CN114294425A

CN114294425A - 一种应用于高速旋转的离心式磁性液体密封结构及方法

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Publication number: CN114294425A
Application number: CN202210060095.0A
Authority: CN
Inventors: 张艳娟; 郭佳璇; 李德才; 杨建伟; 刘勇
Original assignee: Beijing University of Civil Engineering and Architecture
Current assignee: Beijing University of Civil Engineering and Architecture
Priority date: 2022-01-19
Filing date: 2022-01-19
Publication date: 2022-04-08

Abstract

本发明涉及一种应用于高速旋转的离心式磁性液体密封结构及方法。一种应用于高速旋转的离心式磁性液体密封结构，包括外壳、主轴，主轴通过轴承轴承安装在外壳内，主轴的两端与外壳之间通过轴承端盖进行密封；主轴上设有左极靴、右极靴，左极靴、右极靴之间设有磁源，外壳内对应左极靴、右极靴、磁源处设有导磁套，磁源、左极靴、右极靴、导磁套形成导磁回路；左极靴、右极靴与导磁套之间形成密封间隙；导磁套的两端与左轴承、右轴承之间分别设有左隔磁环、右隔磁环，左隔磁环、右隔磁环位于导磁回路两侧起到定位和隔磁的作用。本发明解决高速旋转过程中典型磁性液体密封结构极靴易受轴面碰撞损坏、极靴加工工艺性差、大间隙时密封性能差的问题。

Description

一种应用于高速旋转的离心式磁性液体密封结构及方法

技术领域

本发明涉及一种应用于高速旋转的离心式磁性液体密封结构及方法。

背景技术

密封是旋转机械的一个关键环节，实际生产中密封泄漏为旋转机械的多发故障之一。旋转密封一般可以分为接触式密封和非接触式密封。接触式密封的密封性好，但与机械设备间的摩擦损耗大，只适用于转速较低的场合。传统的非接触式密封有迷宫密封、离心密封等，可适用于较高转速的旋转设备，但这些密封的泄漏率相对较高。磁性液体密封是一种新型非接触式密封，具有零泄漏、无污染等优点。磁性液体密封是利用磁性液体在外加磁场作用下毫秒内由液体转变为类固体的性质进行密封。磁性液体密封利用极靴、导磁套、磁性液体和磁源形成的导磁回路将磁性液体吸附于极靴和导磁套形成的密封间隙内，起到密封的作用。因其无磨损、寿命长、适应性强等优良的密封性能，而得到广泛研究和应用。

在机械设备高速旋转时，由于旋转速度较高，目前常见的磁性液体密封结构密封间隙较小，在安装和工作过程中由于转轴的振动而易与主轴发生碰撞损坏、从而引起磁性液体密封失效。另外离心式密封是利用转轴旋转带动流体产生惯性离心力以克服泄漏的密封装置，可用于高速且有较大密封间隙的环境，但其对转轴的振动敏感和功率消耗大，并需辅助停车密封。

发明内容

为了克服上述现有技术中存在的问题，本发明提出一种应用于高速旋转的离心式磁性液体密封结构，解决高速旋转过程中典型磁性液体密封结构极靴易受轴面碰撞损坏、极靴加工工艺性差、大间隙时密封性能差的问题。

本发明解决上述问题的技术方案是：一种应用于高速旋转的离心式磁性液体密封结构，其特殊之处在于：

包括外壳、主轴，所述主轴通过左轴承、右轴承安装在外壳内，主轴的两端与外壳之间通过轴承端盖进行密封；

所述主轴上套设有左极靴、右极靴，左极靴、右极靴之间设有磁源，外壳内对应左极靴、右极靴、磁源处设有导磁套，磁源、左极靴、右极靴、导磁套形成导磁回路，磁源、左极靴、右极靴、导磁套围成储液腔，储液腔用于存储磁性液体；左极靴、右极靴与导磁套之间形成密封间隙；

主轴上位于左极靴与左轴承之间设有定位套筒，左极靴与左轴承之间通过定位套筒进行定位；右极靴与主轴之间通过轴肩进行轴向定位；

导磁套的两端与左轴承、右轴承之间分别设有左隔磁环、右隔磁环，左隔磁环、右隔磁环位于导磁回路两侧起到定位和隔磁的作用。

进一步地，上述左极靴、右极靴与主轴之间均为过盈配合，以保证周向旋转。

进一步地，上述左极靴、右极靴、导磁套由导磁性材料制成。

进一步地，上述轴承端盖上安装有毡圈油封，用于对轴承端盖于主轴之间进行密封。

进一步地，上述导磁套上设有第一o型密封圈，用于对导磁套与外壳之间进行密封。

进一步地，上述左极靴、右极靴上均设有第二o型密封圈，用于对主轴与左极靴、右极靴之间进行密封。

进一步地，上述左极靴包括套筒，套筒的一端设有圆环，圆环的边缘与导磁套之间形成密封间隙。

进一步地，上述左极靴与右极靴结构相同。

进一步地，上述轴承端盖通过六角螺栓与外壳连接。

另外，本发明还提出一种上述应用于高速旋转的离心式磁性液体密封结构的安装方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：

1)将密封外壳套入主轴上；

2)主轴右端装入右轴承，装入右隔磁环，导磁套上安装第一o型密封圈后装入外壳内，右极靴安装第二o型密封圈后套设在主轴上，再装入磁源，左极靴安装第二o型密封圈后套设在主轴上；

3)装入定位套筒用于对左极靴进行定位；

4)装入左隔磁环、左轴承；

5)从两端安装轴承端盖，端盖上均安装有毡圈油封，并通过六角螺栓与外壳连接。

与现有技术相比，本发明的应用于高速旋转的离心式磁性液体密封结构的显著优点是：

本发明与一般磁性液体密封通过改变极齿形状和极齿数量改善密封性能不同，本发明创新性的改变了极靴的整体结构，将极靴的极齿加工在极靴外圈，利用磁源、极靴与导磁套形成导磁回路，将磁性液体牢牢吸附在极靴与导磁套形成的密封间隙内，从而防止泄漏的发生；且将离心密封应用于磁性液体密封中；在高速旋转过程中，由于受到随转轴旋转的极靴的离心力作用，磁性液体沿径向甩出，通过磁回路被极靴牢牢吸附于密封间隙内，提高密封性能。

附图说明

图1为本发明提供的应用于高速旋转的离心式磁性液体密封结构图。

其中，1、主轴，2、右轴承端盖，3、右轴承，4、右隔磁环，5、导磁套，6、左隔磁环，7、左轴承，8、左轴承端盖，9、毡圈油封，10、六角螺栓，11、套筒，12、左极靴，13、磁源，14、右极靴，15、第一o型密封圈，16、第二o型密封圈，17、外壳。

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，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方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。

参见图1，本发明提供了一种应用于高速旋转的离心式磁性液体密封结构，包括外壳17、主轴1，所述主轴1通过左轴承7、右轴承3安装在外壳17内，主轴1的两端与外壳17之间通过轴承端盖进行密封。

所述主轴1上套设有左极靴12、右极靴14，左极靴12、右极靴14设有磁源13，外壳17内对应左极靴12、右极靴14、磁源13处设有导磁套5，磁源13、左极靴12、右极靴14、导磁套5形成导磁回路，磁源13、左极靴12、右极靴14、导磁套5围成储液腔，储液腔用于存储磁性液体；左极靴12、右极靴14与导磁套5之间形成密封间隙。

主轴1上位于左极靴12与左轴承7之间设有定位套筒11，左极靴12与左轴承7之间通过定位套筒11进行定位；右极靴14与主轴1之间通过轴肩进行轴向定位；导磁套5的两端与左轴承7、右轴承3之间分别设有左隔磁环6、右隔磁环4，左隔磁环6、右隔磁环4位于导磁回路两侧起到定位和隔磁的作用。轴承支承整个结构在旋转轴上正常工作。

作为本发明的一个优选实施例，上述左极靴12、右极靴14与主轴1之间均为过盈配合，以保证周向旋转。

作为本发明的一个优选实施例，上述左极靴12、右极靴14、导磁套5由导磁性材料制成，其他结构除磁源均采用非导磁性材料。

作为本发明的一个优选实施例，上述轴承端盖上安装有毡圈油封9，用于对轴承端盖于主轴1之间进行密封。

作为本发明的一个优选实施例，上述导磁套5上设有第一o型密封圈15，用于对导磁套5与外壳17之间进行密封。

作为本发明的一个优选实施例，上述左极靴12、右极靴14上均设有第二o型密封圈16，用于对主轴1与左极靴12、右极靴14之间进行密封。

作为本发明的一个优选实施例，上述左极靴12包括套筒，套筒的一端设有圆环，圆环的边缘与导磁套5之间形成密封间隙。

作为本发明的一个优选实施例，上述左极靴12与右极靴14结构相同。

作为本发明的一个优选实施例，上述轴承端盖通过六角螺栓10与外壳17连接。

该密封结构工作原理为：

由磁源13、左极靴12、右极靴14、导磁套5形成导磁回路，磁性液体由于磁场力的作用被牢牢吸附在极靴与导磁套5形成的密封间隙内，在静止或主轴低速旋转时起到静密封的作用，多余的磁性液体由于磁铁的强磁性将被吸附于磁铁附近，起到暂时储存磁液的作用。当主轴1开始高速旋转时，磁性液体在离心力作用下被甩向导磁套5的方向，并由于磁场力作用，被甩出的磁性液体将自动补给密封间隙内磁液损失，保证高速旋转过程中密封的可靠性和持久性。

实施例

参见图1，一种应用于高速旋转的离心式磁性液体密封结构，包括外壳17、主轴1，所述主轴1通过左轴承7、右轴承3安装在外壳17内，主轴1的两端与外壳17之间通过左轴承端盖8和右轴承端盖2进行密封。

所述主轴1上套设有左极靴12、右极靴14，左极靴12、右极靴14之间设有磁源13，左极靴12、右极靴14与主轴1之间均为过盈配合。外壳17内对应左极靴12、右极靴14、磁源13处设有导磁套5，磁源13、左极靴12、右极靴14、导磁套5形成导磁回路，磁源13、左极靴12、右极靴14、导磁套5围成储液腔，储液腔用于存储磁性液体；左极靴12、右极靴14与导磁套5之间形成密封间隙。左极靴12与右极靴14结构相同，包括一个套筒结构，套筒的一端设有圆环结构，圆环的边缘与导磁套5之间形成密封间隙。

主轴1上位于左极靴12与左轴承7之间设有定位套筒11，左极靴12与左轴承7之间通过定位套筒11进行定位；右极靴14与主轴1之间通过轴肩进行轴向定位；导磁套5的两端与左轴承7、右轴承3之间分别设有左隔磁环6、右隔磁环4，左隔磁环6、右隔磁环4位于导磁回路两侧起到定位和隔磁的作用。轴承支承整个结构在旋转轴上正常工作。轴承端盖上安装有毡圈油封9，用于对轴承端盖于主轴1之间进行密封。导磁套5上设有第一o型密封圈15，用于对导磁套5与外壳17之间进行密封。左极靴12、右极靴14上均设有第二o型密封圈16，用于对主轴1与左极靴12、右极靴14之间进行密封。左轴承端盖8和右轴承端盖2通过六角螺栓10与外壳17连接。

上述左极靴12、右极靴14、导磁套5由导磁性材料制成，其他结构除磁源均采用非导磁性材料。

本发明还提出一种上述应用于高速旋转的离心式磁性液体密封结构的安装方法，包括以下步骤：

1)将密封外壳17套入主轴1上；

2)主轴1右端装入右轴承3，装入右隔磁环4，导磁套5上安装第一o型密封圈15后装入外壳17内，右极靴14安装第二o型密封圈16后套设在主轴1上，再装入磁源13，左极靴12安装第二o型密封圈16后套设在主轴1上；

3)装入定位套筒11用于对左极靴12进行定位；

4)装入左隔磁环6、左轴承7；

5)从两端安装轴承端盖，端盖上均安装有毡圈油封9，并通过六角螺栓10与外壳连接。

综上所述，本发明集成了传统离心式密封和磁性液体密封的优点，在高速密封过程中具有显著的优势。本发明不仅在磁回路的核心部件进行的创新设计，还在整体结构进行了优化，具备完整的密封结构，从而可以达到高速旋转密封的要求，保证高速旋转过程中密封的可靠性和持久性。

以上所述仅为本发明的实施例，并非以此限制本发明的保护范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的系统领域，均同理包括在本发明的保护范围内。

Claims

1.一种应用于高速旋转的离心式磁性液体密封结构，其特征在于：

包括外壳(17)、主轴(1)，所述主轴(1)通过左轴承(7)、右轴承(3)安装在外壳(17)内，主轴(1)的两端与外壳(17)之间通过轴承端盖进行密封；

所述主轴(1)上套设有左极靴(12)、右极靴(14)，左极靴(12)、右极靴(14)之间设有磁源(13)，外壳(17)内对应左极靴(12)、右极靴(14)、磁源(13)处设有导磁套(5)，磁源(13)、左极靴(12)、右极靴(14)、导磁套(5)形成导磁回路，磁源(13)、左极靴(12)、右极靴(14)、导磁套(5)围成储液腔，储液腔用于存储磁性液体；左极靴(12)、右极靴(14)与导磁套(5)之间形成密封间隙；

主轴(1)上位于左极靴(12)与左轴承(7)之间设有定位套筒(11)，左极靴(12)与左轴承(7)之间通过定位套筒(11)进行定位；右极靴(14)与主轴(1)之间通过轴肩进行轴向定位；

导磁套(5)的两端与左轴承(7)、右轴承(3)之间分别设有左隔磁环(6)、右隔磁环(4)，左隔磁环(6)、右隔磁环(4)位于导磁回路两侧起到定位和隔磁的作用。

2.根据权利要求1所述的一种应用于高速旋转的离心式磁性液体密封结构，其特征在于：

所述左极靴(12)、右极靴(14)与主轴(1)之间均为过盈配合。

3.根据权利要求2所述的一种应用于高速旋转的离心式磁性液体密封结构，其特征在于：

所述左极靴(12)、右极靴(14)、导磁套(5)由导磁性材料制成。

4.根据权利要求3所述的一种应用于高速旋转的离心式磁性液体密封结构，其特征在于：

所述轴承端盖上安装有毡圈油封(9)，用于对轴承端盖于主轴(1)之间进行密封。

5.根据权利要求4所述的一种应用于高速旋转的离心式磁性液体密封结构，其特征在于：

所述导磁套(5)上设有第一o型密封圈(15)，用于对导磁套(5)与外壳(17)之间进行密封。

6.根据权利要求1-5任一所述的一种应用于高速旋转的离心式磁性液体密封结构，其特征在于：

所述左极靴(12)、右极靴(14)上均设有第二o型密封圈(16)，用于对主轴(1)与左极靴(12)、右极靴(14)之间进行密封。

7.根据权利要求1-5任一所述的一种应用于高速旋转的离心式磁性液体密封结构，其特征在于：

所述左极靴(12)包括套筒，套筒的一端设有圆环，圆环的边缘与导磁套(5)之间形成密封间隙。

8.根据权利要求7所述的一种应用于高速旋转的离心式磁性液体密封结构，其特征在于：

所述左极靴(12)与右极靴(14)结构相同。

9.根据权利要求1-5任一所述的一种应用于高速旋转的离心式磁性液体密封结构，其特征在于：

所述轴承端盖通过六角螺栓(10)与外壳(17)连接。

10.一种应用于高速旋转的离心式磁性液体密封结构的安装方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)将密封外壳(17)套入主轴(1)上；

2)主轴(1)右端装入右轴承(3)，装入右隔磁环(4)，导磁套(5)上安装第一o型密封圈(15)后装入外壳(17)内，右极靴(14)安装第二o型密封圈(16)后套设在主轴(1)上，再装入磁源(13)，左极靴(12)安装第二o型密封圈(16)后套设在主轴(1)上；

3)装入定位套筒(11)用于对左极靴(12)进行定位；

4)装入左隔磁环(6)、左轴承(7)；

5)从两端安装轴承端盖，端盖上均安装有毡圈油封(9)，并通过六角螺栓(10)与外壳连接。