CN113494608A - 一种能耐轴向和径向振动的磁性液体密封装置 - Google Patents

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Abstract

本发明一种能耐轴向和径向振动的磁性液体密封装置，属于机械工程密封技术领域。该装置包括：转轴、密封圈Ⅰ、J型轴套、轴承挡圈Ⅰ、轴承、轴承挡圈Ⅱ、U型套环、极靴挡圈Ⅰ、内极靴、内密封圈、内永磁体、外壳、极靴挡圈Ⅱ、外极靴、外密封圈、外永磁体、端盖、密封圈Ⅱ、密封圈Ⅲ、拉紧螺栓、弹簧垫圈、支撑弹簧、密封垫片、轴向弹簧、压盖、密封圈Ⅳ、紧定螺钉。转轴产生轴向振动时，轴承外圈无挡边，J型轴套和U型套环能在轴向发生相对位移；转轴产生径向振动时，U型套环能发生径向偏移，保证密封间隙，防止极靴与J型轴套磕碰；在支撑弹簧和轴向弹簧的作用下，密封圈Ⅲ和密封圈Ⅳ受压保证密封，U型套环和端盖未直接接触不发生端面摩擦。

Description

一种能耐轴向和径向振动的磁性液体密封装置
技术领域
本发明属于机械工程密封技术领域，具体涉及一种能耐轴向和径向振动的磁性液体密封装置。
背景技术
磁性液体密封由于具有零泄漏、长寿命、高可靠性等优点，被广泛应用于密封领域。但是当磁性液体密封装置应用在高速重载工况时，转轴受力、受热会产生轴向和径向振动，影响密封间隙的尺寸和密封件的密封性能，甚至极靴上极齿与旋转件也会因此磕碰损坏。故提出一种能耐轴向和径向振动的磁性液体密封装置。
发明内容
本发明的目的在于解决转轴的轴向和径向振动引起的密封间隙尺寸变化、极靴与旋转件磕碰问题。
本发明所采用的技术方案是：一种能耐轴向和径向振动的磁性液体密封装置，构成该装置包括：转轴(1)、密封圈Ⅰ(2)、J型轴套(3)、轴承挡圈Ⅰ(4)、轴承(5)、轴承挡圈Ⅱ(6)、U型套环(7)、极靴挡圈Ⅰ(8)、内极靴(9)、内密封圈(10)、内永磁体(11)、外壳(12)、极靴挡圈Ⅱ(13)、外极靴(14)、外密封圈(15)、外永磁体(16)、端盖(17)、密封圈Ⅱ(18)、密封圈Ⅲ(19)、拉紧螺栓(20)、弹簧垫圈(21)、支撑弹簧(22)、密封垫片(23)、轴向弹簧(24)、压盖(25)、密封圈Ⅳ(26)、紧定螺钉(27)。
构成该装置各部分之间的连接：所述内极靴(9)内圆面、外极靴(14)外圆面上均设有环形凹槽，所述内密封圈(10)、外密封圈(15)分别安装在对应凹槽内，构成带内密封圈(10)的内极靴(9)、带外密封圈(15)的外极靴(14)；所述内极靴(9)外圆面和外极靴(14)内圆面上均设有极齿；
所述内永磁体(11)、外永磁体(16)、带内密封圈(10)的内极靴(9)、带外密封圈(15)的外极靴(14)依次装入U型套环(7)中，所述U型套环(7)空腔内设有两个环形凹槽，所述极靴挡圈Ⅰ(8)、极靴挡圈Ⅱ(13)分别卡入对应的两个环形凹槽中；所述轴承(5)外圈与U型套环(7)内圆面之间采用过盈配合，所述U型套环(7)内圆面设有一个环形凹槽，所述轴承挡圈Ⅱ(6)卡入环形凹槽中，为轴承(5)外圈提供轴向定位；所述U型套环(7)右端面设有轴向弹簧(24)，每个轴向弹簧(24)周围又设有支撑弹簧(22)；所述U型套环(7)右端面还设有两个环形凹槽，所述密封圈Ⅲ(19)、密封圈Ⅳ(26)分别安装在对应凹槽内；
将已经安装好的轴承(5)、轴承挡圈Ⅱ(6)、U型套环(7)、极靴挡圈Ⅰ(8)、内极靴(9)、内密封圈(10)、内永磁体(11)、极靴挡圈Ⅱ(13)、外极靴(14)、外密封圈(15)、外永磁体(16)、密封圈Ⅲ(19)、支撑弹簧(22)、轴向弹簧(24)、密封圈Ⅳ(26)作为组件Ⅰ，套装到J型轴套(3)上，所述J型轴套(3)外圆面设有一个环形凹槽，所述轴承挡圈Ⅰ(4)卡入环形凹槽中，为轴承(5)内圈提供轴向定位；所述J型轴套(3)内圆面设有一个环形凹槽，所述密封圈Ⅰ(2)安装在环形凹槽中；
所述端盖(17)左端面外圈设有一个环形凹槽，所述密封圈Ⅱ(18)安装在环形凹槽中；所述端盖(17)设有阶梯孔，所述密封垫片(23)放置于阶梯孔的大孔中，所述安装在U型套环(7)右端面上的轴向弹簧(24)穿过阶梯孔，分别固定在所述压盖(25)左端面上，阶梯孔的小孔孔径大于所述轴向弹簧(24)外径；所述端盖(17)左端面上阶梯孔周围分别设有定位凹槽，用来固定所述安装在U型套环(7)右端面上的支撑弹簧(22)的另一端；
所述端盖(17)右端面上阶梯孔周围分别设有螺纹孔；所述压盖(25)设有阶梯孔，所述弹簧垫圈(21)放置于阶梯孔的大孔中，所述压盖(25)通过拉紧螺栓(20)紧密固定在所述端盖(17)上；
将已经安装好的组件Ⅰ、密封圈Ⅰ(2)、J型轴套(3)、轴承挡圈Ⅰ(4)、端盖(17)、密封圈Ⅱ(18)、拉紧螺栓(20)、弹簧垫圈(21)、密封垫片(23)、压盖(25)作为组件Ⅱ；所述内极靴(9)极齿与J型轴套(3)、外极靴(14)极齿与J型轴套(3)之间的间隙均为密封间隙，向密封间隙中注入足量磁性液体；将注入磁性液体的组件Ⅱ安装在外壳(12)中，将组件Ⅱ中的J型轴套(3)套装在转轴(1)上；所述外壳(12)与端盖(17)通过螺栓进行固定；所述J型轴套(3)外圆面右端设有螺纹孔，通过紧定螺钉(27)将J型轴套(3)紧密固定在转轴(1)上；
所述内永磁体(11)和外永磁体(16)均为轴向充磁型永磁环，且沿转轴(1)的轴向方向，内永磁体(11)和外永磁体(16)的磁极极性相反；
所述轴承(5)外圈无挡边，允许转轴(1)相对于外壳(12)有双向的轴向位移。
本发明的工作原理：当转轴(1)产生轴向和径向振动时，J型轴套(3)随转轴(1)同步振动；在轴向上，轴承(5)外圈没有挡边，使得J型轴套(3)能在U型套环(7)包围的空腔中轴向窜动；在径向上，转轴(1)的径向振动经由轴承(5)传递给U型套环(7)，使得U型套环(7)随转轴(1)、轴承(5)在径向上同步振动，从而保证密封间隙的尺寸不发生改变；
轴向弹簧(24)受拉，支撑弹簧(22)受压，两者共同作用使得密封圈Ⅲ(19)和密封圈Ⅳ(26)被压紧保证密封，同时也使得U型套环(7)右端面和端盖(17)左端面不会直接接触而产生摩擦。
本发明与常规磁性液体密封装置相比具有的有益效果：能够耐受转轴的轴向和径向振动，避免密封间隙的尺寸随转轴的振动发生改变，避免由振动引起的极靴与旋转件之间的磕碰甚至密封件的损毁，保证了转轴振动时密封件的密封性能。
附图说明
图1是本发明的一种能耐轴向和径向振动的磁性液体密封装置示意图。
图1中：转轴(1)、密封圈Ⅰ(2)、J型轴套(3)、轴承挡圈Ⅰ(4)、轴承(5)、轴承挡圈Ⅱ(6)、U型套环(7)、极靴挡圈Ⅰ(8)、内极靴(9)、内密封圈(10)、内永磁体(11)、外壳(12)、极靴挡圈Ⅱ(13)、外极靴(14)、外密封圈(15)、外永磁体(16)、端盖(17)、密封圈Ⅱ(18)、密封圈Ⅲ(19)、拉紧螺栓(20)、弹簧垫圈(21)、支撑弹簧(22)、密封垫片(23)、轴向弹簧(24)、压盖(25)、密封圈Ⅳ(26)、紧定螺钉(27)。
具体实施方式
下面详细描述本发明的一种实施例，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。参照附图对本发明做进一步说明：
一种能耐轴向和径向振动的磁性液体密封装置，构成该装置包括：转轴(1)、密封圈Ⅰ(2)、J型轴套(3)、轴承挡圈Ⅰ(4)、轴承(5)、轴承挡圈Ⅱ(6)、U型套环(7)、极靴挡圈Ⅰ(8)、内极靴(9)、内密封圈(10)、内永磁体(11)、外壳(12)、极靴挡圈Ⅱ(13)、外极靴(14)、外密封圈(15)、外永磁体(16)、端盖(17)、密封圈Ⅱ(18)、密封圈Ⅲ(19)、拉紧螺栓(20)、弹簧垫圈(21)、支撑弹簧(22)、密封垫片(23)、轴向弹簧(24)、压盖(25)、密封圈Ⅳ(26)、紧定螺钉(27)。
构成该装置各部分之间的连接：所述内极靴(9)内圆面、外极靴(14)外圆面上均设有环形凹槽，所述内密封圈(10)、外密封圈(15)分别安装在对应凹槽内，构成带内密封圈(10)的内极靴(9)、带外密封圈(15)的外极靴(14)；所述内极靴(9)外圆面和外极靴(14)内圆面上均设有极齿；
所述内永磁体(11)、外永磁体(16)、带内密封圈(10)的内极靴(9)、带外密封圈(15)的外极靴(14)依次装入U型套环(7)中，所述U型套环(7)空腔内设有两个环形凹槽，所述极靴挡圈Ⅰ(8)、极靴挡圈Ⅱ(13)分别卡入对应的两个环形凹槽中；所述轴承(5)外圈与U型套环(7)内圆面之间采用过盈配合，所述U型套环(7)内圆面设有一个环形凹槽，所述轴承挡圈Ⅱ(6)卡入环形凹槽中，为轴承(5)外圈提供轴向定位；所述U型套环(7)右端面设有轴向弹簧(24)，每个轴向弹簧(24)周围又设有支撑弹簧(22)；所述U型套环(7)右端面还设有两个环形凹槽，所述密封圈Ⅲ(19)、密封圈Ⅳ(26)分别安装在对应凹槽内；
将已经安装好的轴承(5)、轴承挡圈Ⅱ(6)、U型套环(7)、极靴挡圈Ⅰ(8)、内极靴(9)、内密封圈(10)、内永磁体(11)、极靴挡圈Ⅱ(13)、外极靴(14)、外密封圈(15)、外永磁体(16)、密封圈Ⅲ(19)、支撑弹簧(22)、轴向弹簧(24)、密封圈Ⅳ(26)作为组件Ⅰ，套装到J型轴套(3)上，所述J型轴套(3)外圆面设有一个环形凹槽，所述轴承挡圈Ⅰ(4)卡入环形凹槽中，为轴承(5)内圈提供轴向定位；所述J型轴套(3)内圆面设有一个环形凹槽，所述密封圈Ⅰ(2)安装在环形凹槽中；
所述端盖(17)左端面外圈设有一个环形凹槽，所述密封圈Ⅱ(18)安装在环形凹槽中；所述端盖(17)设有阶梯孔，所述密封垫片(23)放置于阶梯孔的大孔中，所述安装在U型套环(7)右端面上的轴向弹簧(24)穿过阶梯孔，分别固定在所述压盖(25)左端面上，阶梯孔的小孔孔径大于所述轴向弹簧(24)外径；所述端盖(17)左端面上阶梯孔周围分别设有定位凹槽，用来固定所述安装在U型套环(7)右端面上的支撑弹簧(22)的另一端；
所述端盖(17)右端面上阶梯孔周围分别设有螺纹孔；所述压盖(25)设有阶梯孔，所述弹簧垫圈(21)放置于阶梯孔的大孔中，所述压盖(25)通过拉紧螺栓(20)紧密固定在所述端盖(17)上；
将已经安装好的组件Ⅰ、密封圈Ⅰ(2)、J型轴套(3)、轴承挡圈Ⅰ(4)、端盖(17)、密封圈Ⅱ(18)、拉紧螺栓(20)、弹簧垫圈(21)、密封垫片(23)、压盖(25)作为组件Ⅱ；所述内极靴(9)极齿与J型轴套(3)、外极靴(14)极齿与J型轴套(3)之间的间隙均为密封间隙，向密封间隙中注入足量磁性液体；将注入磁性液体的组件Ⅱ安装在外壳(12)中，将组件Ⅱ中的J型轴套(3)套装在转轴(1)上；所述外壳(12)与端盖(17)通过螺栓进行固定；所述J型轴套(3)外圆面右端设有螺纹孔，通过紧定螺钉(27)将J型轴套(3)紧密固定在转轴(1)上。
所述轴承(5)选用外圈无挡边的圆柱滚子轴承，允许转轴(1)相对于外壳(12)有双向的轴向位移；
所述J型轴套(3)、U型套环(7)、内极靴(9)和外极靴(14)选用导磁性能良好的2Cr13；
所述端盖(17)、支撑弹簧(22)和轴向弹簧(24)均选用非导磁材料；
所述内永磁体(11)和外永磁体(16)均选用铷铁硼材料；
所述内永磁体(11)和外永磁体(16)均为轴向充磁型永磁环，沿转轴(1)的轴向方向，所述内永磁体(11)和外永磁体(16)的磁极极性相反；
所述轴向弹簧(24)的数量为4个，间隔90°均布于U型套环(7)右端面上，每个轴向弹簧(24)周围以90°为间隔均布有4个支撑弹簧(22)，所述压盖(25)的数量为4个。
下面说明磁回路的组成：外永磁体(16)从N极发出的磁场经过外极靴(14)、磁性液体、J型轴套(3)、磁性液体、内极靴(9)到达内永磁体(11)的S极，内永磁体(11)从N极发出的磁场经过U型套环(7)到达外永磁体(16)的S极。

Claims (5)

1.一种能耐轴向和径向振动的磁性液体密封装置，其特征在于，该装置包括：转轴(1)、密封圈Ⅰ(2)、J型轴套(3)、轴承挡圈Ⅰ(4)、轴承(5)、轴承挡圈Ⅱ(6)、U型套环(7)、极靴挡圈Ⅰ(8)、内极靴(9)、内密封圈(10)、内永磁体(11)、外壳(12)、极靴挡圈Ⅱ(13)、外极靴(14)、外密封圈(15)、外永磁体(16)、端盖(17)、密封圈Ⅱ(18)、密封圈Ⅲ(19)、拉紧螺栓(20)、弹簧垫圈(21)、支撑弹簧(22)、密封垫片(23)、轴向弹簧(24)、压盖(25)、密封圈Ⅳ(26)、紧定螺钉(27)；
构成该装置各部分之间的连接：所述内密封圈(10)、外密封圈(15)分别安装在内极靴(9)内圆面、外极靴(14)外圆面上的环形凹槽内，构成带内密封圈(10)的内极靴(9)、带外密封圈(15)的外极靴(14)；所述内极靴(9)外圆面和外极靴(14)内圆面上均设有极齿；
所述内永磁体(11)、外永磁体(16)、带内密封圈(10)的内极靴(9)、带外密封圈(15)的外极靴(14)依次装入U型套环(7)中，所述极靴挡圈Ⅰ(8)、极靴挡圈Ⅱ(13)分别卡入U型套环(7)内侧对应的两个环形凹槽中；所述轴承(5)外圈与U型套环(7)内圆面之间采用过盈配合，所述轴承挡圈Ⅱ(6)卡入U型套环(7)内圆面环形凹槽中，为轴承(5)外圈提供轴向定位；所述U型套环(7)右端面设有轴向弹簧(24)，每个轴向弹簧(24)周围又设有支撑弹簧(22)；所述密封圈Ⅲ(19)、密封圈Ⅳ(26)分别安装在U型套环(7)右端面对应的两个环形凹槽内；
将已经安装好的轴承(5)、轴承挡圈Ⅱ(6)、U型套环(7)、极靴挡圈Ⅰ(8)、内极靴(9)、内密封圈(10)、内永磁体(11)、极靴挡圈Ⅱ(13)、外极靴(14)、外密封圈(15)、外永磁体(16)、密封圈Ⅲ(19)、支撑弹簧(22)、轴向弹簧(24)、密封圈Ⅳ(26)作为组件Ⅰ，套装到J型轴套(3)上，所述轴承挡圈Ⅰ(4)卡入J型轴套(3)外圆面环形凹槽中，为轴承(5)内圈提供轴向定位；所述密封圈Ⅰ(2)安装在J型轴套(3)内圆面环形凹槽中；
所述密封圈Ⅱ(18)安装在端盖(17)左端面外圈环形凹槽中；所述端盖(17)设有阶梯孔，所述密封垫片(23)放置于阶梯孔的大孔中，所述安装在U型套环(7)右端面上的轴向弹簧(24)穿过阶梯孔，分别固定在所述压盖(25)左端面上，阶梯孔的小孔孔径大于所述轴向弹簧(24)外径；所述端盖(17)左端面上阶梯孔周围分别设有定位凹槽，用来固定所述安装在U型套环(7)右端面上的支撑弹簧(22)的另一端；
所述端盖(17)右端面上阶梯孔周围分别设有螺纹孔；所述压盖(25)设有阶梯孔，所述弹簧垫圈(21)放置于阶梯孔的大孔中，所述压盖(25)通过拉紧螺栓(20)紧密固定在所述端盖(17)上；
将安装好的组件Ⅰ、密封圈Ⅰ(2)、J型轴套(3)、轴承挡圈Ⅰ(4)、端盖(17)、密封圈Ⅱ(18)、拉紧螺栓(20)、弹簧垫圈(21)、密封垫片(23)、压盖(25)作为组件Ⅱ；向组件Ⅱ密封间隙中注入足量磁性液体；将注入磁性液体的组件Ⅱ安装在外壳(12)中，组件Ⅱ中的J型轴套(3)套装在转轴(1)上；所述外壳(12)与端盖(17)通过螺栓进行固定；所述J型轴套(3)外圆面右端设有螺纹孔，通过紧定螺钉(27)将J型轴套(3)紧密固定在转轴(1)上。
2.根据权利要求1所述的一种能耐轴向和径向振动的磁性液体密封装置，其特征在于：
所述轴承(5)外圈没有挡边，允许转轴(1)相对于外壳(12)有双向的轴向位移。
3.根据权利要求1所述的一种能耐轴向和径向振动的磁性液体密封装置，其特征在于：
所述内永磁体(11)和外永磁体(16)为轴向充磁型永磁环，且沿转轴(1)的轴向方向，内永磁体(11)和外永磁体(16)的磁极极性相反。
4.根据权利要求1所述的一种能耐轴向和径向振动的磁性液体密封装置，其特征在于：
由于轴承(5)外圈没有挡边，当转轴(1)产生轴向振动时，所述密封圈Ⅰ(2)、J型轴套(3)、轴承挡圈Ⅰ(4)、轴承(5)内圈和紧定螺钉(27)会随转轴(1)一起轴向窜动，其中所述J型轴套(3)在U型套环(7)包围的空腔内发生轴向位移，保证密封间隙不变。
5.根据权利要求1所述的一种能耐轴向和径向振动的磁性液体密封装置，其特征在于：
当转轴(1)产生径向振动时，所述密封圈Ⅰ(2)、J型轴套(3)、轴承挡圈Ⅰ(4)和紧定螺钉(27)随之一起振动，所述轴承(5)将径向振动传递给U型套环(7)，组件Ⅰ随之发生径向偏移，保证密封间隙不变，所述密封圈Ⅲ(19)、密封圈Ⅳ(26)与端盖(17)左端面之间产生微动摩擦；
轴向弹簧(24)处于拉伸状态，支撑弹簧(22)处于压缩状态，以此保证U型套环(7)右端面与端盖(17)左端面没有直接接触，避免两端面发生摩擦磨损，同时保证密封圈Ⅲ(19)和密封圈Ⅳ(26)被压紧到端盖(17)左端面实现密封，避免被密封介质从此处泄露。
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