CN115264069A - 一种基于磁力补偿的密封装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于磁力补偿的密封装置，包括壳套和第一密封组件；第一密封组件包括动环、静环、固定座和磁力组件；动环套设于动力轴上，静环沿动力轴的轴向可移动地设于固定座，固定座与壳套连接；磁力组件包括第一磁力件和第二磁力件，第一磁力件和第二磁力件相对且分设于静环和固定座上；第一磁力件和第二磁力件可驱动静环朝向动环移动，以使得静环的第一密封面与动环的第二密封面贴合。本发明可在一定程度上减小密封装置在使用中出现卡滞风险，提升了密封装置运行的可靠性，可确保静环周向受力的均匀性，避免静环出现磨损不均匀而导致泄漏量增大的问题，从而达到较好的密封效果。

Description

一种基于磁力补偿的密封装置

技术领域

本发明涉及机械密封技术领域，尤其涉及一种基于磁力补偿的密封装置。

背景技术

在船舶领域，动力轴可将驱动机构输出的动力传递至螺旋桨，基于螺旋桨与水体的相互作用，可确保船舶的正常航行。由于动力轴在传递动力的过程中处于转动状态，为防止水体进入至船体内，需对动力轴设置机械密封。

当前，在对动力轴进行机械密封时，存在较大的密封压力。针对这种类型的机械密封，通常采用基于静环补偿装置的双端面或多端面密封形式。静环补偿装置采用弹簧作为弹性元件，在海水或有杂质的液态介质中使用时，弹簧会发生卡滞及其它故障，导致影响到静环补偿能力，密封装置的密封失效。

与此同时，静环补偿装置通常设置有多个弹簧，多个弹簧分别沿动力轴的周向布置。在实际应用中，各个弹簧刚度的差异性会导致静环密封面所受到的弹簧力不均匀，使得静环出现不均匀的磨损，进而导致液态介质的泄漏量增大，对动力轴达不到所需的密封效果。

发明内容

本发明提供一种基于磁力补偿的密封装置，用以解决的基于弹簧力进行静环补偿的机械密封存在密封可靠性差的问题。

本发明提供一种基于磁力补偿的密封装置，应用于动力轴的密封，所述密封装置包括壳套和第一密封组件；

所述壳套内用于设置所述动力轴，所述壳套与所述动力轴之间形成有密封腔；所述第一密封组件设于所述壳套与所述动力轴之间，并沿所述动力轴的轴向将所述密封腔分隔为第一腔体与第二腔体；所述壳套设有与所述第一腔体连通的通水口；

所述第一密封组件包括动环、静环、固定座和磁力组件；所述动环套设于所述动力轴上，所述静环沿所述动力轴的轴向可移动地设于所述固定座，所述固定座与所述壳套连接；所述磁力组件包括第一磁力件和第二磁力件，所述第一磁力件和所述第二磁力件相对且分设于所述静环和所述固定座上；

其中，所述第一磁力件和所述第二磁力件可驱动所述静环朝向所述动环移动，以使得所述静环的第一密封面与所述动环的第二密封面贴合。

根据本发明提供的一种基于磁力补偿的密封装置，沿所述动力轴的轴向，至少部分所述静环设于所述动环与所述固定座之间；所述第一磁力件和所述第二磁力件相斥，以驱使所述静环的第一密封面与所述动环的第二密封面贴合。

根据本发明提供的一种基于磁力补偿的密封装置，所述静环包括：密封部和安装部；

所述密封部和所述安装部连接，所述密封部背离所述安装部的一侧设有所述第一密封面，所述安装部可移动地设于所述固定座上，所述安装部设有所述第一磁力件，所述固定座设有所述第二磁力件。

根据本发明提供的一种基于磁力补偿的密封装置，所述固定座呈环状，至少部分所述静环插设于所述固定座的内侧面，并能够相对于所述固定座沿所述动力轴的轴向移动。

根据本发明提供的一种基于磁力补偿的密封装置，至少部分所述第一腔体形成于所述动环的外侧壁与所述壳套的内侧壁之间，以及所述静环的外侧壁与所述壳套的内侧壁之间；

所述静环的第一密封面与所述动环的第二密封面分别与所述动力轴的轴向垂直；

所述静环的内侧面与所述动力轴的周壁之间形成有导流间隙，所述导流间隙与所述第二腔体连通。

根据本发明提供的一种基于磁力补偿的密封装置，所述第一磁力件和所述第二磁力件均为环状永磁体，所述第一磁力件和所述第二磁力件相对于所述动力轴的中轴线同轴设置；

或者，所述第一磁力件包括多个第一永磁体单元，多个所述第一永磁体单元相对于所述动力轴的中轴线呈圆周均布；所述第二磁力件包括多个第二永磁体单元，多个所述第二永磁体单元相对于所述动力轴的中轴线呈圆周均布；多个所述第一永磁体单元与多个所述第二永磁体单元一一相对设置。

根据本发明提供的一种基于磁力补偿的密封装置，所述动环配设有限位件；所述限位件设于所述动力轴上，所述限位件与所述动环背离所述静环的一侧抵接。

根据本发明提供的一种基于磁力补偿的密封装置，所述动环配设有密封件；所述密封件设于所述动环的内侧面与所述动力轴的周壁之间。

根据本发明提供的一种基于磁力补偿的密封装置，还包括：至少一个第二密封组件；

所述至少一个第二密封组件位于所述第二腔体内，并设于所述壳套与所述动力轴之间；所述第二密封组件与所述第一密封组件的结构相同。

根据本发明提供的一种基于磁力补偿的密封装置，所述壳套包括：多个节段，多个所述节段沿所述动力轴的轴向依次连接。

本发明提供的基于磁力补偿的密封装置，基于第一磁力件和第二磁力件之间的磁力，在一方面提供动环与静环之间端面密封所需的预紧力，在另一方面，当动力轴产生轴向窜动时，可驱使静环沿轴向移动，确保静环的第一密封面与动环的第二密封面始终保持贴合状态，从而适应密封端面的密封要求。

进一步地，本发明取消了现有的基于弹簧力进行静环补偿的机械密封结构，而是基于磁力补偿的方式进行端面密封，这可在一定程度上减小密封装置在使用中出现卡滞风险，提升了密封装置运行的可靠性，并可确保静环周向受力的均匀性，避免静环出现磨损不均匀而导致泄漏量增大的问题，从而确保密封装置达到较好的密封效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的基于磁力补偿的密封装置的结构示意图；

图2是本发明提供的图1中K处的局部放大示意图；

图3是本发明提供的密封装置通过第一密封组件对船舶的艉端进入的海水进行密封的结构示意图；

图4是本发明提供的密封装置在第一密封组件失效时，通过第二密封组件对船舶的艉端进入的海水进行密封的结构示意图。

附图标记：

100：壳套；200：第一密封组件；300：第二密封组件；400：动力轴；500：限位件；600：密封件；101：通水口；11：第一腔体；12：第二腔体；13：导流间隙；21：动环；22：静环；23：固定座；24：磁力组件；221：密封部；222：安装部；223：引导部；241：第一磁力件；242：第二磁力件。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合图1-图4描述本发明的一种基于磁力补偿的密封装置。

如图1至图2所示，本实施例提供一种基于磁力补偿的密封装置，该密封装置应用于动力轴400的密封，密封装置包括壳套100和第一密封组件200。

动力轴400可转动地设于壳套100内，壳套100与动力轴400之间形成有密封腔；第一密封组件200设于壳套100与动力轴400之间，并沿动力轴400的轴向将密封腔分隔为第一腔体11与第二腔体12；壳套100设有与第一腔体11连通的通水口101。其中，通水口101与壳套100同轴设置，动力轴400穿设于通水口101中，通水口101靠近动力轴400的艉端。

进一步地，第一密封组件200包括动环21、静环22、固定座23和磁力组件24；动环21套设于动力轴400上，静环22沿动力轴400的轴向可移动地设于固定座23，固定座23与壳套100连接；磁力组件24包括第一磁力件241和第二磁力件242，第一磁力件241和第二磁力件242相对且分设于静环22和固定座23上。

其中，第一磁力件241和第二磁力件242可驱动静环22朝向动环21移动，以使得静环22的第一密封面与动环21的第二密封面贴合。

在此应指出的是，本实施例可根据实际需求，对静环22和固定座23的相对位置进行布置，既可利用第一磁力件241和第二磁力件242之间的磁斥力驱动静环22朝向动环21移动，也可利用第一磁力件241和第二磁力件242之间的磁吸力驱动静环22朝向动环21移动，在此不做具体限定。

在实际运行过程中，动环21在动力轴400的带动下相对于静环22转动，江水或海水可通过通水口101进入至第一腔体11中，静环22与动环21通过流体动压进行水润滑，并形成密封副，以阻止第一腔体11内的水体进入至第二腔体12中。

与此同时，基于第一磁力件241和第二磁力件242之间的磁力，在一方面提供动环21与静环22之间端面密封所需的预紧力，在另一方面，当动力轴400产生轴向窜动时，可驱使静环22沿轴向移动，确保静环22的第一密封面与动环21的第二密封面始终保持贴合状态，从而适应密封端面的密封要求。

进一步地，本实施例所示的密封装置取消了现有的基于弹簧力进行静环22补偿的机械密封设计，而是基于磁力补偿的方式进行端面密封，这可在一定程度上减小密封装置在使用中出现卡滞风险，提升了密封装置运行的可靠性，并可确保静环22周向受力的均匀性，避免静环22出现磨损不均匀而导致泄漏量增大的问题，从而确保密封装置达到较好的密封效果。

如图1所示，为实现密封装置在结构设计上的紧凑化，本实施例在沿动力轴400的轴向，将至少部分静环22设于动环21与固定座23之间。

为此，本实施例可利用第一磁力件241和第二磁力件242之间磁力相斥的特性，驱使静环22的第一密封面与动环21的第二密封面贴合，从而对静环22的轴向移动提供补偿力。

其中，本实施例所示的第一磁力件241和第二磁力件242既可以为电磁铁，也可采用永久磁铁，对此不作具体限定。但是，在实际应用中，应确保第一磁力件241朝向第二磁力件242的一端与第二磁力件242朝向第一磁力件241的一端的磁极的极性相同。

在一些实施例中，为了简化控制操作，确保密封装置的使用寿命，第一磁力件241和第二磁力件242均采用永久磁铁。例如，第一磁力件241和第二磁力件242可采用常温下具有较强磁力的钕铁硼磁铁。

在一些实施例中，如图2所示，本实施例所示的静环22包括：密封部221和安装部222。其中，密封部221和安装部222延伸呈环状。

同时，密封部221和安装部222连接，密封部221背离安装部222的一侧设有第一密封面，安装部222可移动地设于固定座23上，安装部222设有第一磁力件241，固定座23设有第二磁力件242。

在实际应用中，为满足动环21和静环22的端面密封需求，动环21和静环22的密封部221可采用高硬度耐磨材料制成。

为实现第一磁力件241的安装，可在安装部222朝向固定座23的一侧面开设第一安装槽，待将第一磁力件241安装于第一安装槽中后，在安装部222上安装第一磁钢封板，以将第一磁力件241封装于第一安装槽中。安装部222与第一磁钢封板上与第一磁力件241接触的部位设有第一磁封结构，以防止安装部222与第一磁钢封板被第一磁力件241磁化。

相应地，为实现第二磁力件242的安装，可在固定座23朝向静环22的一侧面开设第二安装槽，待将第二磁力件242安装于第二安装槽中后，在固定座23上安装第二磁钢封板，以将第二磁力件242封装于第二安装槽中。固定座23与第二磁钢封板上与第二磁力件242接触的部位设有第二磁封结构，以防止固定座23与第二磁钢封板被第二磁力件242磁化。

其中，由于第一安装槽的槽口与第二安装槽的槽口沿动力轴400的轴向相对，则第一磁力件241朝向第二磁力件242的一侧面与第二磁力件242朝向第一磁力件241的一侧面均呈裸露状态，便于基于第一磁力件241和第二磁力件242之间的磁力，驱动静环22相对于固定座23朝向动环21移动。

在一些实施例中，如图1和图2所示，本实施例将固定座23设计呈环状，至少部分静环22插设于固定座23的内侧面，以使得静环22能够相对于固定座23稳定地沿动力轴400的轴向移动。

具体地，本实施例的静环22还可设置引导部223，引导部223设于安装部222朝向固定座23的一端，引导部223相对于动力轴400的中轴线延伸呈环状，且引导部223插设于固定座23的内侧面。

如此，在一方面，固定座23对静环22的安装提供支撑，确保静环22与固定座23同轴布置，在另一方面，固定座23还可对静环22沿动力轴400的轴向移动起到引导作用，使得静环22在第一磁力件241和第二磁力件242之间磁力的作用下，稳定可靠地沿动力轴400的轴向移动。

在一些实施例中，如图1和图2所示，为实现对动环21的安装，本实施例通过键将动环21固定于动力轴400的周壁上，以使得动环21与动力轴400同步转动。

与此同时，动环21配设有限位件500；限位件500设于动力轴400上，限位件500与动环21背离静环22的一侧抵接。其中，限位件500可采用本领域公知的卡环，限位件500用于限制动环21在动力轴400上发生轴向移动。

另外，动环21配设有密封件600；密封件600设于动环21的内侧面与动力轴400的周壁之间。其中，密封件600可以为本领域公知的密封圈，密封件600用于防止动环21与动力轴400的接触面进入水体，导致动环21发生腐蚀等故障。

当然，为防止固定座23与静环22的引导部223之间发生流体泄漏，也可在固定座23的内侧面与引导部223的外侧面之间设置密封圈。

在一些实施例中，为确保静环22沿周向受力的均匀性，本实施例也可基于静环22的安装结构，适应性地设置第一磁力件241和第二磁力件242的排布结构。

在一些示例中，本实施例可设置第一磁力件241和第二磁力件242均为环状永磁体，第一磁力件241和第二磁力件242相对于动力轴400的中轴线同轴设置。

在一些示例中，本实施例也可设置第一磁力件241包括多个第一永磁体单元，多个第一永磁体单元相对于动力轴400的中轴线呈圆周均布；第二磁力件242包括多个第二永磁体单元，多个第二永磁体单元相对于动力轴400的中轴线呈圆周均布；多个第一永磁体单元与多个第二永磁体单元一一相对设置。

在一些实施例中，如图1所示，本实施例所示的至少部分第一腔体11形成于动环21的外侧壁与壳套100的内侧壁之间，以及静环22的外侧壁与壳套100的内侧壁之间。

静环22的第一密封面与动环21的第二密封面分别与动力轴400的轴向垂直；静环22的内侧面与动力轴400的周壁之间形成有导流间隙13，导流间隙13与第二腔体12连通。

如此，本实施例基于上述设计，可使得本实施例所示的密封装置形成为内流式机械密封结构，在动环21与静环22之间的密封失效时，第一腔体11内的水体(密封介质)只能依次沿着动环21与静环22之间的间隙和导流间隙13流向第二腔体12内。

由于水体的泄漏方向与动环21或静环22的离心方向相反，这种内流式机械密封结构可进一步减少水体的泄漏量，并更适用于高压密封的应用场景。

在一些实施例中，本实施例所示的密封装置还包括：至少一个第二密封组件300。其中，至少一个第二密封组件300位于第二腔体12内，并设于壳套100与动力轴400之间。

与此同时，为适应于第一密封组件200和至少一个第二密封组件300的安装布置，本实施例所示的壳套100可设置多个节段，多个节段沿动力轴400的轴向依次连接。

其中，在密封装置设置有一个第一密封组件200和一个第二密封组件300的情形下，壳套100可设置两个节段，分别为艉端面节段和艏端面节段，艉端面节段和艏端面节段相连接，第一密封组件200设于艉端面节段内，第二密封组件300设于艏端面节段内。

在此应指出的是，由于第二密封组件300与第一密封组件200的结构相同，从而不再对第二密封组件300的结构进行一一赘述。

如图3所示，本实施例所示的密封装置设有一个第一密封组件200和一个第二密封组件300。在艉端面工作时，海水从通水口101通入至第一腔体11内。此时，第一密封组件200的动环21和静环22的相对端面能够达到较好的接触密封状态，第一腔体11内的海水不会进入至第一密封组件200与第二密封组件300之间的第二腔体12内。

如图4所示，本实施例所示的密封装置设有一个第一密封组件200和一个第二密封组件300。在艉端面所对应的第一密封组件200密封失效时，第一腔体11内的海水会进入至第一密封组件200与第二密封组件300之间的第二腔体12内，但是，基于第二密封组件300的密封作用，海水不会进一步朝向动力轴400的艏端的一侧泄漏。

在实际应用中，本实施例所示的密封装置不限于上述实施例所示的双端面串联式的安装方式，第二密封组件300可设置至少两个，既可以第一密封组件200承担全部负载，也可以第一密封组件200和多个第二密封组件300的布置，以逐级降压的方式承压，非常适用于高压动密封。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种基于磁力补偿的密封装置，应用于动力轴的密封，其特征在于，所述密封装置包括壳套和第一密封组件；

所述壳套内用于设置所述动力轴，所述壳套与所述动力轴之间形成有密封腔；所述第一密封组件设于所述壳套与所述动力轴之间，并沿所述动力轴的轴向将所述密封腔分隔为第一腔体与第二腔体；所述壳套设有与所述第一腔体连通的通水口；

所述第一密封组件包括动环、静环、固定座和磁力组件；所述动环套设于所述动力轴上，所述静环沿所述动力轴的轴向可移动地设于所述固定座，所述固定座与所述壳套连接；所述磁力组件包括第一磁力件和第二磁力件，所述第一磁力件和所述第二磁力件相对且分设于所述静环和所述固定座上；

其中，所述第一磁力件和所述第二磁力件可驱动所述静环朝向所述动环移动，以使得所述静环的第一密封面与所述动环的第二密封面贴合。

2.根据权利要求1所述的基于磁力补偿的密封装置，其特征在于，沿所述动力轴的轴向，至少部分所述静环设于所述动环与所述固定座之间；所述第一磁力件和所述第二磁力件相斥，以驱使所述静环的第一密封面与所述动环的第二密封面贴合。

3.根据权利要求1所述的基于磁力补偿的密封装置，其特征在于，所述静环包括：密封部和安装部；

所述密封部和所述安装部连接，所述密封部背离所述安装部的一侧设有所述第一密封面，所述安装部可移动地设于所述固定座上，所述安装部设有所述第一磁力件，所述固定座设有所述第二磁力件。

4.根据权利要求1所述的基于磁力补偿的密封装置，其特征在于，所述固定座呈环状，至少部分所述静环插设于所述固定座的内侧面，并能够相对于所述固定座沿所述动力轴的轴向移动。

5.根据权利要求1所述的基于磁力补偿的密封装置，其特征在于，至少部分所述第一腔体形成于所述动环的外侧壁与所述壳套的内侧壁之间，以及所述静环的外侧壁与所述壳套的内侧壁之间；

所述静环的第一密封面与所述动环的第二密封面分别与所述动力轴的轴向垂直；

所述静环的内侧面与所述动力轴的周壁之间形成有导流间隙，所述导流间隙与所述第二腔体连通。

6.根据权利要求1所述的基于磁力补偿的密封装置，其特征在于，所述第一磁力件和所述第二磁力件均为环状永磁体，所述第一磁力件和所述第二磁力件相对于所述动力轴的中轴线同轴设置；

或者，所述第一磁力件包括多个第一永磁体单元，多个所述第一永磁体单元相对于所述动力轴的中轴线呈圆周均布；所述第二磁力件包括多个第二永磁体单元，多个所述第二永磁体单元相对于所述动力轴的中轴线呈圆周均布；多个所述第一永磁体单元与多个所述第二永磁体单元一一相对设置。

7.根据权利要求1所述的基于磁力补偿的密封装置，其特征在于，所述动环配设有限位件；所述限位件设于所述动力轴上，所述限位件与所述动环背离所述静环的一侧抵接。

8.根据权利要求1所述的基于磁力补偿的密封装置，其特征在于，所述动环配设有密封件；所述密封件设于所述动环的内侧面与所述动力轴的周壁之间。

9.根据权利要求1至8任一项所述的基于磁力补偿的密封装置，其特征在于，还包括：至少一个第二密封组件；

所述至少一个第二密封组件位于所述第二腔体内，并设于所述壳套与所述动力轴之间；所述第二密封组件与所述第一密封组件的结构相同。

10.根据权利要求1至8任一项所述的基于磁力补偿的密封装置，其特征在于，所述壳套包括：多个节段，多个所述节段沿所述动力轴的轴向依次连接。

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