CN1912428A - 一种磁性液体密封装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种磁性液体密封装置，包括可相对转动的同轴回转体，轴承，组成对偶叠层式排列的磁极圈，所述磁极圈可以由内、外套装叠加的外磁极圈和内磁极圈组成，也可以由上、下对接叠加的上磁极圈和下磁极圈组成。外磁极圈、内磁极圈、上磁极圈和下磁极圈分别由各自的外极靴环和外永磁环、内极靴环和内永磁环、上极靴环和上永磁环、下极靴环和下永磁环组成，且相邻和邻近的永磁环的极性相反。对偶叠层的磁极圈分别密封装配于同轴回转体间，形成密封间隙内充填磁性液体，实现磁性液体密封。通过磁场叠加使密封间隙路径上的有用磁通加强而无用磁通消弱，提高磁通密度分布梯度，还具有结构轻巧、易于制作、使用方便、成本低廉等特点。

Description

一种磁性液体密封装置

技术领域

本发明涉及一种磁性液体密封技术领域，特别适用于各大、中、小型回转体的“核”、“生”、“化”密封防护、涉水密封、防高空气压和气温变化以及防霜冻等轻量化要求较高的低转动阻力密封技术领域，也适用于一般的真空密封和防尘密封等技术领域。

背景技术

磁性液体密封是采用局部强磁场及磁性液体封堵密封间隙的一种先进动密封方法，目前的磁性液体密封一般采用套装结构，主要由极靴环、永磁环、导磁轴或导磁环(其转轴一般同时也起导磁作用)等部件组成，现有磁性液体密封其聚磁结构主要有单侧极齿聚磁结构、对齿型磁性液体动密封结构、多级密封结构、离心式磁性液体密封等等。现有可实现较高密封压力的磁性液体密封聚磁结构主要有：US 4,527,805、US4,865,334、US 5,092,611、US 5,954,342、US 6,543,782、US6,672,592等专利所提供的多极齿磁性液体密封，US3740060等专利提供的多极齿离心磁性液体密封，还有US3740060、US 4,293,137、US4,478,424、US4,526,381、US4,605,233、US 4,995,622、US 5,100,159等专利所提供的多级背向级联的磁性液体密封。这些磁性液体密封结构设计虽然在一定程度上使密封性能得到了提高，但是其密封间隙路径的磁通密度分布梯度并不是很大，只有当极齿间的距离较小时才会在密封间隙路径的形成较大的磁通密度的分布差异。也就是说当密封间隙较大时，其极齿间隙磁场就会产生发散现象，密封间隙路径上存在着大量的无用磁通，使其磁通密度分布差值显著变小。

当然，可以通过增大磁性液体密封聚磁结构的尺寸来满足大密封间隙的密封性能要求，但是一般来说这会以密封间隙的3次方指数倍地增加密封结构件的尺寸和重量，这对于一些对结构尺度和重量要求较高的武器系统来说是不可取的。如何在有限的结构空间内大幅度提高密封间隙路径上的强弱相间分布磁场的梯度和变化幅度，对于进一步提高磁性液体密封性能及其结构紧凑性是非常重要的。

发明内容

本发明的目的是提供一种叠加式磁性液体密封装置，通过不同永磁体磁场的叠加，使密封间隙路径上的无用磁通相互消弱、有用磁通得到有效加强，在密封间隙路径上获得变化梯度和幅度较大的强弱相间磁场分布，从而实现高性能磁性液体动密封；同时提出制造成本低、便于加工并增加密封结构紧凑性和结构适应性的一种磁性液体密封装置。

本发明的发明目的通过以下技术方案实现：一种磁性液体密封装置，其包含相对转动的同轴回转体和轴承，在同轴回转体间设有由若干个极靴环和永磁环相间排列组成的磁极圈，在密封间隙内充填有密封介质，其特征在于所述的磁极圈为对偶叠层式排列结构，相邻和邻近的永磁环的极性相反。

所述的对偶叠层式排列的磁极圈由内、外套装叠加的外磁极圈和内磁极圈组成，直接安装在同轴回转体之间相互对正排列，外磁极圈由相间排列的2～30个外极靴环和外极靴环数减去1个的外永磁环组成；内磁极圈由相间排列的2～30个内极靴环和内极靴环数减去1个的内永磁环组成。

所述的对偶叠层式排列的磁极圈由内、外套装叠加的外磁极圈和内磁极圈组成，直接安装在同轴回转体之间相互对正排列，外磁极圈和内磁极圈被安装在与同轴回转体密封装配的外非导磁套圈和内非导磁套圈之间。

所述的对偶叠层式排列的磁极圈由内、外套装叠加的外磁极圈和内磁极圈组成，直接安装在同轴回转体之间相互对正排列，外极靴环和内极靴环的密封间隙面上分别设有外极齿和内极齿。

所述的对偶叠层式排列的磁极圈由上、下对接叠加的上磁极圈和下磁极圈对正排列组成，上磁极圈由相间排列的2～10个上极靴环和上极靴环数减去1个的上永磁环组成；下磁极圈由相间排列的2～10个下极靴环和下极靴环数减去1个的下永磁环组成。

所述的对偶叠层式排列的磁极圈由上、下对接叠加的上磁极圈和下磁极圈组成，上磁极圈和下磁极圈为相互错开排列，且相互交叉嵌入，上磁极圈由2个上极靴环和1个上永磁环组成；下磁极圈由2个下极靴环和1个下永磁环组成。

所述的对偶叠层式排列的磁极圈由上、下对接叠加的上磁极圈和下磁极圈组成，上磁极圈和下磁极圈为嵌入式排列，上磁极圈由2个上极靴环和1个上永磁环组成；下磁极圈由1个下极靴环组成。

所述的上磁极圈和下磁极圈的接头处由紧固件固连一体。

所述的上永磁环和下永磁环由若干个永磁片嵌入具有对应数量格孔的橡胶条带而成。

本发明的优点是通过不同永磁环所产生的磁场的叠加，使密封间隙路径上的有用磁通得到加强而无用磁通得到消弱，大大提高密封间隙路径上磁通密度分布梯度，充分利用有效的结构空间，大幅度提高大间隙磁性液体密封的密封压差和抗偏心振动密封能力，特别是通过磁场的反向叠加使密封圈远场磁通得到有效消弱，整体结构漏磁场低，不会对周。而且结构轻巧、易于制作、使用方便，成本低廉，可以解决大型回转体磁性液体密封圈加工制造困难、制造费用高和使用不方便等实际问题。

附图说明

图1为套装叠加式实施例1磁性液体密封结构示意图。

图2为密封圈密封间隙路径磁通密度分布曲线。

图3为密封圈磁通密度分布等值云图。

图4为套装叠加式实施例2磁性液体密封结构示意图。

图5为套装叠加式实施例3磁性液体密封结构示意图。

图6为对接叠加式实施例4磁性液体密封结构示意图。

图7为对接叠加式实施例5磁性液体密封结构示意图。

图8为对接叠加式实施例6磁性液体密封结构示意图。

图9为对接叠加式密封带接头结构图(图6的俯视图)。

图10为上、下永磁环封装结构图。

具体实施方式

下面将结合上述附图对本发明作进一步详细描述。

一种磁性液体密封装置，其包括同轴回转体1和5，它们之间的轴承6，在导磁或非导磁的同轴回转体之间设有由若干个极靴环和永磁环相间排列组成对偶叠层式排列结构的磁极圈，且每个磁极圈的相邻和邻近的永磁环极性相反，在叠层磁极圈之间的密封间隙8内充填有密封介质4，并由两端可卸连接的连接件定位并固定。

实施例1如图1～3所示，所述的对偶叠层式排列的磁极圈由内、外套装叠加的外磁极圈7和内磁极圈9组成，直接安装在同轴回转体间，相互对正排列。最佳方案的外磁极圈7和内磁极圈9各由6～10个外、内极靴环和外、内极靴环数减去1个的外、内永磁环构成。本实施例1的外磁极圈7由相间排列的6个外极靴环3和5个外永磁环2组成，构成‖N-S‖S-N‖N-S‖S-N‖N-S‖关系；内磁极圈9同样由相间排列的6个内极靴环3a和5个内永磁环2a组成，构成‖S-N‖N-S‖S-N‖N-S‖S-N‖关系，双层外、内磁极圈的外、内永磁环构成 $\begin{array}{c}\left|\right|N-S\left|\right|S-N\left|\right|N-S\left|\right|S-N\left|\right|N-S\left|\right|\\ \left|\right|S-N\left|\right|N-S\left|\right|S-N\left|\right|N-S\left|\right|S-N\left|\right|\end{array}$ 关系。通过双层极靴永磁环的磁场套装叠加，使邻近异性极靴环之间的间隙磁场得到加强，而使相邻同性极靴环之间的间隙磁场得到消弱。其密封间隙路径上的磁通密度分布曲线及磁通密度分布等值云图如图2和图3所示，从图2中可以看到整个聚磁结构对外漏磁场较低，而对内只有在极靴间隙内有较强的磁通密度分布，而在永磁环间隙内磁通密度较低，从图3中可以看到密封间隙路径磁通密度分布梯度变化非常大，这是实现良好的磁性液体密封的必要条件。向密封间隙内所注入的密封介质4就会被约束于六对内外极靴环之间的密封间隙8内，实现磁性液体密封。

实施例2如图4所示，是一种带有非导磁套圈的套装叠加式，结构与实施例1基本相同，所不同的是对偶叠层的外磁极圈7和内磁极圈9分别通过外非导磁套圈10和内非导磁套圈10a、与可相对转动的同轴回转体密封装配，使其不但可用于非导磁回转体的磁性液体密封，也能实现导磁型回转体的磁性液体密封。

实施例3如图5所示，其组成与实施例1基本相同，所不同的是组成对偶叠层的外、内磁极圈7和9的外、内极靴环3和3a的密封间隙8面上分别设有外极齿11和内极齿11a，以进一步提高密封性能。

实施例4如图6所示，是一种极靴相互对正的对接叠加式磁性液体密封，由上磁极圈12和下磁极圈13对正排列组成，安装在同轴回转体的端面结合处，最佳方案的上磁极圈12和下磁极圈13各由2～6个上、下极靴环和上、下极靴环数减去1个的上、下永磁环构成。本实施例的上磁极圈12由相间排列的3个上极靴环15和2个上永磁环14组成，构成‖N-S‖S-N‖关系；下磁极圈13由相间排列的3个下极靴环15a和2个下永磁环14a组成，构成‖S-N‖N-S‖关系，双层上、下磁极圈的上、下永磁环构成 $\begin{array}{c}\left|\right|N-S\left|\right|S-N\left|\right|\\ \left|\right|S-N\left|\right|N-S\left|\right|\end{array}$ 关系，其相邻永磁环的磁化方向沿径向反向排列。并形成密封间隙，通过磁场叠加，使相邻同性极靴坏之间的间隙磁场得到消弱，而邻近异性极靴环之间的间隙磁场得到加强。所注入的密封介质4就会被约束于三对上下正对的上、下极靴环之间的密封间隙8内，实现磁性液体密封。

实施例5如图7所示，其结构与实施例4基本相同，所不同的是上磁极圈12和下磁极圈13为相互错位排列，且相互交叉嵌入的对接叠加方案，上磁极圈12由2个上极靴环15和1个上永磁环14组成；下磁极圈13由2个下极靴环15a和1个下永磁环14a组成，构成

关系，相互错位并嵌入，以便于在回转体上、下振动时其密封间隙大小保持不变，并且使上、下对偶叠层的上、下磁极圈之间的轴向磁吸引力转变成径向磁吸引力，从而减轻紧固件的负荷。

实施例6如图8所示，是最简单的一种上磁极圈和下磁极圈的相互嵌入式排列结构，上磁极圈12由2个上极靴环15和1个上永磁环14组成；下磁极圈13只由1个下极靴环15a组成，并插入上磁极圈的2个上极靴环之间，这样可大大简化结构，降低制作难度。

实施例4～5的上、下磁极圈因规格尺寸较大，在具体实施时采用开口式的磁极圈，如图9～10所示，上、下磁极圈的接头17处采用紧固件16固连一体，无论是上永磁环14或下永磁环14a均由若干个永磁片19嵌入具有对应数量格孔的橡胶条带18而成，格孔橡胶条带夹于上、下极靴环之间实现对上、下永磁环的封装，通过密封胶与接头紧固件分别与可相对转动的同轴回转体1和5密封装配，并由轴承6相互对装同轴定位，使上、下极靴环和上、下永磁环相互对正或相互错位嵌入，构成双层极靴永磁环列。

Claims (9)

1、一种磁性液体密封装置，其包含相对转动的同轴回转体(1)、(5)和轴承(6)，在同轴回转体间设有由若干个极靴环和永磁环相间排列组成的磁极圈，在密封间隙(8)内充填有密封介质(4)，其特征在于所述的磁极圈为对偶叠层式排列结构，相邻和邻近的永磁环的极性相反。

2、根据权利要求1所述的磁性液体密封装置，其特征在于所述的对偶叠层式排列的磁极圈由内、外套装叠加的外磁极圈(7)和内磁极圈(9)组成，直接安装在同轴回转体之间相互对正排列，外磁极圈(7)由相间排列的2～30个外极靴环(3)和外极靴环数减去1个的外永磁环(2)组成；内磁极圈(9)由相间排列的2～30个内极靴环(3a)和内极靴环数减去1个的内永磁环(2a)组成。

3、根据权利要求1所述的磁性液体密封装置，其特征在于所述的对偶叠层式排列的磁极圈由内、外套装叠加的外磁极圈(7)和内磁极圈(9)组成，直接安装在同轴回转体之间相互对正排列，外磁极圈和内磁极圈被安装在与同轴回转体密封装配的外非导磁套圈(10)和内非导磁套圈(10a)之间。

4、根据权利要求1所述的磁性液体密封装置，其特征在于所述的对偶叠层式排列的磁极圈由内、外套装叠加的外磁极圈(7)和内磁极圈(9)组成，直接安装在同轴回转体之间相互对正排列，外极靴环和内极靴环的密封间隙面上分别设有外极齿(11)和内极齿(11a)。

5、根据权利要求1所述的磁性液体密封装置，其特征在于所述的对偶叠层式排列的磁极圈由上、下对接叠加的上磁极圈(12)和下磁极圈(13)对正排列组成，上磁极圈(12)由相间排列的2～10个上极靴环(15)和上极靴环数减去1个的上永磁环(14)组成；下磁极圈(13)由相间排列的2～10个下极靴环(15a)和下极靴环数减去1个的下永磁环(14a)组成。

6、根据权利要求1所述的磁性液体密封装置，其特征在于所述的对偶叠层式排列的磁极圈由上、下对接叠加的上磁极圈(12)和下磁极圈(13)组成，上磁极圈和下磁极圈为相互错开排列，且相互交叉嵌入，上磁极圈(12)由2个上极靴环(15)和1个上永磁环(14)组成；下磁极圈(13)由2个下极靴环(15a)和1个下永磁环(14a)组成。

7、根据权利要求1所述的磁性液体密封装置，其特征在于所述的对偶叠层式排列的磁极圈由上、下对接叠加的上磁极圈(12)和下磁极圈(13)组成，上磁极圈和下磁极圈为嵌入式排列，上磁极圈(12)由2个上极靴环(15)和1个上永磁环(14)组成；下磁极圈(13)由1个下极靴环(15a)组成。

8、根据权利要求5～7任一项所述的磁性液体密封装置，其特征在于所述的上磁极圈(12)和下磁极圈(13)的接头(17)处由紧固件(16)固连一体。

9、根据权利要求5～7任一项所述的磁性液体密封装置，其特征在于所述的上永磁环(14)和下永磁环(14a)由若干个永磁片(19)嵌入具有对应数量格孔的橡胶条(18)带而成。

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