CN113969983A - 一种磁性液体密封装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的一种磁性液体密封装置，属于机械工程密封技术领域。该装置包括：轴、滑动套筒、密封圈Ⅰ、箱体、密封圈Ⅱ、左极靴、密封圈Ⅲ、环形永磁体、密封圈Ⅳ、密封圈Ⅴ、右极靴、套环、端盖、弹性挡圈、弹簧、带锤杆、紧定螺钉、螺钉杆、弹簧座、连杆。通过滑动套筒和套环的左右移动来改变密封间隙的尺寸，使静止时的密封间隙最大从而降低密封装置的启动扭矩，使工作时的密封间隙最小从而保证密封装置的耐压能力。

Description

一种磁性液体密封装置
技术领域
本发明涉及机械工程密封技术领域，特别适用于对启动扭矩敏感的磁性液体密封装置。
背景技术
磁性液体密封靠磁场束缚磁性液体形成密封环从而实现密封目的，故不存在两密封表面直接接触的问题，所以其具有摩擦磨损低，传输效率高的优点，但在低温或长时间停机后，磁性液体自身物化特性会发生改变，引起密封装置的启动扭矩增大的问题，这将会导致密封装置启动困难甚至造成密封装置的损坏，而且密封间隙越小，启动扭矩增大的越明显，但如果为了降低启动扭矩而增大密封间隙，又会降低工作时密封装置的耐压能力。普通的磁性液体密封装置不能在保证耐压能力的基础上解决启动扭矩增大的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种能降低启动扭矩且保证耐压能力的磁性液体密封装置。
本发明采用的技术方案是：
一种磁性液体密封装置，其特征在于，该装置包括：轴(1)、滑动套筒(2)、密封圈Ⅰ(3)、箱体(4)、密封圈Ⅱ(5)、左极靴(6)、密封圈Ⅲ(7)、环形永磁体(8)、密封圈Ⅳ(9)、密封圈Ⅴ(10)、右极靴(11)、套环(12)、端盖(13)、弹性挡圈(14)、弹簧(15)、带锤杆(16)、紧定螺钉(17)、螺钉杆(18)、弹簧座(19)、连杆(20)；
构成该装置各部分之间的连接：密封圈Ⅰ(3)安装在滑动套筒(2)内圆面的环形凹槽内；密封圈Ⅱ(5)安装在箱体(4)左端面的环形凹槽内；密封圈Ⅲ(7)安装在左极靴(6)外圆面的环形凹槽内；密封圈Ⅳ(9)安装在套环(12)内圆面的环形凹槽内；密封圈Ⅴ(10)安装在右极靴(11)外圆面的环形凹槽内；
将左极靴(6)和环形永磁体(8)依次安装在箱体(4)中，并通过左极靴(6)右端面处的凸肩对环形永磁体(8)进行径向定位；将滑动套筒(2)和弹簧座(19)依次套装到轴(1)上，用紧定螺钉(17)将弹簧座(19)固定在轴(1)上，滑动套筒(2)能够在轴(1)上沿轴向移动，轴(1)的阶梯和弹簧座(19)分别限制了滑动套筒(2)轴向移动的左右极限位置；
将右极靴(11)安装在箱体(4)中，右极靴(11)左端面与环形永磁体(8)右端面接触在一起；将套环(12)采用过盈连接套装到滑动套筒(2)外圆面上，将弹性挡圈(14)安装到滑动套筒(2)外圆面上的环形凹槽内，通过滑动套筒(2)外圆面上的凸肩和弹性挡圈(14)夹紧套环(12)；向密封装置中注入足量磁性液体(21)；端盖(13)与箱体(4)之间采用螺纹连接，将端盖(13)旋入到箱体(4)中，压紧左极靴(6)、环形永磁体(8)和右极靴(11)；
螺钉杆(18)穿过弹簧座(19)上的轴向通孔，弹簧(15)套装到螺钉杆(18)上，将螺钉杆(18)旋入到滑动套筒(2)右端面上的螺钉孔中，将弹簧(15)左右两端分别固定在滑动套筒(2)和弹簧座(19)上，且弹簧(15)处于拉伸状态；
带锤杆(16)、螺钉杆(18)、弹簧座(19)和连杆(20)组成平面连杆机构，带锤杆(16)的无锤端通过铰链连接在弹簧座(19)上，连杆(20)两端通过铰链分别连接螺钉杆(18)和带锤杆(16)。
其中，滑动套筒(2)左端设计成圆台形，套环(12)同样设计成圆台形，并在两个圆台形结构的侧面上分别加工有环形极齿(22)，圆台较小的底面都朝向被密封侧，圆台母线与水平方向的夹角范围均为大于0°且小于等于90°；滑动套筒(2)上的极齿(22)顶端与水平方向的夹角、左极靴(6)的圆台形孔的母线与水平方向的夹角等于滑动套筒(2)上的圆台形结构的母线与水平方向的夹角；套环(12)上的极齿(22)顶端与水平方向的夹角、右极靴(11)的圆台形孔的母线与水平方向的夹角等于套环(12)上的圆台形结构的母线与水平方向的夹角。
与普通磁性液体密封装置相比，本发明的有益效果：1、在轴静止时，密封间隙尺寸最大，减小了密封装置启动扭矩；2、当轴达到最高转速时，密封间隙尺寸最小，保证了工作时密封装置的耐压能力。
附图说明
图1是静止时本发明的具体实施例结构示意图；
图2是工作时本发明的具体实施例结构示意图；
其中：轴(1)、滑动套筒(2)、密封圈Ⅰ(3)、箱体(4)、密封圈Ⅱ(5)、左极靴(6)、密封圈Ⅲ(7)、环形永磁体(8)、密封圈Ⅳ(9)、密封圈Ⅴ(10)、右极靴(11)、套环(12)、端盖(13)、弹性挡圈(14)、弹簧(15)、带锤杆(16)、紧定螺钉(17)、螺钉杆(18)、弹簧座(19)、连杆(20)、磁性液体(21)、极齿(22)。
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，但以下具体实施方式仅是本发明的较优实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制。
如图1和图2所示，构成该装置包括：轴(1)、滑动套筒(2)、密封圈Ⅰ(3)、箱体(4)、密封圈Ⅱ(5)、左极靴(6)、密封圈Ⅲ(7)、环形永磁体(8)、密封圈Ⅳ(9)、密封圈Ⅴ(10)、右极靴(11)、套环(12)、端盖(13)、弹性挡圈(14)、弹簧(15)、带锤杆(16)、紧定螺钉(17)、螺钉杆(18)、弹簧座(19)、连杆(20)；
构成该装置各部分之间的连接：密封圈Ⅰ(3)安装在滑动套筒(2)内圆面的环形凹槽内；密封圈Ⅱ(5)安装在箱体(4)左端面的环形凹槽内；密封圈Ⅲ(7)安装在左极靴(6)外圆面的环形凹槽内；密封圈Ⅳ(9)安装在套环(12)内圆面的环形凹槽内；密封圈Ⅴ(10)安装在右极靴(11)外圆面的环形凹槽内；
将左极靴(6)和环形永磁体(8)依次安装在箱体(4)中，并通过左极靴(6)右端面处的凸肩对环形永磁体(8)进行径向定位；将滑动套筒(2)和弹簧座(19)依次套装到轴(1)上，用紧定螺钉(17)将弹簧座(19)固定在轴(1)上，滑动套筒(2)能够在轴(1)上沿轴向移动，轴(1)的阶梯和弹簧座(19)分别限制了滑动套筒(2)轴向移动的左右极限位置；
将右极靴(11)安装在箱体(4)中；将套环(12)采用过盈连接套装到滑动套筒(2)外圆面上，将弹性挡圈(14)安装到滑动套筒(2)外圆面上的环形凹槽内，通过滑动套筒(2)外圆面上的凸肩和弹性挡圈(14)夹紧套环(12)；向密封装置中注入足量磁性液体(21)；端盖(13)与箱体(4)之间采用螺纹连接，将端盖(13)旋入到箱体(4)中，压紧左极靴(6)、环形永磁体(8)和右极靴(11)；
螺钉杆(18)穿过弹簧座(19)上的轴向通孔，弹簧(15)套装到螺钉杆(18)上，将螺钉杆(18)旋入到滑动套筒(2)右端面上的螺钉孔中，将弹簧(15)左右两端分别固定在滑动套筒(2)和弹簧座(19)上，且弹簧(15)处于拉伸状态；
带锤杆(16)、螺钉杆(18)、弹簧座(19)和连杆(20)组成平面连杆机构，带锤杆(16)的无锤端通过铰链连接在弹簧座(19)上，连杆(20)两端通过铰链分别连接螺钉杆(18)和带锤杆(16)。
其中，滑动套筒(2)左端设计成圆台形，套环(12)同样设计成圆台形，并在两个圆台形结构的侧面上分别加工有环形极齿(22)，圆台较小的底面都朝向被密封侧，圆台母线与水平方向的夹角范围均为大于0°且小于等于90°；滑动套筒(2)上的极齿(22)顶端与水平方向的夹角、左极靴(6)的圆台形孔的母线与水平方向的夹角等于滑动套筒(2)上的圆台形结构的母线与水平方向的夹角；套环(12)上的极齿(22)顶端与水平方向的夹角、右极靴(11)的圆台形孔的母线与水平方向的夹角等于套环(12)上的圆台形结构的母线与水平方向的夹角。
此外，磁性液体(21)在密封间隙处的分布如图2中的局部放大图A和局部放大图B所示。
所述环形永磁体(8)的材料为钕铁硼，其充磁方向为轴向充磁；
所述左极靴(6)、滑动套筒(2)、套环(12)、右极靴(11)均为导磁性良好的2Cr13；
所述箱体(4)和端盖(13)均为不导磁材料；
所述带锤杆(16)与水平方向的最大夹角为75°；
所述带锤杆(16)、螺钉杆(18)、弹簧座(19)和连杆(20)组成的平面连杆机构的数量为4个，且在周向上间隔90°均布。
下面说明磁回路的组成：环形永磁体(8)从N极发出的磁场经过左极靴(6)、滑动套筒(2)、套环(12)、右极靴(11)，最终回到环形永磁体(8)的S极。
下面说明本实施例的工作原理：
当轴(1)静止时，弹簧(15)将滑动套筒(2)拉至右极限位置，带锤杆(16)与水平方向的夹角为0°，此时滑动套筒(2)上的极齿(22)顶端与左极靴(6)的内圆面之间的密封间隙的尺寸处于最大值，套环(12)上的极齿(22)顶端与右极靴(11)的内圆面之间的密封间隙的尺寸也处于最大值，降低密封装置的启动扭矩；
当轴(1)开始旋转时，由于离心力的作用，带锤杆(16)与水平方向的夹角不断增大，推动螺钉杆(18)和滑动套筒(2)向被密封侧平移，所述两处密封间隙的尺寸不断减小；
当轴(1)转速不断提高，带锤杆(16)与水平方向的夹角达到最大，滑动套筒(2)被推动至左极限位置，所述两处密封间隙的尺寸达到最小值，保证工作时密封装置的耐压能力；
当轴(1)转速逐渐降低时，在弹簧(15)的拉动下，滑动套筒(2)逐渐向右极限位置平移，同时推动螺钉杆(18)向右平移，带锤杆(16)与水平方向的夹角逐渐减小，直到轴(1)静止，滑动套筒(2)被弹簧(15)拉至右极限位置，此时带锤杆(16)与水平方向的夹角为0°，所述两处密封间隙的尺寸达到最大值。

Claims (3)

1.一种磁性液体密封装置，其特征在于，该装置包括：轴(1)、滑动套筒(2)、密封圈Ⅰ(3)、箱体(4)、密封圈Ⅱ(5)、左极靴(6)、密封圈Ⅲ(7)、环形永磁体(8)、密封圈Ⅳ(9)、密封圈Ⅴ(10)、右极靴(11)、套环(12)、端盖(13)、弹性挡圈(14)、弹簧(15)、带锤杆(16)、紧定螺钉(17)、螺钉杆(18)、弹簧座(19)、连杆(20)；
构成该装置各部分之间的连接：所述密封圈Ⅰ(3)安装在滑动套筒(2)内圆面的环形凹槽内；所述密封圈Ⅱ(5)安装在箱体(4)左端面的环形凹槽内；所述密封圈Ⅲ(7)安装在左极靴(6)外圆面的环形凹槽内；所述密封圈Ⅳ(9)安装在套环(12)内圆面的环形凹槽内；所述密封圈Ⅴ(10)安装在右极靴(11)外圆面的环形凹槽内；
将左极靴(6)和环形永磁体(8)依次安装在箱体(4)中，并通过左极靴(6)右端面处的凸肩对环形永磁体(8)进行径向定位；将滑动套筒(2)和弹簧座(19)依次套装到轴(1)上，用紧定螺钉(17)将弹簧座(19)固定在轴(1)上，滑动套筒(2)能够在轴(1)上沿轴向移动，轴(1)的阶梯和弹簧座(19)分别限制了滑动套筒(2)轴向移动的左右极限位置；
将右极靴(11)安装在箱体(4)中；将套环(12)采用过盈连接套装到滑动套筒(2)外圆面上，将弹性挡圈(14)安装到滑动套筒(2)外圆面上的环形凹槽内，通过滑动套筒(2)外圆面上的凸肩和弹性挡圈(14)夹紧套环(12)；向密封装置中注入足量磁性液体(21)；端盖(13)与箱体(4)之间采用螺纹连接，将端盖(13)旋入到箱体(4)中，压紧左极靴(6)、环形永磁体(8)和右极靴(11)；
螺钉杆(18)穿过弹簧座(19)上的轴向通孔，弹簧(15)套装到螺钉杆(18)上，将螺钉杆(18)旋入到滑动套筒(2)右端面上的螺钉孔中，将弹簧(15)左右两端分别固定在滑动套筒(2)和弹簧座(19)上，且弹簧(15)处于拉伸状态；
带锤杆(16)、螺钉杆(18)、弹簧座(19)和连杆(20)组成平面连杆机构，带锤杆(16)的无锤端通过铰链连接在弹簧座(19)上，连杆(20)两端通过铰链分别连接螺钉杆(18)和带锤杆(16)。
2.根据权利要求1所述的一种磁性液体密封装置，其特征在于：
滑动套筒(2)左端设计成圆台形，套环(12)同样设计成圆台形，并在两个圆台形结构的侧面上分别加工有环形极齿(22)，圆台较小的底面都朝向被密封侧，圆台母线与水平方向的夹角范围均为大于0°且小于等于90°；滑动套筒(2)上的极齿(22)顶端与水平方向的夹角、左极靴(6)的圆台形孔的母线与水平方向的夹角等于滑动套筒(2)上的圆台形结构的母线与水平方向的夹角；套环(12)上的极齿(22)顶端与水平方向的夹角、右极靴(11)的圆台形孔的母线与水平方向的夹角等于套环(12)上的圆台形结构的母线与水平方向的夹角。
3.根据权利要求1所述的一种磁性液体密封装置，其特征在于：
当轴(1)静止时，弹簧(15)将滑动套筒(2)拉至右极限位置，带锤杆(16)与水平方向的夹角为0°，此时滑动套筒(2)上的极齿(22)顶端与左极靴(6)的内圆面之间的密封间隙的尺寸处于最大值，套环(12)上的极齿(22)顶端与右极靴(11)的内圆面之间的密封间隙的尺寸也处于最大值；
当轴(1)开始旋转时，由于离心力的作用，带锤杆(16)与水平方向的夹角不断增大，推动螺钉杆(18)和滑动套筒(2)向被密封侧平移，所述两处密封间隙的尺寸不断减小；
当轴(1)转速不断提高，带锤杆(16)与水平方向的夹角达到最大，滑动套筒(2)被推动至左极限位置，所述两处密封间隙的尺寸达到最小值；为保证带锤杆(16)能够持续稳定的推动螺钉杆(18)和滑动套筒(2)，带锤杆(16)与水平方向的夹角范围为大于等于60°且小于90°；
当轴(1)转速逐渐降低时，在弹簧(15)的拉动下，滑动套筒(2)逐渐向右极限位置平移，同时推动螺钉杆(18)向右平移，带锤杆(16)与水平方向的夹角逐渐减小，直到轴(1)静止，滑动套筒(2)被弹簧(15)拉至右极限位置，此时带锤杆(16)与水平方向的夹角为0°，所述两处密封间隙的尺寸达到最大值。
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