CN113074254A - 一种用于高温工况的高速磁流体密封装置 - Google Patents

一种用于高温工况的高速磁流体密封装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及磁流体密封技术领域，尤其涉及一种用于高温工况的高速磁流体密封装置，包括密封壳体、转动连接在所述密封壳体内部的旋转轴、固定连接在所述密封壳体内壁的固定磁力组件、固定套接在所述旋转轴中部外壁的转动磁力组件；所述旋转轴内部开设有与所述转动磁力组件相通的磁流体通道，所述磁流体通道进口端设有单向止回阀；所述固定磁力组件包括固定连接在所述密封壳体内壁的导磁板；所述转动磁力组件与所述固定磁力组件接合面处磁性连接有磁流体；所述导磁板内壁设有温度传感器和回弹式位移传感器组件；所述密封壳体内部设有降温部。本发明可以达到磁流体密封装置在高温工况仍能正常工作的目的。

Description

一种用于高温工况的高速磁流体密封装置
技术领域
本发明涉及磁流体密封技术领域，尤其涉及一种用于高温工况的高速磁流体密封装置。
背景技术
磁流体是一种由基载液、磁性固体微粒、分散剂组成的一种新型的功能材料，其被广泛应用润滑、密封、减振、传热等各个领域，尤其密封领域的应用最为突出。磁流体密封作为一种“无接触”密封技术，拥有低摩擦、传动效率高、密封性优良、结构简单、可靠性高、使用寿命长等优点而广泛应用，但在高温、高压、高转速等极端工况下的使用还很受限制。因为在高温工况下磁流体的组成成分之一的基载液挥发导致磁流体被破坏，高速工况下磁流体受离心力的影响磁流体会被甩离转轴表面导致靠近转轴表面处磁流体减少密封性能降低，同时在高速工况下还有摩擦热的影响。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于高温工况的高速磁流体密封装置，以解决上述问题，达到磁流体密封装置在高温工况仍能正常工作的目的。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种用于高温工况的高速磁流体密封装置，包括密封壳体、转动连接在所述密封壳体内部的旋转轴、固定连接在所述密封壳体内壁的固定磁力组件、固定套接在所述旋转轴中部外壁的转动磁力组件；
所述旋转轴内部开设有与所述转动磁力组件相通的磁流体通道，所述磁流体通道进口端设有单向止回阀；
所述固定磁力组件包括固定连接在所述密封壳体内壁的导磁板；
所述转动磁力组件与所述固定磁力组件接合面处磁性连接有磁流体；
所述导磁板内壁设有温度传感器和回弹式位移传感器组件；
所述密封壳体内部设有降温部。
优选的，所述旋转轴两端转动连接有角接触球轴承,所述密封壳体的可拆卸端固定连接有轴承端盖，位于所述密封壳体可拆卸端的所述角接触球轴承与所述轴承端盖之间设有四氟骨架油封。
优选的，所述导磁板内壁两端部分别固定连接有左导磁体和右导磁体，所述左导磁体内部固定连接有左永磁体，所述右导磁体内部固定连接有右永磁体，所述左永磁体和右永磁体相对设置，所述左永磁体和右永磁体相对面磁性相反，所述导磁板内部开设有导线槽。
优选的，所述左导磁体、所述右导磁体两侧分别对称接触设置有限位卡圈和短隔磁垫，所述限位卡圈位于所述左导磁体、所述右导磁体之间。
优选的，所述降温部包括开设在所述密封壳体内部的空腔，所述空腔内部设有与所述密封壳体固定连接的冷却夹套隔板，所述密封壳体对向错位开设有水嘴，所述水嘴与所述空腔相通，所述冷却夹套隔板右侧均布开设有多个通孔，所述通孔与其一所述水嘴相对。
优选的，所述转动磁力组件包括固定套接在所述旋转轴中部从左至右依次排列的左极靴、若干中间极靴、右极靴，所述左极靴和所述中间极靴之间、若干所述中间极靴之间、所述中间极靴和所述右极靴之间分别设有中间永磁铁，所述中间永磁铁固定套接在所述旋转轴外侧，两个相邻的所述中间永磁铁磁极方向相反。
优选的，所述中间极靴外圆面开设有若干极齿，所述左极靴外圆面和左端面开设有若干所述极齿，所述右极靴外圆面和右端面开设有若干所述极齿，所述极齿与所述磁流体磁性连接。
优选的，所述回弹式位移传感器组件包括螺纹连接在所述导磁板内壁的固定板，所述固定板下部固定连接有传感器外壳，所述传感器外壳内部右端设有转换器，所述转换器左侧设有与所述传感器外壳固定连接的垫板，所述垫板左侧固定连接有电阻，所述电阻为管状结构，所述电阻中部设有弹簧，所述弹簧一端与所述垫板弹性连接，所述弹簧另一端弹性连接有T型推杆，所述T型推杆左侧固定连接有L型推板，所述L型推板的上端与所述导磁板抵接，所述L型推板左端部与所述中间极靴抵接。
优选的，所述密封壳体左端面设有第一O型密封圈，所述密封壳体右端面设有第二O型密封圈。
优选的，所述左极靴、所述中间极靴、所述右极靴与所述旋转轴接触面设有第三O型密封圈。
本发明具有如下技术效果：冷却液在冷却夹套隔板、密封壳体和导磁板之间流动，带走本装置工作工程产生的热量，防止在高温工况下磁流体中的基载液挥发导致磁流体被破坏；本发明的左极靴、中间极靴、右极靴与旋转轴固定连接，极齿设置在远离旋转轴一端，工作过程中由于离心力的存在，磁流体具有向远离旋转轴方向运动的趋势。极齿对磁流体的吸力阻止了磁流体的径向运动，防止了磁流体的径向运动产生间隙，从而加强了磁流体的密封性能，同时采用此种布置方案，磁流体距离降温部更近，散热效果更好；在高压工况中，磁流体形成的“O型密封圈”存在被破坏，存在磁流体流失的风险，本发明的回弹式位移传感器组件可以检测到磁流体是否流失，并控制磁流体泵经磁流体通道向密封间隙内添加磁流体，让密封装置重新恢复密封作用；本发明的左极靴左端和右极靴右端也设有磁流体，防止了角接触球轴承游隙处的泄露，进一步加强了密封作用；左极靴、中间极靴、右极靴与旋转轴之间设有第三O型密封圈，在原本接触密封的基础上增加了弹性密封装置，增强了左极靴、中间极靴、右极靴与旋转轴之间的密封效果；四氟骨架油封具有高度的化学稳定性和很好的化学惰性,强酸强碱或强氟化剂及有机溶剂等对其均不起作用，四氟骨架油封还具有良好的热稳定性,裂解温度在400摄氏度以上,能够在-200摄氏度至300摄氏度的温度范围内正常工作,同时具有良好的减摩性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明结构示意图；
图2为A部分局部放大图；
图3为B部分局部放大图；
图4为C部分局部放大图；
图5为D部分局部放大图；
图6为E部分局部放大图；
图7为F部分局部放大图。
其中，1、旋转轴；2、密封壳体；3、第一O型密封圈；4、角接触球轴承；5、冷却夹套隔板；6、短隔磁垫；7、长隔磁垫；8、左极靴；9、温度传感器；10、中间永磁铁；11、中间极靴；12、回弹式位移传感器组件；13、右极靴；14、限位卡圈；15、传感器连接线；16、内六角圆柱头螺钉；17、第二O型密封圈；18、四氟骨架油封；19、单向止回阀；20、导磁板；21、轴承端盖；22、水嘴；23、右导磁体；24、右永磁体；25、第三O型密封圈；26、磁流体；27、左导磁体；28、左永磁体；29、磁流体通道；121、L型推板；122、T型推杆；123、固定板；124、电阻；125、传感器外壳；126、垫板；127、弹簧。
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。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
一种用于高温工况的高速磁流体密封装置，包括密封壳体2、转动连接在密封壳体2内部的旋转轴1、固定连接在密封壳体2内壁的固定磁力组件、固定套接在旋转轴1中部外壁的转动磁力组件；
旋转轴1内部开设有与转动磁力组件相通的磁流体通道29，磁流体通道29进口端设有单向止回阀19；
固定磁力组件包括固定连接在密封壳体2内壁的导磁板20；
转动磁力组件与固定磁力组件接合面处磁性连接有磁流体26；
导磁板20内壁设有温度传感器9和回弹式位移传感器组件12；
密封壳体2内部设有降温部。单向止回阀19用于向装置内部补充磁流体26并防止磁流体26向外流出；温度传感器9实时监测密封腔体内温度，并及时将数字信号反馈给外部智能控制系统，外部智能控制系统通过接收到的信号调控冷却水水泵转速改变冷却水流速，以达到恒温控制的效果；回弹式位移传感器组件12可以检测到磁流体26是否流失，并控制磁流体泵经磁流体通道29向密封间隙内添加磁流体26，让密封装置重新恢复密封作用；降温部为冷却液流通的腔体，冷却液在迷宫式的腔体内流通带走工作过程中产生的热量。外部智能控制系统指工业环境下的数字运算操作电子系统，比如PLC系统、嵌入式系统等，其控制方式和零部件的连接方式为现有技术，在此不再赘述。
进一步优化方案，旋转轴1两端转动连接有角接触球轴承4,密封壳体2的可拆卸端固定连接有轴承端盖21，位于密封壳体2可拆卸端的角接触球轴承4与轴承端盖21之间设有四氟骨架油封18。四氟骨架油封18具有高度的化学稳定性和很好的化学惰性,强酸强碱或强氟化剂及有机溶剂等对其均不起作用，四氟骨架油封18还具有良好的热稳定性,裂解温度在400摄氏度以上,能够在-200摄氏度至300摄氏度的温度范围内正常工作,同时具有良好的减摩性。
进一步优化方案，导磁板20内壁两端部分别固定连接有左导磁体27和右导磁体23，左导磁体27内部固定连接有左永磁体28，右导磁体23内部固定连接有右永磁体24，左永磁体28和右永磁体24相对设置，左永磁体28和右永磁体24相对面磁性相反，导磁板20内部开设有导线槽。左导磁体27和右导磁体23用来固定并传递左永磁体28和右永磁体24的磁性。
进一步优化方案，左导磁体27、右导磁体23两侧分别对称接触设置有限位卡圈14和短隔磁垫6，限位卡圈14位于左导磁体27、右导磁体23之间。限位卡圈14和短隔磁垫6用来限制左导磁体27和右导磁体23的位置，方便装配，防止工作过程中左导磁体27和右导磁体23产生为位移。
进一步优化方案，降温部包括开设在密封壳体2内部的空腔，空腔内部设有与密封壳体2固定连接的冷却夹套隔板5，密封壳体2对向错位开设有水嘴22，水嘴22与空腔相通，冷却夹套隔板5右侧均布开设有多个通孔，通孔与其一水嘴22相对。冷却液首先进入密封壳体2和冷却夹套隔板5组成的腔体，再进入导磁板20和冷却夹套隔板5组成的腔体，最后由水嘴22流出，冷却液在迷宫式的腔体内流动带走工作过程中产生的热量。
进一步优化方案，转动磁力组件包括固定套接在旋转轴1中部从左至右依次排列的左极靴8、若干中间极靴11、右极靴13，左极靴8和中间极靴11之间、若干中间极靴11之间、中间极靴11和右极靴13之间分别设有中间永磁铁10，中间永磁铁10固定套接在旋转轴1外侧，两个相邻的中间永磁铁10磁极方向相反。
进一步优化方案，中间极靴11外圆面开设有若干极齿，左极靴8外圆面和左端面开设有若干极齿，右极靴13外圆面和右端面开设有若干极齿，极齿与磁流体26磁性连接。本发明的极齿开设位置不同于现有技术，本发明的左极靴8左端和右极靴13右端也设有磁流体26，防止了角接触球轴承4游隙处的泄露，进一步加强了密封作用；极齿设置在远离旋转轴1一端，工作过程中由于离心力的存在，磁流体26具有向远离旋转轴1方向运动的趋势。极齿对磁流体26的吸力阻止了磁流体26的径向运动，防止了磁流体26的径向运动产生间隙，从而加强了磁流体26的密封性能，同时采用此种布置方案，磁流体26距离降温部更近，散热效果更好。
进一步优化方案，回弹式位移传感器组件12包括螺纹连接在导磁板20内壁的固定板123，固定板123下部固定连接有传感器外壳125，传感器外壳125内部右端设有转换器，转换器左侧设有与传感器外壳125固定连接的垫板126，垫板126左侧固定连接有电阻124，电阻124为管状结构，电阻124中部设有弹簧127，弹簧127一端与垫板126弹性连接，弹簧127另一端弹性连接有T型推杆122，T型推杆122左侧固定连接有L型推板121，L型推板121的上端与导磁板20抵接，L型推板121左端部与中间极靴11抵接。L型推板121与T型推杆122通过焊接连接在一起并且与中间极靴11、导磁板20紧密接触，当密封腔内压力过高，L型推板121与T型推杆122被向右推，磁流体26形成的“O型密封圈”被破坏导致密封失效，同时也导致电阻124减小且弹簧127被压缩，传感器将电流信号转换为数字信号，通过连接线向为外部智能控制系统传递，外部智能控制系统通过接收到的数字信号调控磁流体泵经磁流体通道29向密封间隙内添加磁流体26，让密封装置重新恢复密封作用。密封装置恢复密封作用后，L型推板121通过内部弹簧127的回弹作用又会重新恢复到初始状态。
进一步优化方案，密封壳体2左端面设有第一O型密封圈3，密封壳体2右端面设有第二O型密封圈17。第一O型密封圈3起到密封壳体2左侧端面的密封作用，第二O型密封圈17起到密封壳体2右端和轴承端盖21的密封作用。
进一步优化方案，左极靴8、中间极靴11、右极靴13与旋转轴1接触面设有第三O型密封圈25。在原本接触密封的基础上增加了弹性密封装置，增强了左极靴8、中间极靴11、右极靴13与旋转轴1之间的密封效果。
本实施例的工作过程如下：
密封过程：在本装置当中由右永磁体24、左永磁体28、左极靴8、若干中间极靴11、右极靴13、导磁板20形成磁回路，通过磁流体通道29进入密封间隙的磁流体26在磁回路的作用下汇聚在极齿及导磁板20之间形成液态“O型密封圈”，从而起到密封作用。为了提高磁流体密封装置的承压能力，本装置在有限的轴向尺寸内将磁流体密封结构设计为多级串联结构，且在密封腔内左右两端径向也设有磁流体密封结构。在工作过程中当密封腔内压力过高，磁流体26形成的“O型密封圈”被破坏磁流体26流失，导致密封失效。同时L型推板121与T型推杆122被向右推，导致位移传感器内部回路电阻减小且弹簧127被压缩，传感器中的转换器将电流信号转换为数字信号，通过连接线向外部智能控制系统传递。外部智能控制系统通过接收到的数字信号调控磁流体泵经磁流体通道29向密封间隙内添加磁流体26，让密封装置重新恢复密封作用。密封装置恢复密封作用后，L型推板121通过内部弹簧127的回弹作用又会重新恢复到初始状态。以上工作流程实时对密封腔内磁流体26进行补充，确保密封装置能持续工作。
冷却过程：接有智能控制系统的水泵将冷却液通过管道从上水嘴22流入，经过冷却夹套隔板5，且由于冷却夹套隔板5的存在，冷却液流程加长起到循环冷却的作用。其中温度传感器9会实时监测密封腔内的温度，当温度超过设定温度线，外接智能控制系统通过控制信号加快水泵转速来增加冷却液的流速，达到快速降温的作用，确保密封装置密封性能。当温度降到设定线以内，外接智能控制系统通过控制信号减慢水泵转速来减小冷却液的流速。如此循环过程达到密封装置能持续工作在合适温度范围内。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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，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。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种用于高温工况的高速磁流体密封装置，其特征在于：包括密封壳体(2)、转动连接在所述密封壳体(2)内部的旋转轴(1)、固定连接在所述密封壳体(2)内壁的固定磁力组件、固定套接在所述旋转轴(1)中部外壁的转动磁力组件；
所述旋转轴(1)内部开设有与所述转动磁力组件相通的磁流体通道(29)，所述磁流体通道(29)进口端设有单向止回阀(19)；
所述固定磁力组件包括固定连接在所述密封壳体(2)内壁的导磁板(20)；
所述转动磁力组件与所述固定磁力组件接合面处磁性连接有磁流体(26)；
所述导磁板(20)内壁设有温度传感器(9)和回弹式位移传感器组件(12)；
所述密封壳体(2)内部设有降温部。
2.根据权利要求1所述一种用于高温工况的高速磁流体密封装置，其特征在于：所述旋转轴(1)两端转动连接有角接触球轴承(4),所述密封壳体(2)的可拆卸端固定连接有轴承端盖(21)，位于所述密封壳体(2)可拆卸端的所述角接触球轴承(4)与所述轴承端盖(21)之间设有四氟骨架油封(18)。
3.根据权利要求1所述一种用于高温工况的高速磁流体密封装置，其特征在于：所述导磁板(20)内壁两端部分别固定连接有左导磁体(27)和右导磁体(23)，所述左导磁体(27)内部固定连接有左永磁体(28)，所述右导磁体(23)内部固定连接有右永磁体(24)，所述左永磁体(28)和右永磁体(24)相对设置，所述左永磁体(28)和右永磁体(24)相对面磁性相反，所述导磁板(20)内部开设有导线槽。
4.根据权利要求3所述一种用于高温工况的高速磁流体密封装置，其特征在于：所述左导磁体(27)、所述右导磁体(23)两侧分别对称接触设置有限位卡圈(14)和短隔磁垫(6)，所述限位卡圈(14)位于所述左导磁体(27)、所述右导磁体(23)之间。
5.根据权利要求1所述一种用于高温工况的高速磁流体密封装置，其特征在于：所述降温部包括开设在所述密封壳体(2)内部的空腔，所述空腔内部设有与所述密封壳体(2)固定连接的冷却夹套隔板(5)，所述密封壳体(2)对向错位开设有水嘴(22)，所述水嘴(22)与所述空腔相通，所述冷却夹套隔板(5)右侧均布开设有多个通孔，所述通孔与其一所述水嘴(22)相对。
6.根据权利要求1所述一种用于高温工况的高速磁流体密封装置，其特征在于：所述转动磁力组件包括固定套接在所述旋转轴(1)中部从左至右依次排列的左极靴(8)、若干中间极靴(11)、右极靴(13)，所述左极靴(8)和所述中间极靴(11)之间、若干所述中间极靴(11)之间、所述中间极靴(11)和所述右极靴(13)之间分别设有中间永磁铁(10)，所述中间永磁铁(10)固定套接在所述旋转轴(1)外侧，两个相邻的所述中间永磁铁(10)磁极方向相反。
7.根据权利要求6所述一种用于高温工况的高速磁流体密封装置，其特征在于：所述中间极靴(11)外圆面开设有若干极齿，所述左极靴(8)外圆面和左端面开设有若干所述极齿，所述右极靴(13)外圆面和右端面开设有若干所述极齿，所述极齿与所述磁流体(26)磁性连接。
8.根据权利要求6所述一种用于高温工况的高速磁流体密封装置，其特征在于：所述回弹式位移传感器组件(12)包括螺纹连接在所述导磁板(20)内壁的固定板(123)，所述固定板(123)下部固定连接有传感器外壳(125)，所述传感器外壳(125)内部右端设有转换器，所述转换器左侧设有与所述传感器外壳(125)固定连接的垫板(126)，所述垫板(126)左侧固定连接有电阻(124)，所述电阻(124)为管状结构，所述电阻(124)中部设有弹簧(127)，所述弹簧(127)一端与所述垫板(126)弹性连接，所述弹簧(127)另一端弹性连接有T型推杆(122)，所述T型推杆(122)左侧固定连接有L型推板(121)，所述L型推板(121)的上端与所述导磁板(20)抵接，所述L型推板(121)左端部与所述中间极靴(11)抵接。
9.根据权利要求1所述一种用于高温工况的高速磁流体密封装置，其特征在于：所述密封壳体(2)左端面设有第一O型密封圈(3)，所述密封壳体(2)右端面设有第二O型密封圈(17)。
10.根据权利要求6所述一种用于高温工况的高速磁流体密封装置，其特征在于：所述左极靴(8)、所述中间极靴(11)、所述右极靴(13)与所述旋转轴(1)接触面设有第三O型密封圈(25)。
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