CN113790270A - 一种嵌入型套筒式磁性液体密封装置 - Google Patents

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Abstract

嵌入型套筒式磁性液体密封装置，属于机械工程密封领域。本发明解决了磁性液体密封装置在高速旋转、转轴偏心的工况下，密封装置耐压性能失效的问题。该装置由非导磁轴、外壳、左极靴、套筒、右极靴、外极靴、隔磁环、永磁体等组成。嵌入型套筒缩短了装置轴向尺寸，增强密封间隙的磁场；左、右极靴与嵌入型套筒内端和外端的密封间隙互相限制，减小了偏心的影响；左极靴的右端和右极靴的左端沿径向间隔设置两个轴向极齿，套筒两端设置一个轴向极齿，极齿交错分布形成迷宫密封；套筒和左右极靴加工出斜面，当转速增大，内端斜面补充中间迷宫密封磁性液体，外端斜面极齿限制磁性液体流失，当转速下降，磁性液体将恢复到原位置，增强了装置在高速工况的密封性能。

Description

一种嵌入型套筒式磁性液体密封装置
技术领域
本发明属于机械工程密封领域，涉及一种嵌入型套筒式磁性液体密封装置，适用于高速旋转密封。
背景技术
磁性液体密封是近年来迅速发展起来的一项新技术,具有严密的密封性、不可测量的泄漏率、寿命长、可靠性高、无污染、黏性摩擦小、能承受高转速等优点被各行业广泛应用。在实际应用中，由于装配误差、振动等因素的影响，转轴相对密封装置会发生偏心，同时考虑轴的高速转动引起磁性液体因离心力而损失，导致密封装置的耐压性能降低，因此提高密封装置在不同工况的耐压性能是当前研究的热点问题。提高磁性液体密封耐压能力的方法之一是通过改进磁性液体密封结构，如对比专利(公开号为CN 110748647 A和CN109505984 A)所述的密封装置，尽管以上文献所述的密封装置相对普通磁性液体密封性能得到提高，但其密封装置并没有兼顾转轴偏心及离心力对磁性液体密封耐压性能的影响。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，现有磁性液体密封装置由于装配误差、振动、等因素的影响，转轴相对密封装置发生偏心，降低密封装置的耐压性能。同时考虑到轴的高速转动引起磁性液体因离心力而损失的问题。因此提供一种嵌入型套筒式磁性液体密封装置。
本发明的技术方案是：
嵌入型套筒式磁性液体密封装置，该结构包括：轴(1)、外壳(2)、左轴承(3)、左隔磁环(4)、左密封圈(5)、左极靴(11)、左永磁体(6)、套筒(12)、外极靴(7)、右永磁体(8)、密封圈(13)、磁性液体(14)、右极靴(15)、右密封圈(9)、右隔磁环(10)、右轴承(16)、端盖(17)。
所述左密封圈安装在左极靴外圆面的凹槽内，构成带密封圈的左极靴；所述右密封圈安装在右极靴外圆面的凹槽内，构成带密封圈的右极靴；所述的套筒套在轴上，左极靴和右极靴设于外壳内，左极靴和右极靴的外圆面与外壳内壁接触；所述左极靴和外极靴间设有左永磁体，所述右极靴和外极靴间设有右永磁体；所述的左轴承、左隔磁环、轴带密封圈的左极靴、左永磁体、内极靴、外极靴、右永磁体、带密封圈的右极靴、右轴承、端盖依次装入外壳中；带密封圈的左极靴和带密封圈的右极靴和套筒构成密封；向所述装置注入足量的磁性液体，通过端盖定位，端盖与外壳通过螺纹连接。
所述的左极靴(11)，其材料为导磁材料,内端右上加工出斜面，斜面倾角为30°，斜面加工出极齿，极齿方向与斜面垂直，极齿数量2-5个；外端右下加工出平整斜面，斜面倾角为30°；右端面沿径向间隔设置两个极齿，间距为3-5mm，所述极齿方向与右端面垂直。
所述的右极靴(15)，其材料为导磁材料,内端左上加工出斜面，斜面倾角为30°，斜面加工出极齿，极齿方向与斜面垂直，极齿数量2-5个；外端左上加工出平整斜面，斜面倾角为30°；左端面沿径向间隔设置两个极齿，间距为3-5mm，所述极齿方向与右端面垂直。
所述的套筒(12)，外端斜面加工出极齿，斜面倾角为30°，极齿数量2-5个；内端加工出光滑斜面，倾角为30°斜面起到转轴高速时对中间磁液进行补充，低速时磁性液体自恢复到原位置的作用；套筒(12)的左、右两端面加工出一个极齿，极齿方向与右端面垂直。
所述左极靴(11)的内端斜面极齿和右极靴(15)的内端斜面极齿与套筒(12)的内端斜面形成密封间隙，间隙大小为0.1-0.5mm；所述左极靴(11)的外端斜面和右极靴(15)的外端斜面与套筒(12)的外端斜面形成密封间隙，间隙大小为0.1-0.5mm；所述左极靴(11)的右端面和右极靴(15)的左端面的极齿与套筒(12)左右端的极齿交错分布，形成径向迷宫密封，极齿之间的轴向间隙注入磁性液体，密封间隙大小为0.1-0.5mm。
本发明与现有技术比具有的效果是：1、本发明通过设计一种嵌入式套筒，缩短了装置轴向尺寸，同时采用非导磁性轴，增强了密封间隙的磁场。2、当转轴发生偏心时，左右极靴与套筒内端和外端的径向密封间隙相互限制，形成的最大密封间隙呈交错分布，减少转轴偏心引起的径向间隙变化对密封耐压能力的影响3、套筒与极靴的中间极齿径向交错分布形成迷宫密封，减小了因离心力引起的磁性液体的流失。4、套筒和左右极靴加工出斜行环面，在高速工况下，当转速增大，磁性液体沿内端斜面对中间迷宫密封进行补充，外端斜面的极齿限制磁性液体流失，当转速下降，磁性液体沿斜面恢复到原位置，增强了装置在高速工况的密封性能。
附图说明
图1嵌入型套筒式磁性液体密封装置结构图；
图1中：轴(1)、外壳(2)、左轴承(3)、左隔磁环(4)、左密封圈(5)、左极靴(11)、左永磁体(6)、套筒(12)、外极靴(7)、右永磁体(8)、密封圈(13)、磁性液体(14)、右极靴(15)、右密封圈(9)、右隔磁环(10)、右轴承(16)、端盖(17)。
具体实施方式
以附图为具体实施方式对本发明进一步说明：
一种嵌入型套筒式磁性液体密封装置如图1，该密封装置包括：轴(1)、外壳(2)、左轴承(3)、左隔磁环(4)、左密封圈(5)、左极靴(11)、左永磁体(6)、套筒(12)、外极靴(7)、右永磁体(8)、密封圈(13)、磁性液体(14)、右极靴(15)、右密封圈(9)、右隔磁环(10)、右轴承(16)、端盖(17)；
所述的左轴承(3)、轴(1)、左隔磁环(4)、带密封圈的左极靴(11)、左永磁体(6)、极靴套筒(12)、外极靴(7)、右永磁体(8)、带密封环的右极靴(15)、右轴承(16)、依次装入外壳(2)，左极靴(11)和右极靴(15)与套筒(12)左右端面构成迷宫密封，与套筒(12)内端与外端斜面构成密封,外极靴(7)与套筒(12)的外圆面之间构成密封,向所述装置注入足量的磁性液体(14)，右轴承(16)外圈右侧通过端盖定位(17)，端盖(17)与外壳(2)通过螺纹连接；
所述的左密封圈(5)安装在左极靴外圆面的凹槽内，构成带密封圈的左极靴(11)，左极靴(11)安装在外壳的内壁，其内圆面与套筒留有间隙，左极靴(11)的左端面与左隔磁环(4)的右端面连接，通过隔磁环定位，左极靴(11)外圆右端与左永磁体(6)连接；
所述的密封圈(13)安装在套筒内圆面的凹槽内，构成带密封圈的套筒(12)，套筒(12)安装在轴(1)上，左端面为轴肩定位。套筒(12)的外端斜面设有极齿，极齿与左极靴(11)的外端斜面留有密封间隙；套筒(12)的左、右端面设置极齿，极齿沿轴向安装进左极靴的极齿间距内，与左极靴(11)的右端面留有密封间隙，构成迷宫密封；套筒(12)的内端为光滑斜面，与左极靴(11)的内端斜面的极齿形成密封间隙，所述密封间隙注入磁性液体进行密封；
所述的右密封圈(9)安装在右极靴外圆面的凹槽内，构成带密封圈的右极靴(15)，右极靴(15)设于外壳的内壁，其内圆面与套筒(12)留有间隙，右极靴(15)的左端面与右永磁体(8)的左端面连接，通过右永磁体(8)定位。右极靴(15)的外端光滑斜面与套筒(12)外端斜面的极齿间留有密封间隙；右极靴(15)左端面设有间距极齿，沿轴向插入套筒右端面的极齿内，并与套筒右端面留有间隙，形成迷宫密封；右极靴(15)内端斜面设有极齿与套筒(12)内端斜面构成密封间隙，所述密封间隙内注入磁性液体(14)进行密封；
所述永磁体设于外壳(2)的内部，左永磁体(6)位于左极靴(11)和外极靴(7)的中间，右永磁体(8)位于外极靴(7)和右极靴(15)之间，永磁体的内圆面与套筒保持有间距；
所述的外极靴(7)设于外壳(2)的内壁上，外极靴(7)左右两端分别与左永磁体(6)和右永磁体(8)连接，套筒(12)和外极靴(7)相互对应，套筒(12)的外圆面和外极靴(7)的极齿之间构成密封间隙，所述密封间隙内注入磁性液体(14)进行密封。
所述的左极靴(11)，其材料为导磁材料,内端右上加工出斜面，斜面倾角为30°，斜面加工出极齿，极齿方向与斜面垂直，极齿数量2-5个；外端右下加工出平整斜面，斜面倾角为30°；右端面沿径向间隔设置两个极齿，间距为3-5mm，所述极齿方向与右端面垂直。
所述的右极靴(15)，其材料为导磁材料,内端左上加工出斜面，斜面倾角为30°，斜面加工出极齿，极齿方向与斜面垂直，极齿数量2-5个；外端左上加工出平整斜面，斜面倾角为30°；左端面沿径向间隔设置两个极齿，间距为3-5mm，所述极齿方向与右端面垂直。
所述的套筒(12)，外端斜面加工出极齿，斜面倾角为30°，极齿数量2-5个，所述极齿起到形成磁性液体密封和限制磁液流失的作用；内端加工出光滑斜面，倾角为30°，斜面起到转轴高速时对中间磁液进行补充，低速时磁性液体自恢复到原位置的作用；套筒(12)的左、右两端面加工出一个极齿，极齿方向与右端面垂直,所述套筒(12)用于转轴的连接,内孔与转轴采用过盈配合，通过轴(1)和右轴承(16)定位。
所述左极靴(11)的内端斜面极齿和右极靴(15)的内端斜面极齿与套筒(12)的内端斜面形成密封间隙，间隙大小为0.1-0.5mm；所述左极靴(11)的外端斜面和右极靴(15)的外端斜面与套筒(12)的外端斜面形成密封间隙，间隙大小为0.1-0.5mm；所述左极靴(11)的右端面和右极靴(15)的左端面的极齿与套筒(12)左右端的极齿交错分布，形成径向迷宫密封，极齿之间的轴向间隙注入磁性液体，密封间隙大小为0.1-0.5mm。
所述的左轴承(3)设于左隔磁环(4)的左侧，安装在外壳(2)内，左轴承(3)的左侧通过外壳(2)定位；右轴承(16)设于右隔磁环(10)的右侧，轴承内圈通过套筒(12)定位，轴承外圈由右隔磁环(10)和端盖(17)定位。
磁回路的组成：所述的外极靴(7)设于外壳(2)内，套筒(12)和外极靴(7)相互对应，套筒(12)的外圆面和外极靴(7)的极齿之间留有密封间隙；所述的左永磁体(6)和右永磁体(8)的极性相反,左永磁体(6)的左端面为N极,右端面为S极，右永磁体(8)的左端为S极,右端面为N极,左侧磁路从左永磁体(6)N极出发，通过左极靴(11)、套筒(12)、外极靴(7)回到永磁体S极，形成左侧闭合回路,右侧磁路从右永磁体(8)N极出发，通过右极靴(15)、套筒(12)、外极靴(7)回到永磁体S极，形成右侧闭合回路。
极靴选用导磁性能良好的材料，如2Cr13；
永磁体选用铷铁硼作为材料；
外壳、隔磁环、轴均选用不导磁的材料，如不锈钢304；
磁性液体的种类根据使用环境和密封介质的不同，选择不同基载液的磁性液体。

Claims (4)

1.一种嵌入型套筒式磁性液体密封装置，其特征在于：该密封装置包括：轴(1)、外壳(2)、左轴承(3)、左隔磁环(4)、左密封圈(5)、左极靴(11)、左永磁体(6)、套筒(12)、外极靴(7)、右永磁体(8)、密封圈(13)、磁性液体(14)、右极靴(15)、右密封圈(9)、右隔磁环(10)、右轴承(16)、端盖(17)；
所述的左轴承(3)、轴(1)、左隔磁环(4)、带密封圈的左极靴(11)、左永磁体(6)、极靴套筒(12)、外极靴(7)、右永磁体(8)、带密封环的右极靴(15)、右轴承(16)、依次装入外壳(2)；左极靴(11)和右极靴(15)与套筒(12)左右端面构成迷宫密封，与套筒(12)内端与外端斜面构成密封；外极靴(7)与套筒(12)的外圆面之间构成密封；向所述装置注入足量的磁性液体(14)，右轴承(16)外圈右侧通过端盖定位(17)，端盖(17)与外壳(2)通过螺纹连接；
所述的左密封圈(5)安装在左极靴外圆面的凹槽内，构成带密封圈的左极靴(11)，左极靴(11)安装在外壳的内壁，其内圆面与套筒留有间隙，左极靴(11)的左端面与左隔磁环(4)的右端面连接，通过隔磁环定位，左极靴(11)外圆右端与左永磁体(6)连接；
所述的密封圈(13)安装在套筒内圆面的凹槽内，构成带密封圈的套筒(12)，套筒(12)安装在轴(1)上，左端面为轴肩定位；套筒(12)的外端斜面设有极齿，极齿与左极靴(11)的外端斜面留有密封间隙；套筒(12)的左、右端面设置极齿，极齿沿轴向安装进左极靴的极齿间距内，与左极靴(11)的右端面留有密封间隙，构成迷宫密封；套筒(12)的内端为光滑斜面，与左极靴(11)的内端斜面的极齿形成密封间隙，所述密封间隙注入磁性液体进行密封；
所述的右密封圈(9)安装在右极靴外圆面的凹槽内，构成带密封圈的右极靴(15)，右极靴(15)设于外壳的内壁，其内圆面与套筒(12)留有间隙，右极靴(15)的左端面与右永磁体(8)的左端面连接，通过右永磁体(8)定位；右极靴(15)的外端光滑斜面与套筒(12)外端斜面的极齿间留有密封间隙；右极靴(15)左端面设有间距极齿，沿轴向插入套筒右端面的极齿内，并与套筒右端面留有间隙，形成迷宫密封；右极靴(15)内端斜面设有极齿与套筒(12)内端斜面构成密封间隙，所述密封间隙内注入磁性液体(14)进行密封；
所述永磁体设于外壳(2)的内部，左永磁体(6)位于左极靴(11)和外极靴(7)的中间，右永磁体(8)位于外极靴(7)和右极靴(15)之间，永磁体的内圆面与套筒保持间距；
所述的外极靴(7)设于外壳(2)的内壁上，外极靴(7)左右两端分别与左永磁体(6)和右永磁体(8)连接，套筒(12)和外极靴(7)相互对应，套筒(12)的外圆面和外极靴(7)的极齿之间构成密封间隙，所述密封间隙内注入磁性液体(14)进行密封。
2.根据权利要求1所述的嵌入型套筒式磁性液体密封装置，其特征在于：
所述的左极靴(11)，其材料为导磁材料,内端右上加工出斜面，斜面倾角为30°，斜面加工出极齿，极齿方向与斜面垂直，极齿数量2-5个；外端右下加工出平整斜面，斜面倾角为30°；右端面沿径向间隔设置两个极齿，间距为3-5mm，所述极齿方向与右端面垂直；
所述的右极靴(15)，其材料为导磁材料,内端左上加工出斜面，斜面倾角为30°，斜面加工出极齿，极齿方向与斜面垂直，极齿数量2-5个；外端左上加工出平整斜面，斜面倾角为30°；左端面沿径向间隔设置两个极齿，间距为3-5mm，所述极齿方向与右端面垂直；
所述的套筒(12)，外端斜面加工出极齿，斜面倾角为30°，极齿数量2-5个，所述极齿起到形成磁性液体密封和限制磁液流失的作用；内端加工出平整斜面，倾角为30°，斜面起到转轴高速时对中间磁液进行补充，低速时磁性液体自恢复到原位置的作用；套筒(12)的左、右两端面加工出一个极齿，极齿方向与右端面垂直；所述套筒(12)用于转轴的连接,内孔与转轴采用过盈配合，通过轴(1)和右轴承(16)定位；
所述左极靴(11)的内端斜面极齿和右极靴(15)的内端斜面极齿与套筒(12)的内端斜面形成密封间隙，间隙大小为0.1-0.5mm；所述左极靴(11)的外端斜面和右极靴(15)的外端斜面与套筒(12)的外端斜面形成密封间隙，间隙大小为0.1-0.5mm；所述左极靴(11)的右端面和右极靴(15)的左端面的极齿与套筒(12)左右端的极齿交错分布，形成径向迷宫密封，极齿之间的轴向间隙注入磁性液体，密封间隙大小为0.1-0.5mm。
3.根据权利要求1所述的嵌入型套筒式磁性液体密封装置，其特征在于：
所述的外极靴(7)设于外壳(2)内，套筒(12)和外极靴(7)相互对应，套筒(12)的外圆面和外极靴(7)的极齿之间留有密封间隙；所述的左永磁体(6)和右永磁体(8)的极性相反,左永磁体(6)的左端面为N极,右端面为S极，右永磁体(8)的左端为S极,右端面为N极,左侧磁路从左永磁体(6)N极出发，通过左极靴(11)、套筒(12)、外极靴(7)回到永磁体S极，形成左侧闭合回路,右侧磁路从右永磁体(8)N极出发，通过右极靴(15)、套筒(12)、外极靴(7)回到永磁体S极，形成右侧闭合回路。
4.根据权利要求1所述的嵌入型套筒式磁性液体密封装置，其特征在于：
所述的左轴承(3)设于左隔磁环(4)的左侧，安装在外壳(2)内，左轴承(3)的左侧通过外壳(2)定位；右轴承(16)设于右隔磁环(10)的右侧，轴承内圈通过套筒(12)定位，轴承外圈由右隔磁环(10)和端盖(17)定位。
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