CN113108064A - 一种模块化磁性液体密封装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的模块化磁性液体密封装置，属于机械工程密封领域。构成该装置包括：轴、密封圈Ⅰ、套筒、环形永磁体Ⅰ、导磁环、环形永磁体Ⅱ、箱体、密封圈Ⅱ、密封圈Ⅲ、内凸肩套杯、左轴承、金属垫片Ⅰ、右轴承、金属垫片Ⅱ、端盖、圆螺母Ⅰ、圆螺母Ⅱ、平头紧定螺钉。将接触式的端面密封变成磁性液体密封，减小了两密封表面的摩擦磨损和温升，而且模块化的磁性液体密封装置无需进行复杂拆装，损坏后直接使用备用品替代，缩短停工时间。将轴向密封转变为径向密封，减小了密封装置轴向尺寸，同时也能耐受小幅度的径向振动。用两个磁极方向相反安装的环形永磁体，缩短了磁路，增强了密封间隙的磁场强度，提高了密封能力。

Description

一种模块化磁性液体密封装置
技术领域
本发明属于机械工程密封技术领域，具体涉及一种模块化磁性液体密封装置。
背景技术
端面密封是一种应用广泛的旋转轴动密封，在许多高压、高温、高速、易燃、易爆和腐蚀性介质等工况下取得了较好的使用效果，已成为流体密封技术中极其重要的动密封形式。但端面密封作为一种接触式密封，两密封端面挤压接触相互摩擦而产生的热量，会使密封端面温度升高，造成液膜失稳或破坏，加剧密封面的磨损，难以保证密封的寿命。磁性液体密封通过密封间隙内的磁性液体实现密封，可以避免两密封面直接接触产生摩擦磨损的问题。但传统的磁性液体密封装置在装配时存在困难，这是磁性液体密封装置没有广泛应用的原因之一，故提出一种模块化磁性液体密封装置。
发明内容
本发明的目的是将磁性液体密封应用在端面密封中，并将磁性液体密封装置模块化，提供一种易拆装，磁路短，结构简单，安全性和可靠性高的磁性液体密封装置。
本发明采用的技术方案是：
一种模块化磁性液体密封装置，该装置包括：轴(1)、密封圈Ⅰ(2)、套筒(3)、环形永磁体Ⅰ(4)、导磁环(5)、环形永磁体Ⅱ(6)、箱体(7)、密封圈Ⅱ(8)、密封圈Ⅲ(9)、内凸肩套杯(10)、左轴承(11)、金属垫片Ⅰ(12)、右轴承(13)、金属垫片Ⅱ(14)、端盖(15)、圆螺母Ⅰ(16)、圆螺母Ⅱ(17)、平头紧定螺钉(18)。
构成该装置各部分之间的连接：所述密封圈Ⅰ(2)安装在套筒(3)内圆面的凹槽内；所述密封圈Ⅱ(8)安装在内凸肩套杯(10)与箱体(7)接触的端面凹槽内；所述密封圈Ⅲ(9)安装在内凸肩套杯(10)与导磁环(5)接触的端面凹槽内；
环形永磁体Ⅰ(4)与环形永磁体Ⅱ(6)胶接安装在导磁环(5)左端面的两个环形凹槽内，组成带两个环形永磁体的磁源组件；导磁环(5)采用螺钉连接安装于内凸肩套杯(10)上；左轴承(11)、套筒(3)、金属垫片Ⅰ(12)、金属垫片Ⅱ(14)、右轴承(13)依次安装于内凸肩套杯(10)内；圆螺母Ⅰ(16)和圆螺母Ⅱ(17)依次安装于套筒(3)螺纹处，组成双螺母防松结构，压紧左轴承(11)内圈、金属垫片Ⅱ(14)和右轴承(13)内圈；端盖(15)与内凸肩套杯(10)之间采用螺纹连接，旋紧端盖(15)压紧左轴承(11)外圈、金属垫片Ⅰ(12)和右轴承(13)外圈；预紧后的左轴承(11)和右轴承(13)实现了套筒(3)在内凸肩套杯(10)上轴向定位，也就确保了环形永磁体Ⅰ(4)和环形永磁体Ⅱ(6)与套筒(3)之间的密封间隙；套筒(3)套装在轴(1)上；内凸肩套杯(10)采用双头螺柱连接安装于箱体(7)上；拧紧平头紧定螺钉(18)，实现套筒(3)在轴(1)上的周向定位；
内凸肩套杯(10)与箱体(7)通过双头螺柱连接安装在一起，表面紧密接触压紧密封圈Ⅱ(8)形成密封；导磁环(5)与内凸肩套杯(10)通过螺钉连接安装在一起，表面紧密接触压紧密封圈Ⅲ(9)形成密封；套筒(3)内圆面与轴(1)的圆周面紧密接触，压紧密封圈Ⅰ(2)形成密封；在套筒(3)左端高凸肩的右端面上与环形永磁体Ⅰ(4)和环形永磁体Ⅱ(6)配合的区域加工有极齿，在有极齿的密封间隙中注入足量磁性液体，形成磁性液体密封环；磁性液体被束缚极齿与环形永磁体Ⅰ(4)和环形永磁体Ⅱ(6)之间，形成的是径向密封。
与端面密封装置和传统磁性液体密封装置相比，本发明的有益效果：
1、避免了两密封表面直接挤压接触，减小了两密封表面相对运动时造成的摩擦磨损和温升；2、两个环形永磁体安装在导磁环上，且磁极方向相反，缩短了磁路，增强了密封间隙的磁场强度，提高了密封能力；3、由于采用的是非接触式的径向密封，减小了密封装置的轴向尺寸，同时在轴发生径向振动时，也能保证密封装置的密封性能；4、模块化的磁性液体密封装置无需进行复杂拆装，损坏后直接使用备用品替代，缩短了更换时的停工时间，降低了对安装人员的技艺要求；5、密封间隙中，磁性液体所受离心力的方向和被密封介质的压力方向相反，磁性液体由于离心力而产生的变形，可以抵消一部分由于介质压力而产生的变形，从而提高了密封装置的密封能力。密封间隙中，被密封介质所受离心力的方向和被密封介质的泄漏方向相反，可以减少被密封介质的泄漏量。
附图说明
图1是本发明的模块化磁性液体密封装置示意图；
图1中：轴(1)、密封圈Ⅰ(2)、套筒(3)、环形永磁体Ⅰ(4)、导磁环(5)、环形永磁体Ⅱ(6)、箱体(7)、密封圈Ⅱ(8)、密封圈Ⅲ(9)、内凸肩套杯(10)、左轴承(11)、金属垫片Ⅰ(12)、右轴承(13)、金属垫片Ⅱ(14)、端盖(15)、圆螺母Ⅰ(16)、圆螺母Ⅱ(17)、平头紧定螺钉(18)。
具体实施方式
以附图为具体实施方式对本发明做进一步说明，为叙述方便，下文中如出现“左”、“右”字样，仅表示与附图本身的左、右方向一致，并不对结构起限定作用。
一种模块化磁性液体密封装置如图1所示，该装置包括：轴(1)、密封圈Ⅰ(2)、套筒(3)、环形永磁体Ⅰ(4)、导磁环(5)、环形永磁体Ⅱ(6)、箱体(7)、密封圈Ⅱ(8)、密封圈Ⅲ(9)、内凸肩套杯(10)、左轴承(11)、金属垫片Ⅰ(12)、右轴承(13)、金属垫片Ⅱ(14)、端盖(15)、圆螺母Ⅰ(16)、圆螺母Ⅱ(17)、平头紧定螺钉(18)。
构成该装置各部分之间的连接：所述密封圈Ⅰ(2)安装在套筒(3)内圆面的凹槽内；所述密封圈Ⅱ(8)安装在内凸肩套杯(10)与箱体(7)接触的端面凹槽内；所述密封圈Ⅲ(9)安装在内凸肩套杯(10)与导磁环(5)接触的端面凹槽内；
环形永磁体Ⅰ(4)与环形永磁体Ⅱ(6)胶接安装在导磁环(5)左端面的两个环形凹槽内，组成带两个环形永磁体的磁源组件；导磁环(5)采用螺钉连接安装于内凸肩套杯(10)上；左轴承(11)、套筒(3)、金属垫片Ⅰ(12)、金属垫片Ⅱ(14)、右轴承(13)依次安装于内凸肩套杯(10)内；圆螺母Ⅰ(16)和圆螺母Ⅱ(17)依次安装于套筒(3)螺纹处，组成双螺母防松结构，压紧左轴承(11)内圈、金属垫片Ⅱ(14)和右轴承(13)内圈；端盖(15)与内凸肩套杯(10)之间采用螺纹连接，旋紧端盖(15)压紧左轴承(11)外圈、金属垫片Ⅰ(12)和右轴承(13)外圈；预紧后的左轴承(11)和右轴承(13)实现了套筒(3)在内凸肩套杯(10)上轴向定位，也就确保了环形永磁体Ⅰ(4)和环形永磁体Ⅱ(6)与套筒(3)之间的密封间隙；套筒(3)套装在轴(1)上；内凸肩套杯(10)采用双头螺柱连接安装于箱体(7)上；拧紧平头紧定螺钉(18)，实现套筒(3)在轴(1)上的周向定位；
内凸肩套杯(10)与箱体(7)通过双头螺柱连接安装在一起，表面紧密接触压紧密封圈Ⅱ(8)形成密封；导磁环(5)与内凸肩套杯(10)通过螺钉连接安装在一起，表面紧密接触压紧密封圈Ⅲ(9)形成密封；套筒(3)内圆面与轴(1)的圆周面紧密接触，压紧密封圈Ⅰ(2)形成密封；在套筒(3)左端高凸肩的右端面上与环形永磁体Ⅰ(4)和环形永磁体Ⅱ(6)配合的区域加工有极齿，在有极齿的密封间隙中注入足量磁性液体，形成磁性液体密封环；磁性液体被束缚极齿与环形永磁体Ⅰ(4)和环形永磁体Ⅱ(6)之间，形成的是径向密封。
下面说明磁回路的组成：环形永磁体Ⅰ(4)的N极发出的磁感线经过导磁环(5)到达环形永磁体Ⅱ(6)的S极；环形永磁体Ⅱ(6)的N极发出的磁感线经过磁性液体、套筒(3)、磁性液体到达环形永磁体Ⅰ(4)的S极。磁感线在经过套筒(3)上的极齿时形成磁场梯度，将磁性液体束缚密封间隙内。
所述磁回路仅基于附图上的环形永磁体Ⅰ(4)和环形永磁体Ⅱ(6)的磁极方向，实际应用时环形永磁体Ⅰ(4)和环形永磁体Ⅱ(6)磁极方向相反即可。
所述内凸肩套杯(10)为非导磁材料，套筒(3)为导磁材料。
所述套筒(3)上的极齿数目，由实际工况确定，最少可以设计成单级密封。
所述平头紧定螺钉(18)的材料硬度要小于轴(1)。需要说明的是，平头紧定螺钉(18)与轴(1)的材料硬度具体差值，应由实际工况确定。
所述金属垫片Ⅰ(12)的厚度小于金属垫片Ⅱ(14)，端盖(15)通过螺纹连接固定在内凸肩套杯(10)上，内凸肩套杯(10)的内圆面上与端盖(15)配合的螺纹区域的左边界，应超过右轴承(13)外圈右端面界线，可通过旋紧端盖(15)对轴承进行预紧；套筒(3)与圆螺母Ⅰ(16)、圆螺母Ⅱ(17)配合处的螺纹区域的左边界，应超过右轴承(13)内圈右端面界线，可通过旋紧圆螺母Ⅰ(16)和圆螺母Ⅱ(17)轴向定位左轴承(11)和右轴承(13)的内圈。需要说明的是，金属垫片Ⅰ(12)和金属垫片Ⅱ(14)的厚度具体差值，应由实际工况确定。
所述密封间隙由成对双联角接触球轴承面对面安装来确保。
所述环形永磁体Ⅰ(4)和环形永磁体Ⅱ(6)选用磁性能好的钕铁硼作为材料。
所述磁性液体的种类根据使用环境和密封介质的不同，选择不同的磁性液体。
以上具体实施方式中，环形永磁体Ⅰ(4)和环形永磁体Ⅱ(6)选用的材料、环形永磁体Ⅰ(4)和环形永磁体Ⅱ(6)在导磁环(5)上的固定方式、导磁环(5)在内凸肩套杯(10)上的固定方式、内凸肩套杯(10)在箱体(7)上的固定方式和密封间隙的确保方式仅是本发明的较优实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较优实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质，在本发明的精神和原则之内，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本发明技术方案的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种模块化磁性液体密封装置，其特征在于，该密封装置包括：轴(1)、密封圈Ⅰ(2)、套筒(3)、环形永磁体Ⅰ(4)、导磁环(5)、环形永磁体Ⅱ(6)、箱体(7)、密封圈Ⅱ(8)、密封圈Ⅲ(9)、内凸肩套杯(10)、左轴承(11)、金属垫片Ⅰ(12)、右轴承(13)、金属垫片Ⅱ(14)、端盖(15)、圆螺母Ⅰ(16)、圆螺母Ⅱ(17)、平头紧定螺钉(18)；
构成该装置各部分之间的连接：所述密封圈Ⅰ(2)安装在套筒(3)内圆面的凹槽内；所述密封圈Ⅱ(8)安装在内凸肩套杯(10)与箱体(7)接触的端面凹槽内；所述密封圈Ⅲ(9)安装在内凸肩套杯(10)与导磁环(5)接触的端面凹槽内；
环形永磁体Ⅰ(4)与环形永磁体Ⅱ(6)胶接安装在导磁环(5)左端面的两个环形凹槽内，组成带两个环形永磁体的磁源组件；导磁环(5)采用螺钉连接安装于内凸肩套杯(10)上；左轴承(11)、套筒(3)、金属垫片Ⅰ(12)、金属垫片Ⅱ(14)、右轴承(13)依次安装于内凸肩套杯(10)内；圆螺母Ⅰ(16)和圆螺母Ⅱ(17)依次安装于套筒(3)螺纹处，组成双螺母防松结构，压紧左轴承(11)内圈、金属垫片Ⅱ(14)和右轴承(13)内圈；端盖(15)与内凸肩套杯(10)之间采用螺纹连接，旋紧端盖(15)压紧左轴承(11)外圈、金属垫片Ⅰ(12)和右轴承(13)外圈；预紧后的左轴承(11)和右轴承(13)实现了套筒(3)在内凸肩套杯(10)上轴向定位，也就确保了环形永磁体Ⅰ(4)和环形永磁体Ⅱ(6)与套筒(3)之间的密封间隙；套筒(3)套装在轴(1)上；内凸肩套杯(10)采用双头螺柱连接安装于箱体(7)上；拧紧平头紧定螺钉(18)，实现套筒(3)在轴(1)上的周向定位；
内凸肩套杯(10)与箱体(7)通过双头螺柱连接安装在一起，表面紧密接触压紧密封圈Ⅱ(8)形成密封；导磁环(5)与内凸肩套杯(10)通过螺钉连接安装在一起，表面紧密接触压紧密封圈Ⅲ(9)形成密封；套筒(3)内圆面与轴(1)的圆周面紧密接触，压紧密封圈Ⅰ(2)形成密封；在套筒(3)左端高凸肩的右端面上与环形永磁体Ⅰ(4)和环形永磁体Ⅱ(6)配合的区域加工有极齿，在有极齿的密封间隙中注入足量磁性液体，形成磁性液体密封环；磁性液体被束缚极齿与环形永磁体Ⅰ(4)和环形永磁体Ⅱ(6)之间，形成的是径向密封。
2.根据权利要求1所述的一种模块化磁性液体密封装置，其特征在于：
模块化部分由密封圈Ⅰ(2)、套筒(3)、环形永磁体Ⅰ(4)、导磁环(5)、环形永磁体Ⅱ(6)、密封圈Ⅱ(8)、密封圈Ⅲ(9)、内凸肩套杯(10)、左轴承(11)、金属垫片Ⅰ(12)、右轴承(13)、金属垫片Ⅱ(14)、端盖(15)、圆螺母Ⅰ(16)、圆螺母Ⅱ(17)、平头紧定螺钉(18)组成，拧紧将内凸肩套杯(10)固定于箱体(7)上的双头螺柱连接的螺母，拧紧平头紧定螺钉(18)，就能完成模块化部分的安装。
3.根据权利要求1所述的一种模块化磁性液体密封装置，其特征在于：
环形永磁体Ⅰ(4)和环形永磁体Ⅱ(6)安装时磁极方向相反。
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