CN112503181B - 一种斜向充磁的磁性液体密封结构 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种斜向充磁的磁性液体密封结构，所述结构包括：轴(1)、挡圈(2)、端盖(3)、第一轴承(4)、第一隔磁环(5)、第一极靴(6)、第一隔磁片(7)、永磁体(8)、第二隔磁片(9)、第二极靴(10)、轴向凸起(101)、第二隔磁环(11)、第二轴承(12)、轴壳(13)以及磁性液体(14)。本发明的磁性液体密封结构耐压能力强，轴向的尺寸低，各级密封间磁场强度均匀，克服磁性液体多级密封结构的不足。

Description

一种斜向充磁的磁性液体密封结构

技术领域

本发明涉及机械工程密封技术领域，特别是指一种斜向充磁的磁性液体密封结构。

背景技术

磁性液体密封是一种使用新型纳米材料的非接触式密封形式，利用磁性液体兼具流动性和磁场可控性的特点，通过设计适当的齿槽结构，使磁性液体被束缚在密封间隙内，形成多个“O”形液体密封圈，使之具有防泄漏能力和一定的耐压能力。这种密封形式具有泄漏率极低、寿命长、磨损低的优点，在各高新技术产业中有广阔应用。

传统磁性液体密封结构一般使用轴向单向充磁的永磁体，并在左右两侧加装极靴，极靴上靠近轴的内端面开槽以形成密封间隙中的齿槽结构，并于极齿处形成“O”形液体密封圈，磁力的作用使得液体密封圈具有一定耐压差能力。当工况压差较高时，受永磁体性能的限制，一般密封结构的耐压能力往往不能满足需求。若只通过增加密封级数提高耐压，极齿数目的增多会导致磁性液体在各极齿之间分布不均匀，降低永磁体磁能的使用效率，同时极大地增加轴向尺寸，空间占用高，限制了磁性液体密封的使用效果。另外齿槽数量过多也会增加加工难度，在安装时极易出现磨损破坏，造成密封失效。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种斜向充磁的磁性液体密封结构，通过使用斜向充磁的永磁体，构成两个方向的磁回路形成密封，克服磁性液体多级密封结构的不足。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

一种斜向充磁的磁性液体密封结构，包括：轴、挡圈、端盖、第一轴承、第一隔磁环、第一极靴、第一隔磁片、永磁体、第二隔磁片、第二极靴、轴向凸起、第二隔磁环、第二轴承、轴壳以及磁性液体；

所述轴安装在所述轴壳内设的轴室中，所述第二轴承、第二隔磁环依次套在所述轴壳内，内嵌有所述第二隔磁片的第二极靴、永磁体、内嵌有所述第一隔磁片的第一极靴依次套在所述轴壳内；

所述第一极靴、第二极靴、永磁体靠近轴的内端面注入有磁性液体；

所述第一隔磁环和第一轴承依次套在所述轴壳内，所述挡圈安装在轴上，端盖通过连接件装在所述轴壳的一端；

所述轴向凸起的一端面贴合于第一极靴，内端面贴合于所述永磁体的外端面；

所述永磁体采用斜向充磁方式，同时具有轴向和径向两个方向的磁化强度。

可选的，轴向方向上，所述永磁体、第一极靴、第二极靴、轴和密封间隙内的磁性液体构成第一磁回路，所述第一磁回路通过所述第一极靴、第二极靴的内端面设有的极齿。

可选的，径向方向上，所述永磁体、轴向凸起、第一极靴、第二极靴、轴和磁性液体构成第二磁回路，所述第二磁回路通过所述第一极靴、第二极靴的内端面设有极齿，所述永磁体的内端面设有的极齿。

可选的，所述永磁体的内端面加工有齿槽结构；所述第一极靴、第二极靴的内端面加工有齿槽结构；所述第二极靴的外端面加工有所述轴向凸起，并与永磁体、第一极靴紧密接触。

可选的，所述永磁体和第一极靴之间嵌有第一隔磁片；所述永磁体和第二极靴之间嵌有第二隔磁片；所述第一极靴的外端面与永磁体的外端面平齐；所述第二极靴的外端面与永磁体的外端面平齐。

可选的，所述第一极靴、第二极靴和轴的材料选用导磁材料。

可选的，所述第一隔磁环、第一隔磁片、第二隔磁环、第二隔磁片和轴壳的材料选用非导磁性材料。

可选的，所述第一极靴的外端面设有放置橡胶密封圈的沟槽，靠近永磁体的端面设有放置所述第一隔磁片的沟槽，在靠近轴的内端面侧加工有齿槽结构。

可选的，所述第二极靴的外端面设有放置橡胶密封圈的沟槽，靠近永磁体的端面设有放置所述第二隔磁片的沟槽。

可选的，所述轴加工有轴环和挡圈槽。

本发明的上述方案至少包括以下有益效果：

本发明的上述方案，通过永磁体轴向、径向磁化强度形成的磁回路叠加，共同在密封间隙形成强磁场，磁性液体在压差和磁场力的共同作用下达到平衡状态，不会再进一步移动，使磁性液体密封圈保持在间隙内，获得密封与耐压能力。相较于一般的磁性液体密封结构，本结构的间隙磁场强度大大增加，带来耐压能力的极高提升；永磁体处也可加工齿槽结构形成密封级数，降低了轴向的尺寸，各级密封间磁场强度均匀，降低的密封级数减小了加工和装配难度。

附图说明

图1是本发明的斜向充磁的磁性液体密封结构的侧视剖面示意图。

附图标记说明：轴1、挡圈2、端盖3、左轴承4、左隔磁环5、左极靴6、左隔磁片7、永磁体8、右隔磁片9、右极靴10、轴向凸起101、右隔磁环11、右轴承12、轴壳13、磁性液体14。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

如图1所示，本发明的实施例提出一种斜向充磁的磁性液体密封结构，包括：轴1、挡圈2、端盖3、第一轴承4、第一隔磁环5、第一极靴6、第一隔磁片7、永磁体8、第二隔磁片9、第二极靴10、轴向凸起101、第二隔磁环11、第二轴承12、轴壳13以及磁性液体14；

所述轴1安装在所述轴壳13内设的轴室中，所述第二轴承12、第二隔磁环11依次套在所述轴壳13内，内嵌有所述第二隔磁片9的第二极靴10、永磁体8、内嵌有所述第一隔磁片7的第一极靴6依次套在所述轴壳13内；所述第一极靴6、第二极靴10、永磁体8靠近轴1的内端面注入有磁性液体14；所述第一隔磁环5和第一轴承4依次套在所述轴壳13内，所述挡圈2安装在轴1上，端盖3通过连接件装在所述轴壳13的一端；所述轴向凸起101的一端面贴合于第一极靴10，内端面贴合于所述永磁体8的外端面；

所述永磁体8采用斜向充磁方式，同时具有轴向和径向两个方向的磁化强度。

这里，如图1所示，是所述斜向充磁的磁性液体密封结构，对结构内容进行具体描述：轴1加工有轴环和挡圈槽；挡圈2形成轴向定位，可避免轴的滑动，在拆装时沿轴向带出轴壳内零件，根据轴的直径来选择不同型号的轴用挡圈；

端盖3靠近密封部位的一侧抵于左轴承的外圈，圆环形结构，外侧加工螺栓孔，通过连接件与轴壳进行连接；第一轴承4和第二轴承12可根据轴向受力大小选择轴承的型号；第一极靴6、第二极靴10与轴壳配合的外端面设有放置橡胶密封圈的沟槽；第一隔磁片7安装于第一极靴6靠近永磁体8一侧设有的沟槽，第二隔磁片9安装于第二极靴10靠近永磁体8一侧设有的沟槽，必要时可以使用粘接剂粘接；永磁体8外端面贴合与所述第二极靴10凸起的内端面上，永磁体8为圆环形结构，选用永磁材料；轴壳13在与端盖配合的左端面轴向加工有螺栓孔；磁性液体14根据密封介质的种类和环境选择不同基载液的磁性液体，一般真空密封可选用酯基磁性液体或氟醚油基磁性液体，低温密封可选用硅油基磁性液体；密封结构采用所述磁性液体填充至密封间隙，在极齿处形成液体密封圈，所述密封间隙为极靴及永磁体的内端面极齿和轴1之间的轴向空隙，所述的密封间隙可以从0.001～1mm范围内选取。

在该结构的材料选用上，所述第一极靴6、第二极靴10和轴1的材料选用导磁材料；所述第一隔磁环5、第一隔磁片7、第二隔磁环11、第二隔磁片9和轴壳13的材料选用非导磁性材料。

本发明的一可选实施例具有轴向和径向两个方向的磁化强度，

轴向方向上，所述向永磁体8、第一极靴6、第二极靴10、轴1和密封间隙内的磁性液体14构成第一磁回路，所述第一磁回路通过所述第一极靴6、第二极靴10的内端面设有的极齿；径向方向上，所述向永磁体8、轴向凸起101、第一极靴6、第二极靴10、轴1和磁性液体14构成第二磁回路，所述第二磁回路通过所述第一极靴6、第二极靴10的内端面设有的极齿，所述永磁体8的内端面设有的极齿。

如图1所示，所述永磁体8的内端面加工有齿槽结构；所述第一极靴6、第二极靴10的内端面加工有齿槽结构；所述第二极靴10的外端面加工有所述轴向凸起101，并与永磁体8、第一极靴6紧密接触。

这里，可以说明的是永磁体8的内端面加工有齿槽结构，该齿槽结构可根据耐压需要，增加和减少密封级数；所述轴向凸起101的结构与永磁体8、第一极靴6、第二极靴10、轴1、磁性液体14构成的径向磁回路，与轴向磁回路会产生叠加，这种磁回路的叠加会在各密封间隙的极齿处形成均匀的强磁场，提高了耐压能力。

本发明的一可选实施例，所述永磁体8和第一极靴6之间嵌有第一隔磁片7；所述永磁体8和第二极靴10之间嵌有第二隔磁片9；所述第一极靴6的外端面与永磁体8的外端面平齐；所述第二极靴10的外端面与永磁体8的外端面平齐。

隔磁片内嵌于极靴靠近永磁体侧的沟槽处，其外端面与永磁体外端面平齐，放置永磁体轴向磁化强度的一部分沿极靴远离轴的一侧及轴向凸起形成闭合磁回路而不经过极齿的现象。

本发明的上述实施例，永磁体轴向、径向磁化强度形成的磁回路叠加，共同在密封间隙形成强磁场，磁性液体在压差和磁场力的共同作用下达到平衡状态，不会再进一步移动，使磁性液体密封圈保持在间隙内，获得密封与耐压能力。相较于一般的磁性液体密封结构，本结构的间隙磁场强度大大增加，带来耐压能力的极高提升；永磁体处也可加工齿槽结构形成密封级数，降低了轴向的尺寸，各级密封间磁场强度均匀，降低的密封级数减小了加工和装配难度。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种斜向充磁的磁性液体密封结构，其特征在于，包括：轴(1)、挡圈(2)、端盖(3)、第一轴承(4)、第一隔磁环(5)、第一极靴(6)、第一隔磁片(7)、永磁体(8)、第二隔磁片(9)、第二极靴(10)、轴向凸起(101)、第二隔磁环(11)、第二轴承(12)、轴壳(13)以及磁性液体(14)；

所述轴(1)安装在所述轴壳(13)内设的轴室中，所述第二轴承(12)、第二隔磁环(11)依次套在所述轴壳(13)内，内嵌有所述第二隔磁片(9)的第二极靴(10)、永磁体(8)、内嵌有所述第一隔磁片(7)的第一极靴(6)依次套在所述轴壳(13)内；

所述第一极靴(6)、第二极靴(10)、永磁体(8)靠近轴(1)的内端面注入有磁性液体(14)；

所述第一隔磁环(5)和第一轴承(4)依次套在所述轴壳(13)内，所述挡圈(2)安装在轴(1)上，所述端盖(3)通过连接件装在所述轴壳(13)的一端；

所述轴向凸起(101)的一端面贴合于第一极靴(6)，内端面贴合于所述永磁体(8)的外端面；

所述永磁体(8)采用斜向充磁方式，同时具有轴向和径向两个方向的磁化强度。

2.根据权利要求1所述的斜向充磁的磁性液体密封结构，其特征在于，轴向方向上，所述永磁体(8)、第一极靴(6)、第二极靴(10)、轴(1)和密封间隙内的磁性液体(14)构成第一磁回路，所述第一磁回路通过所述第一极靴(6)、第二极靴(10)的内端面设的极齿。

3.根据权利要求1所述的斜向充磁的磁性液体密封结构，其特征在于，径向方向上，所述永磁体(8)、轴向凸起(101)、第一极靴(6)、第二极靴(10)、轴(1)和磁性液体(14)构成第二磁回路，所述第二磁回路通过所述第一极靴(6)、第二极靴(10)的内端面设的极齿，所述永磁体(8)的内端面设有极齿。

4.根据权利要求1所述的斜向充磁的磁性液体密封结构，其特征在于，

所述永磁体(8)的内端面加工有齿槽结构；

所述第一极靴(6)、第二极靴(10)的内端面加工有齿槽结构；

所述第二极靴(10)的外端面加工有所述轴向凸起(101)，并与永磁体(8)、第一极靴(6)紧密接触。

5.根据权利要求1所述的斜向充磁的磁性液体密封结构，其特征在于，

所述永磁体(8)和第一极靴(6)之间嵌有第一隔磁片(7)；

所述永磁体(8)和第二极靴(10)之间嵌有第二隔磁片(9)；

所述第一极靴(6)的外端面与永磁体(8)的外端面平齐；

所述第二极靴(10)的外端面与永磁体(8)的外端面平齐。

6.根据权利要求1所述的斜向充磁的磁性液体密封结构，其特征在于，

所述第一极靴(6)、第二极靴(10)和轴(1)的材料选用导磁材料。

7.根据权利要求1所述的斜向充磁的磁性液体密封结构，其特征在于，

所述第一隔磁环(5)、第一隔磁片(7)、第二隔磁环(11)、第二隔磁片(9)和轴壳(13)的材料选用非导磁性材料。

8.根据权利要求1所述的斜向充磁的磁性液体密封结构，其特征在于，

所述第一极靴(6)的外端面设有放置橡胶密封圈的沟槽，靠近永磁体(8)的端面设有放置所述第一隔磁片(7)的沟槽，靠近轴(1)的内端面侧加工有齿槽结构。

9.根据权利要求1所述的斜向充磁的磁性液体密封结构，其特征在于，

所述第二极靴(10)的外端面设有放置橡胶密封圈的沟槽，靠近永磁体(8)的端面设有放置所述第二隔磁片(9)的沟槽。

10.根据权利要求1所述的斜向充磁的磁性液体密封结构，其特征在于，所述轴(1)加工有轴环和挡圈槽。

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