CN117781007A - 一种磁流体密封高真空阀门及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种磁流体密封高真空阀门，包括阀体组件，所述的阀体组件包括阀体、阀盖、阀杆和阀板，在所述的阀盖上集成有磁流体密封装置，所述的磁流体密封装置包括传动轴和设置在传动轴上的磁流体组件，所述的传动轴穿过阀盖与阀杆螺纹传动连接，所述的阀杆上设置有用于将传动轴的旋转运动转化为阀杆的直线运动的防自转限位滑动结构。还公开了该磁流体密封高真空阀门的使用方法。该磁流体密封高真空阀门，将磁流体密封装置集成在阀盖上，实现了传动轴的行程不受限制的旋转动密封，在阀杆上设置防自限位滑动机构，可以将传动轴的旋转运动转化为阀杆的直线运动，从而实现了阀门的整体集成化设计，结构简单，体积小，占空小，密封性能好。

Description

一种磁流体密封高真空阀门及其使用方法

技术领域

本发明涉及阀门技术领域，具体涉及一种超高真空及高真空设备上使用的磁流体密封真空阀门及其使用方法。

背景技术

真空是指在给定的空间内低于一个大气压力的气体状态，在这个环境下，声音因为没有介质而无法传递。实际上，在真空技术里，真空系针对大气而言，特定空间内部之部份物质被排出，使其压力小于一个标准大企业，则我们通称此空间为真空或真空状态。

真空阀门在真空的获取及应用过程中，启到改变气流方向，调节气流量大小，切断或接通真空管路的作用。真空阀门是真空应用中必不可少的一个真空元器件，能保证产品在真空工艺下的正常进行。

目前在国内的超高真空及高真空领域的真空阀门，通常使用O形密封圈进行传动的滑动密封或者旋转密封，以保证超高真空及高真空的真空度。又或者是采用波纹管代替O形密封圈的滑动密封，使O形密封圈只起到静密封的作用，波纹管密封可基本满足超高真空及高真空的使用环境。

但是采用U形金属波纹管或者焊接金属波纹管的密封形式，由于其材质和工艺的原因，始终存在低寿命，短行程，难维护等问题。

于是，磁流体密封技术应运而生。磁流体密封装置可以用在旋转密封的机构上，能起到很好的密封作用，并且可以把O形密封圈的动密封，转换成O型密封圈和磁流体密封一起的静密封，使得密封寿命得到了很大的延长。但是磁流体密封一般使用在旋转轴上，如果应用在升降装置上，则需要解决相对转动的问题。

而采用磁流体密封装置的产品，其结构复杂，并且需要较大的空间进行安放。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有真空阀门，采用波纹管密封行程短、维护难，寿命短，采用磁流体密封结构复杂，体积大，占有空间大，使用不方便等问题，而提供一种能够实现磁流体密封、行程不受限制，维护方便，体积小，占空小，结构简单且能够实现高真空密封的磁流体密封高真空阀门及其使用方法。

本发明实现其第一个发明目的所采用的技术方案是：一种磁流体密封高真空阀门，包括阀体组件，所述的阀体组件包括阀体、阀盖、阀杆和阀板，在所述的阀盖上集成有磁流体密封装置，所述的磁流体密封装置包括传动轴和设置在传动轴上的磁流体组件，所述的传动轴穿过阀盖与阀杆螺纹传动连接，所述的阀杆上设置有用于将传动轴的旋转运动转化为阀杆的直线运动的防自转限位滑动结构。该磁流体密封高真空阀门，将磁流体密封装置集成在阀盖上，传动轴穿过阀盖直接与阀杆螺纹传动连接，而磁流体组件设置在传动轴上实现传动轴与阀盖之间的旋转动密封，传动轴的行程不受限制，可以根据需要进行传动，为了实现对阀板与阀体之间开启或密封关闭操作，在阀杆上设置防自限位滑动机构，可以将传动轴的旋转运动转化为阀杆的直线运动，从而实现了阀门的整体集成化设计，结构简单，体积小，占空小，而且密封性能好，能够实现高真空的设计要求。

作为优选，所述的磁流体密封组件包括环形永磁铁、极鞭和磁流体，所述的极靴与传动轴配合的内壁上设置有极齿，所述的极齿与传动轴之间形成磁流体填充区，所述的磁流体填充在磁流体填充区形成磁流体密封。磁流体密封组件优选采用环形永磁铁、极靴和磁流体，通过磁流体密封组件实现密封，能够满足高真空密封的要求，而且结构简单，能够实现集成化设计要求。

作为优选，所述的传动轴上设置有磁流体密封装置安装环，在所述的安装环上设置有内流道和连通内流道的微型孔，所述的内流道与微型孔内部填充有磁流体，与磁流体填充区形成动态磁流体密封区。为了实现更高真空度的要求，作为另一种优选方案，可以在传动轴的安装环，并且在安装环上设置内流道和微型孔，在内流道和微型孔内部也填充磁流体，与磁流体填充区内部的磁流体形成一体式结构，从而在安装环上形成有效的磁流体密封结构，密封效果好，适合高真空度要求的密封设计。

作为优选，所述的防自转限位滑动机构包括设置在阀杆外部圆周上沿轴向开设有多条防自转限位滑动槽和集成在阀盖上的限位组件。防自转限位滑动机构主要是通过在阀杆外部圆周上开设多条防自转滑动槽，并且在阀盖上集成限位组件，通过限位组件与防自转滑动槽相配合来防止阀杆的旋转，从而实现将传动轴的旋转运动转化为上下滑动的直线运动，从而实现阀板的启闭操作。

作为优选，所述的限位组件包括限位套筒和设置在限位套筒上的限位螺钉，所述的限位套筒设置在阀体内部且设置在阀盖的下方，所述限位螺钉沿限位套筒的径向设置在限位套筒上并且穿过限位套筒的内壁与阀杆上的防自转限位滑动槽滑动连接。通过在阀盖内侧设置限位套筒即可以实现对限位螺钉的固定，也可以实现对传动轴的内置化保护设置，而采用限位螺钉与防自转限位滑动槽的配合，即可有效防止阀杆的转动，同时也可以对滑动配合程度进行调节。

作为优选，所述的传动轴与阀杆连接的一端设置有传动螺纹，对应于传动螺纹在阀杆内部设置有内螺纹；所述的传动轴上设置有与阀盖配合密封的连接板，所述的连接板上设置有密封槽，所述的密封槽内部设置有传动密封件。通过传动螺纹与内螺纹配合实现传动轴的传动带动阀杆的上下运动。在传动轴上设置连接板并在连接板上设置密封槽和传动密封件，是为了实现传动轴与阀盖的静密封。

作为优选，所述的阀体内部设置有密封面，所述的阀板上设置与密封面形成静密封配合的密封件。阀体内部设置密封面，与阀板上的密封件配合实现对阀门两侧的管路之间关闭和连通，使阀体内部形成真空腔体或打开，能够满足高真空度的设计要求。

作为优选，所述的阀板与密封面配合的板面上设置有磁吸密封面，所述的密封面所在的阀体的外部设置强磁吸附件，强磁吸附件与磁吸密封面之间形成磁吸密封，所述的磁吸密封与密封件静密封之间形成双密封结构。

作为优选，所述的阀盖与阀体连接处设置有用于实现阀盖与阀体之间静密封的阀体密封件，所述的阀体密封件包括密封基体和一体设置在密封基体上的负压槽。为了实现高真空度的阀门设计，在阀盖与阀体连接处调回有阀体密封件，阀体密封件采用负压式结构，通过设置一密封基体并在密封基体上设置负压槽，在使用时，密封基体设置在密封槽内部，负压槽在阀盖和阀体连接过程中与密封处形成负压式密封连接，从而确保了连接处的密封性能。

本发明实现其第二个发明目的所采用的技术方案是：一种磁流体密封高真空阀门的使用方法，包括以下步骤：

步骤1：关闭阀门形成真空内腔：通过手动或电动驱动传动轴顺时针转动，传动轴下端的传动螺纹跟着转动与阀杆产生相对运动，由于限位螺钉与阀杆上的防自转限位滑动槽之间形成的防自转限位结构，阀杆被限位沿轴向向下滑动，阀杆带动与其相连的阀板向阀体内部的密封面靠近，阀板上密封件与密封面配合，或者，阀板上密封件与密封面配合之间的密封件静密封和阀板上的磁吸密封面与强磁吸附件形成的磁吸密封在阀板与密封面之间形成双密封结构，阀门关闭，隔断两端的管道，在阀体内部形成真空腔体；

步骤2：开启阀门连通阀门两侧管路：通过手动或电支驱动传动轴逆时针转动，传动轴带动阀杆沿轴向向上滑动，阀杆带动与其相连的阀板向远离密封面运动，此时，密封件与密封面、磁吸密封面与强磁吸附件脱离密封，阀门打开，连通两端的管道。

该使用方法，操作简单，动轴的行程不受限制，传动轴与阀盖之间形成磁流体密封，传动轴的旋转与动密封性能好，阀杆带动阀板上下运动，实现在阀体内部形成真空腔体阻断两侧管路，或者打开连通两侧管路，能够满足高真空度状态下的使用要求。

本发明的有益效果是：该磁流体密封高真空阀门，将磁流体密封装置集成在阀盖上，实现了传动轴与阀盖之间的旋转动密封，传动轴的行程不受限制，可以根据需要进行传动，在阀杆上设置防自限位滑动机构，可以将传动轴的旋转运动转化为阀杆的直线运动，从而实现了阀门的整体集成化设计，结构简单，体积小，占空小，而且密封性能好，能够实现高真空的设计要求。

附图说明

图1是本发明磁流体密封高真空阀门的一种剖视图；

图2是本发明磁流体密封高真空阀门的一种结构示意图；

图3是图1中A处放大图；

图4是本发明磁流体密封高真空阀门去除阀体后的一种结构示意图；

图5是本发明中传动轴的一种结构示意图；

图6是本发明中传动轴另一角度结构示意图；

图7是本发明中阀杆的一种结构示意图；

图8是本发明磁流体密封高真空阀门一种开启状态结构示意图；

图9是本发明实施例2中磁流体密封高真空阀门的一种结构示意图；

图 10是本发明实施例3中磁流体密封高真空阀门的一种结构示意图；

图中： 1、阀体组件，2、磁流体密封装置，3、阀体，31、密封面，32、阀体连接法兰，4、阀盖，5、阀杆，51、内螺纹，52、防自转限位滑动槽，6、阀板，61、燕尾密封槽，7、密封件，8、传动轴，81、阀杆连接端，82、传动端，83、传动螺纹，84、连接板，85、密封槽，86、传动密封件，87、连接部，9、环形永磁铁，10、极靴，101、极齿，102、磁流体填充区，11、磁流体，12、限位套筒，13、限位螺钉，14、安装环，15、微型孔，16、内流道，17、阀板挡板，18、强磁吸附件，19、磁吸密封面，20、阀体静密封件，21、密封基体，22、负压槽，23、手轮，24、锁紧螺母。

具体实施方式

下面通过具体实施例并结合附图对本发明各个方面进行详细描述。

实施例1：

在图1、图2所示的实施例中，一种磁流体密封高真空阀门，包括阀体组件1，所述的阀体组件1包括阀体3、阀盖4、设置在阀体3内部的阀杆5和阀板6，在所述的阀盖4上集成有磁流体密封装置2，所述的磁流体密封装置2包括传动轴8和设置在传动轴8上的磁流体组件，所述的传动轴8穿过阀盖4与阀杆5螺纹传动连接，所述的阀杆5上设置有用于将传动轴8的旋转运动转化为阀杆5的直线运动的防自转限位滑动机构。

所述的阀盖密封设置的阀体上，所述的阀杆与阀板连接设置在阀体的内部用于实现阀门的关闭和开启。

所述的阀体3主要材质以304为主，内外表面进行镜面抛光处理，表面粗糙度≤0.8μm，确保颗粒及空气分子低附着率。所述的阀体3内部设置有密封面31，密封面31与阀板6配合实现阀门的开启或关闭操作。

所述的阀体3上设置阀体连接法兰32，阀体连接法兰32用于与设备或管路等部件连接，所述的阀体连接法兰32可以是CF法兰形式，也可以是ISO-F法兰形式，或者增加活套法兰变成螺栓连接的法兰，适应多种连接形式。

所述的阀盖4盖设在阀体3上用于实现阀体密封的同时，还用于磁流体密封装置的安装，阀盖4与阀体3之间设置有阀体静密封件20，用于形成阀体内部的真空，使阀门内腔形成一个密封的真空空间。如图3所示，所述的阀体静密封件20包括密封基体21和一体设置在密封基体21上的负压槽22。

如图4所示，所述的阀板6通过一阀板挡板17与阀杆5连接，并以内六角螺钉紧固。所述的阀板6的下板面上设置有燕尾密封槽61，所述的燕尾密封槽61内部设置有密封件7，所述的密封件采用O型密封圈。所述的阀板6与阀体3的密封面31之间以O型密封圈的静密封形式进行密封 ，起到联通和关闭阀门两边真空管道的作用，确保密封空间的洁净度及可靠性。

所述的磁流体密封装置2包括传动轴8和磁流体密封组件，所述的磁流体密封组件包括环形永磁铁9、极靴10和磁流体11。极靴10上朝向传动轴8的内侧设置有极齿101，极齿101与传动轴8之间形成磁流体填充区102，所述的磁流体11填充在磁流体填充区101形成磁流体密封。环形永磁铁9，极靴10和传动轴8之间形成磁性回路，在磁铁产生的磁场作用下，把放置在传动轴8与极靴10顶端极齿缝隙间的磁流体11加以集中，使其形成一个所谓的"O"形环，将缝隙通道堵死而达到密封的目的。为了实现对磁流体密封组件的固定锁止，可以在磁流体密封组件外部设置一锁紧螺母24。

所述的传动轴8穿过阀盖4与阀杆5连接，所述的阀板6设置在阀杆5的下端并通过阀杆5带动上下移动，从而实现阀门的开启和关闭。

如图7所示，在所述的阀杆5内部设置有用于与传动轴8连接的内螺纹51，所述的阀杆5的外部圆周上沿轴向设置有多条防自转限位滑动槽52。所述的防自转限位滑动机构包括设置在阀杆5外部圆周上沿轴向开设有多条防自转限位滑动槽51和集成在阀盖4上的限位组件。

如图6所示，所示，所述的传动轴8包括阀杆连接端81和传动端82，所述的阀杆连接端81的外部设置有传动螺纹83，所述的阀杆连接端81穿过阀盖4延伸到阀体3内部与阀杆内螺纹51连接形成螺纹配合，当传动轴8转动时，阀杆5会形成向上或者向下的运动，从而带动阀板6运动实现与阀体3内部密封面脱离密封或者形成密封。

如图5所示，所述的传动轴8上还设置有连接板84，所述的连接板84上设置有密封槽85，所述的密封槽85内部设置有传动密封件86。

在阀盖4上还设置有用于实现阀杆限位的限位组件，所述的限位组件包括限位套筒12和设置在限位套筒12上的限位螺钉13，所述的限位套筒12连接在阀盖4的下方并且设置在阀体3内部，所述的限位螺钉13沿径向设置在限位套筒12的下端，本实施例中限位螺钉设置有两个，两个限位螺钉自限位套筒的下端沿径向设置并且延伸出限位套筒内壁，与阀杆5上的防自转限位滑动槽52配合形成滑动式限位结构，用于防止阀杆5在传动轴转动时形成自转，由于阀杆5与传动轴8形成螺纹连接，当传动轴8转动时，阀杆5会形成向上或向下的运动，阀杆5运动带动阀板6与阀体3内部的密封面31之间形成密封或脱离密封状态，从而使得阀门起到串通或者隔断两侧管道的作用。

如图8所示，在传动轴8的外端设置有连接部87，连接部87可以与手动手轮23连接，也可以与电动旋转装置连接，通过手轮23或电动旋转装置对传动轴进行转动，从而实现阀门的启闭。

该磁流体密封高真空阀门， 当需要阀门处于关闭状态时，顺时针转动传动轴，由于传动轴的下端设置有传动螺纹与阀杆螺纹连接，传动轴转动其下端的传动螺纹也跟着转动，此时，由于限位螺钉与阀杆上的防自转限位滑动槽之间形成的限位结构的原因，阀杆被限位无法转动，只能沿轴向向下滑动，阀杆带动与其相连的阀板向阀体内部的密封面靠近，直到使得阀门关闭，隔断两端的管道，阀板与密封面形成密封。

如图8所示，当需要阀门处于开启状态时，当逆时针转动传动轴，传动轴下端的传动螺纹也跟着转动，由于限位螺钉与阀杆上的防自转限位滑动槽之间形成的限位结构的原因，阀杆被限位无法转动，只能沿轴向向上滑动，阀杆带动与其相连的阀板向远离阀体内部的密封面运动，直到使得阀门完全打开，连通两端的管道，阀板与密封面脱离密封。

实施例2：

在图9所示的实施例中，一种磁流体密封高真空阀门，其技术方案与实施列1基本相同，不同之处在于：所述的传动轴8延伸在阀盖4外部的一端设置有磁流体密封装置安装环14，所述的磁流体密封装置安装在安装环14上。由于该高真空阀门在使用过程中，阀板6关闭后在阀体3内部形成真空空间，因此，为了实现磁流体密封装置2的良好密封，在所述的安装环14设置有若干微型孔15和连通微型孔15的内流道16。所述的内流道16与微型孔15内部填充有磁流体11，与磁流体填充区101形成动态磁流体密封区。使用时，磁流体11填充到极靴10与传动轴5之间的磁流体填充区102，磁流体11通过微型孔15进入内流道16，并在内流道16、微型孔15以及磁流体填充区102之间形成动态磁流体密封区。从而形成有效的动密封和旋转密封，能够保证阀体内腔在高真空状态下的密封性。

实施例3：

在图10所示的实施例中，一种磁流体密封高真空阀门，其技术方案与实施列1基本相同，不同之处在于：为了实现高真空度的设计要求，在阀体3的外部与阀板6相对应处设置有强磁吸附件18，所述的阀板6上设置有磁吸密封面19，所述的磁吸密封面19与强磁吸附件18之间形成磁吸式密封结构。从而在阀板6与阀体密封面31之间形成双密封结构。实现对阀门两侧管路的高真空度密封。磁流体密封装置与磁吸式密封结构配合实现了阀门的高真空密封。

上述实施例所述的磁流体密封高真空阀门，通过设置磁流体密封装置，实现了阀门的高真空度设计要求，能够确保阀体内部密封空间的洁净度及可靠性；传动行程不受限制，可以根据需要进行设计使用；通过限位组件对阀杆的自转进行限位，并通过传动轴带动阀杆的传动，来实现阀板与阀体内部密封面的密闭或开启，确保密封有效的同时，提高了阀门的寿命；而且阀体外开不发生改变，能够满足标准化通用性设计要求。磁流体密封装置的使用，实现了滑动密封和旋转密封的有效性，确保了密封腔内的清洁，避免了O型密封圈动密封磨损、污渍易堆积在密封圈表面影响密封性能现象的发生，避免了波纹管密封使用寿命低、行程短，难维护等问题。

该磁流体密封高真空阀门，采用磁流体密封装置实现旋转动密封避免了O形密封圈的滑动及旋转密封，保证了密封环境的洁净度及可靠性。避免了采用金属波纹管密封存在行程短、低寿命的问题，使此类超高真空阀门的寿命达到百万次级别甚至更高级别。同时为简化阀门的整体结构，解决阀门体积大，占空大的问题，将磁流体密封装置集成在阀盖上，在传动轴的下端采用传动螺纹结构，与阀杆上的内螺纹结构配合，实现将传动轴的旋转运动转化为阀杆的上下运动，同时为了防止传动轴与阀杆发生相对转动，在阀杆外部增加防自转限位滑动槽，实现阀杆的垂直运动，从而实现阀门的开启和关闭，操作更方便、更简单，适用范围更广。

本说明书实施例所述的内容仅仅是对本发明构思的实现形式的列举，本发明型的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明型的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明型构思所能够想到的等同技术手段。

Claims (10)

1.一种磁流体密封高真空阀门，包括阀体组件（1），所述的阀体组件（1）包括阀体（3）、阀盖（4）、阀杆（5）和阀板（6），其特征在于：在所述的阀盖（4）上集成有磁流体密封装置（2），所述的磁流体密封装置（2）包括传动轴（8）和设置在传动轴（8）上的磁流体组件，所述的传动轴（8）穿过阀盖（4）与阀杆（5）螺纹传动连接，所述的阀杆（5）上设置有用于将传动轴（8）的旋转运动转化为阀杆（5）的直线运动的防自转限位滑动机构。

2.根据权利要求1所述的磁流体密封高真空阀门，其特征在于：所述的磁流体密封组件包括环形永磁铁（9）、极鞭（10）和磁流体（11），所述的极靴（10）与传动轴（8）配合的内壁上设置有极齿（101），所述的极齿（101）与传动轴（8）之间形成磁流体填充区（102），所述的磁流体（11）填充在磁流体填充区（101）形成磁流体密封。

3.根据权利要求2所述的磁流体密封高真空阀门，其特征在于：所述的传动轴（8）上设置有磁流体密封装置安装环（14），在所述的安装环（14）上设置有内流道（16）和连通内流道的微型孔（15），所述的内流道（16）与微型孔（15）内部填充有磁流体（11），与磁流体填充区（101）形成动态磁流体密封区。

4.根据权利要求1所述的磁流体密封高真空阀门，其特征在于：所述的防自转限位滑动机构包括设置在阀杆（5）外部圆周上沿轴向开设有多条防自转限位滑动槽（52）和集成在阀盖（4）上的限位组件。

5.根据权利要求4所述的磁流体密封高真空阀门，其特征在于：所述的限位组件包括限位套筒（12）和设置在限位套筒（12）上的限位螺钉（13），所述的限位套筒（12）设置在阀体（3）内部且设置在阀盖（4）的下方，所述限位螺钉（13）沿限位套筒（12）的径向设置在限位套筒（12）上并且穿过限位套筒（12）的内壁与阀杆（5）上的防自转限位滑动槽（52）滑动连接。

6.根据权利要求1至5任意一项所述的磁流体密封高真空阀门，其特征在于：所述的传动轴（8）与阀杆（5）连接的一端设置有传动螺纹（83），对应于传动螺纹（82）在阀杆（5）内部设置有内螺纹（51）；所述的传动轴（8）上设置有与阀盖（4）配合密封的连接板（84），所述的连接板（84）上设置有密封槽（85），所述的密封槽（85）内部设置有传动密封件（86）。

7.根据权利要求1至5任意一项所述的磁流体密封高真空阀门，其特征在于：所述的阀体（3）内部设置有密封面（31），所述的阀板（6）上设置与密封面（31）形成静密封配合的密封件（7）。

8.根据权利要求7所述的磁流体密封高真空阀门，其特征在于：所述的阀板（6）与密封面（31）配合的板面上设置有磁吸密封面（19），所述的密封面（31）所在的阀体（3）的外部设置强磁吸附件（18），强磁吸附件（18）与磁吸密封面（19）之间形成磁吸密封，所述的磁吸密封与密封件静密封之间形成双密封结构。

9.根据权利要求1至5任意一项所述的磁流体密封高真空阀门，其特征在于：所述的阀盖（4）与阀体（3）连接处设置有用于实现阀盖与阀体之间静密封的阀体静密封件（20），所述的阀体静密封件（20）包括密封基体（21）和一体设置在密封基体（21）上的负压槽（22）。

10.一种权利要求1至9任意一项所述的磁流体密封高真空阀门的使用方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1：关闭阀门形成真空内腔：通过手动或电动驱动传动轴顺时针转动，传动轴下端的传动螺纹跟着转动与阀杆产生相对运动，由于限位螺钉与阀杆上的防自转限位滑动槽之间形成的防自转限位结构，阀杆被限位沿轴向向下滑动，阀杆带动与其相连的阀板向阀体内部的密封面靠近，阀板上密封件与密封面配合，或者，阀板上密封件与密封面配合之间的密封件静密封和阀板上的磁吸密封面与强磁吸附件形成的磁吸密封在阀板与密封面之间形成双密封结构，阀门关闭，隔断两端的管道，在阀体内部形成真空腔体；

步骤2：开启阀门连通阀门两侧管路：通过手动或电支驱动传动轴逆时针转动，传动轴带动阀杆沿轴向向上滑动，阀杆带动与其相连的阀板向远离密封面运动，此时，密封件与密封面、磁吸密封面与强磁吸附件脱离密封，阀门打开，连通两端的管道。