芯23和第一线圈24，金属芯23的材料为电工纯铁，金属芯23包括第一段21和第二段22，第二段22设置在第一段21的下方，第一段21的横截面积恒定的圆柱形，第二段22为横截面积逐渐减小的倒锥形，第一线圈24缠绕在第一段21的外周。由此，电磁装置2能够在分筛腔11内产生一个从上往下的越来越强的磁场，从而使得磁性液体分层更加明显。

取液装置3为两个，两个取液装置3在本体1的高度方向上间隔布置，且均与第一段21相对布置。取液装置3包括取液管31、活塞34和密封圈35。取液管31为圆管，取液管31具有取液腔32和出料口33，取液管31的一端从本体1的外侧穿过本体1，以使取液腔32与分筛腔11连通，出料口33与取液腔32连通且邻近取液管31的另一端的端面。活塞34的至少部分设在取液腔32内，活塞34相对于取液管31可沿取液管31的长度方向移动。密封圈35设在活塞34的外周面且与取液管31的内周面相接触。

检测装置4用于检测从取液装置3抽出的磁性液体的密度，检测装置4包括第二感应线圈41、测量仪器。第二感应线圈41缠绕在取液管31的外周，测量仪器与第二感应线圈41相连。由此，通过测量仪器的读数检测出磁性液体的密度。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims

1.一种磁性液体分筛装置，其特征在于，包括：

本体，所述本体内具有分筛腔，所述分筛腔内适于填充有磁性液体；

电磁装置，所述电磁装置可产生磁场，所述电磁装置包括在所述本体的高度方向上彼此相连的第一段和第二段，所述第一段的至少部分和所述第二段设在所述分筛腔内，所述第二段的横截面积沿从所述第一段到所述第二段的方向逐渐减小，且所述第一段的横截面积大于所述第二段的横截面积；

取液装置，所述取液装置的一端从所述本体的外部穿过所述本体与所述分筛腔连通，且所述取液装置与所述第一段相对布置，所述取液装置用于从所述分筛腔内抽取磁性液体。

2.根据权利要求1所述的磁性液体分筛装置，其特征在于，所述电磁装置包括金属芯和第一线圈，所述金属芯的材料为导磁性能良好的材料，所述金属芯包括所述第一段和所述第二段，所述第一线圈缠绕在所述第一段的外周。

3.根据权利要求1所述的磁性液体分筛装置，其特征在于，所述第一段的横截面积沿所述本体的高度方向恒定或者沿邻近所述第二段的方向逐渐减小。

4.根据权利要求1所述的磁性液体分筛装置，其特征在于，所述第二段位于所述第一段的下方，且所述第二段的下端为所述电磁装置的下端。

5.根据权利要求1所述的磁性液体分筛装置，其特征在于，所述第一段为圆台形或圆柱形，第二段为倒锥形。

6.根据权利要求5所述的磁性液体分筛装置，其特征在于，所述第一段的母线与所述第一段的轴线所成的夹角为0°-60°，所述第二段的锥角为10°-150°。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的磁性液体分筛装置，其特征在于，所述取液装置包括：

取液管，所述取液管具有取液腔和出料口，所述取液管的一端从所述本体的外侧穿过所述本体，以使所述取液腔与所述分筛腔连通，所述出料口与所述取液腔连通且邻近所述取液管的另一端的端面；

活塞，所述活塞的至少部分设在所述取液腔内，所述活塞相对于所述取液管可沿所述取液管的长度方向移动。

8.根据权利要求7所述的磁性液体分筛装置，其特征在于，所述取液管为圆管，所述取液管的长度为所述取液管的内径的3-15倍。

9.根据权利要求7所述的磁性液体分筛装置，其特征在于，还包括检测装置，所述检测装置用于检测从所述取液装置抽出磁性液体的密度，所述检测装置包括：

第二感应线圈，所述第二感应线圈缠绕在所述取液管的外周；

测量仪器，所述测量仪器与所述第二感应线圈相连。

10.根据权利要求1-7中任一项所述的磁性液体分筛装置，其特征在于，所述取液装置为至少一个，所述取液装置均与所述第一段相对布置，且所述取液装置在所述本体的高度方向上间隔布置。