CN201112258Y - 中高压电力开关设备用动密封装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种中高压电力开关设备用动密封装置，所述动密封装置包括：壳体、与所述壳体配合安装的壳盖、安装在所述壳体内联接充气隔室内动作机构以及充气隔室外操作机构的主轴、用于安装所述主轴的两个轴承、与所述壳体内孔配合安装并与所述主轴之间有间隙的至少一个永磁体和至少两个磁极，所述两个磁极分别位于所述永磁体的两侧；所述磁极具有多个磁极齿；在所述磁极的磁极齿与所述主轴之间安装有磁流体。本实用新型提供一种中高压电力开关设备用动密封装置，用于满足中高压电力开关设备的绝缘介质的动密封要求。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种密封装置，特别涉及一种中高压电力开关设备用动密封装置。
背景技术
中高压电力开关设备在整个电网建设中是很关键的产品。从用电安全第一的原则看，由于中高压电力开关工作时必然会产生电弧，但有电弧就会导致不安全，甚至会出现重大的电力事故。
为了使中高压电力开关设备灭弧绝缘，人类尝试了各种办法。实践证明，六氟化硫(SF6)气体是国际上公认的最适合作为绝缘介质的非活性气体，进行灭弧绝缘是效果最好的。因此，现有中高压电力开关设备普遍采用六氟化硫(SF6)气体进行灭弧绝缘。
但中高压电力开关设备中贮存六氟化硫(SF6)的充气隔室内部的气压高于外部大气压，作为绝缘介质的六氟化硫(SF6)会向外泄漏，从而造成中高压电力开关设备灭弧绝缘失效。如果中高压电力开关设备中的动密封失效，六氟化硫(SF6)绝缘气体泄漏必然引发绝缘事故，导致大规模停电及用电设备事故，甚至人员伤亡。
动密封是对应于相对静止接合面间的静密封而言的，动密封为对于相对运动接合面间所进行的密封。由于中高压电力开关设备的充气隔室所需的密封是对于相对运动接合面间所进行的密封，因此动密封的技术关系到中高压电力开关设备的动密封的效果。
从全球范围看，中高压电力开关设备的对灭弧绝缘介质的动密封仍采用的是传统方式。现有中高压电力开关设备采用橡胶制品的密封方式或波纹管密封方式进行动密封，但密封效果不好，容易导致绝缘事故，导致大规模停电及用电设备事故，甚至人员伤亡。
因此，如何提供一种中高压电力开关设备用动密封装置，满足中高压电力开关设备的绝缘介质六氟化硫(SF6)的动密封要求，是目前本领域技术人员需要解决的技术问题。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是提供一种中高压电力开关设备用动密封装置，用于满足中高压电器开关设备的绝缘介质动密封要求。
具体说，本实用新型提供一种中高压电力开关设备用动密封装置，所述动密封装置包括：壳体、与所述壳体配合安装的壳盖、安装在所述壳体内联接充气隔室内动作机构以及充气隔室外操作机构的主轴、用于安装所述主轴的两个轴承、与所述壳体内孔配合安装并与所述主轴之间有间隙的至少一个永磁体和至少两个磁极，所述两个磁极分别位于所述永磁体的两侧；所述磁极具有多个磁极齿；在所述磁极的磁极齿与所述主轴之间安装有磁流体。
优选地，所述磁极靠近所述主轴一侧的内表面具有磁极齿，所述磁流体位于所述磁极齿与所述主轴之间。
优选地，所述磁极靠近所述壳体内孔一侧外表面开设一垂直于所述主轴的环形槽，所述环形槽内安装有O型密封圈。
优选地，所述壳体还包括与所述壳体一体的法兰，所述法兰在与所述充气隔室相联接的一侧开设一垂直于所述主轴的环形槽，所述环形槽内安装有O型密封圈或密封垫。
优选地，所述主轴上设置有轴肩或安装有轴用弹性挡圈，使所述主轴轴向定位可靠，所述轴用弹性挡圈位于所述主轴与所述壳体之间。
优选地，所述永磁体和磁极均位于两个所述轴承之间。
优选地，每个所述永磁体均位于两个所述磁极之间，并且所述磁极和所述永磁体之间无间隙安装于壳体内孔中并与所述主轴之间留有间隙。
优选地，所述永磁体内表面与所述主轴之间的距离大于所述磁极的磁极齿与所述主轴之间的距离。
优选地，所述磁极与所述轴承之间安装有非导磁材料的隔套。
本实用新型主轴与壳体之间存在相对运动，两端的轴承把主轴支撑于壳体内。由于永磁体、磁极、主轴构成了磁性回路，在永磁体产生的磁场作用下，能够将放置在主轴与磁极之间间隙处的磁流体加以集中，使其形成与磁极齿数量一致的类似于″O″形的环形结构，类似于″O″形的环形结构的磁流体将主轴与磁极之间缝隙通道堵死，从而达到密封的目的。
附图说明
图1为本实用新型所述动密封装置第一种实施例结构示意图；
图2为本实用新型所述动密封装置第二种实施例结构示意图；
图3为本实用新型实施例所述动密封装置应用示意图；
图4为本实用新型所述动密封装置第三种实施例结构示意图；
图5为本实用新型所述动密封装置第四种实施例结构示意图；
图6为本实用新型所述动密封装置第五种实施例结构示意图。
具体实施方式
本实用新型提供一种中高压电力开关设备用动密封装置，用于满足中高压电力开关设备的绝缘介质的动密封要求。
本实用新型的核心在于通过永磁体、磁极及主轴构成的磁性回路，使磁流体形成与磁极齿数量一致的类似于″O″形的环形结构，类似于″O″形的环形结构的磁流体将主轴与磁极之间缝隙通道堵死，达到密封的目的。
为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面结合附图和实施方式对本实用新型作进一步的详细说明。
参见图1，该图为本实用新型所述动密封装置第一种实施例结构示意图。
本实用新型第一种实施例所述中高压电力开关设备用动密封装置，包括壳体9、与所述壳体9配合安装的壳盖10、安装在所述壳体9内联接充气隔室内动作机构(图1中未示出)以及充气隔室外操作机构(图1中未示出)的主轴1、用于安装所述主轴1的两个轴承3、安装于所述壳体9内孔并与所述主轴之间有间隙的一个永磁体8和两个磁极5，所述两个磁极5分别位于所述永磁体8的两侧。本实用新型第一种实施例所述中高压电力开关设备用动密封装置，还包括用来保证静密封的安装于所述两个磁极5外圆上的第一密封圈61、安装于所述充气隔室箱体外避32上的第二密封圈62。所述磁极5具有多个磁极齿。在所述磁极5的磁极齿与所述主轴1之间安装有磁流体7。
所述磁极5靠近所述主轴1一侧的内表面具有多个磁极齿。由于所述磁极齿处磁场力最强，磁流体集中于所述磁极齿的齿尖处，在密封间隙内形成与磁极齿数量一致的类似于“O”形的磁流体密封环，将密封间隙充满而达到密封的目的。
所述永磁体8内表面与所述主轴1之间的距离大于所述磁极5的磁极齿与所述主轴之间的距离。
所述轴承3应当使主轴1能在壳体9内径向定位可靠并自由转动，同时保证主轴1与磁极5之间的间隙，并能够使主轴1承受一定的轴向及径向载荷。在两个所述轴承3之间安装所述永磁体8和磁极5。
磁流体又称磁性液体或铁磁流体，磁流体即具有磁性材料和液体的特性，又具有利用磁场控制流变性、热物理性和光学性能的能力，是一种对磁场敏感、可流动的液体磁性材料。
磁流体是由直径为纳米尺寸(几个到十几个纳米)的磁性微粒，在表面活性剂的作用下，均匀分散、悬浮在载液(基液加表面活性剂)中构成的一种固液相混的胶体溶液。这两种物质浑成一体，产生了具有复合性质的新材料，在纳米尺度范围内，这种材料即使在重力、离心力、电磁力作用下也不会发生固液分离，是一种典型的纳米复合材料。
所述主轴1采用较高导磁率及较低矫顽力的材料，所述磁极5与所述主轴1采用相同的材料。壳体9和壳盖10可以采用非导磁材料。壳体9和壳盖10采用的材料应视具体工况环境的不同而不同。
所述壳体9和壳盖10可以通过螺纹配合安装，也可以通过扣合结构实现相互安装。当然所述壳体9和壳盖10还可以采用可拆卸的其他机械安装方式进行相互配合，具体在此不再详述。
本实用新型主轴1与壳体9之间存在相对运动，两端的轴承3把主轴1支撑于壳体9内，由于永磁体8、磁极5、主轴1构成了磁性回路，在永磁体8产生的磁场作用下，能够将放置在主轴1与磁极5之间缝隙处的磁流体7加以集中，使其形成多个类似于″O″形的环形结构，类似于″O″形的环形结构的磁流体7将主轴1与磁极5之间缝隙通道堵死，从而达到密封的目的。
本实用新型实施例所述动密封装置，适用于应用六氟化硫(SF6)气体或氮气(N2)或六氟化硫(SF6)与氮气(N2)的混合气体作为绝缘介质解决灭弧问题的各类SF6负荷开关、断路器、隔离开关、柜式气体绝缘金属封闭开关设备(C-GIS)、气体绝缘金属封闭开关柜(GIS)等中高压电力开关设备中的需进行动密封的部位。
本实用新型实施例所述动密封装置可以将磁流体7应用于各类中高压电力开关设备上，取代了现有的橡胶制品的密封方式或波纹管密封方式；适合各类中高压电力开关设备，具有承压条件合理的磁场和机械结构。
并且本实用新型实施例所述动密封装置符合各类中高压电力开关设备机械运动要求磁性材料，能够承受各类中高压电力开关设备不同的环境温度要求。解决各类中高压电力开关设备中六氟化硫(SF6)气体的动密封(包括旋转动密封和往复直动动密封)。
本实用新型优选实施例，在所述主轴1靠近所述壳盖10的一侧，安装有使主轴1轴向定位可靠的轴用弹性挡圈2，所述轴用弹性挡圈2装与所述主轴1上并位于所述主轴1与所述壳体9之间。
本实用新型优选实施例，所述磁极5与所述轴承3之间安装有非导磁材料的隔套4，用于间隔所述磁极与所述轴承，避免磁场分散，轴承磁化。
参见图2，该图为本实用新型所述动密封装置第二种实施例结构示意图。
本实用新型所述动密封装置第二种实施例的与所述壳体9成一体法兰91与所述充气隔室相联接的一侧开设一垂直于所述主轴1的环形槽，所述环形槽内安装有第二密封圈62。而第一种实施例的第二密封圈62装于所述充气隔室箱体外壁上。
本实用新型所述动密封装置第二种实施例所述主轴1的轴向定位采用2个轴用弹性挡圈，而第一种实施例主轴定位靠轴肩与1个轴用弹性挡圈。
为了更清楚地说明本实用新型实施例所述动密封装置的工作过程，下面结合具体应用进行说明。
参见图3，该图为本实用新型实施例所述动密封装置应用示意图。
本实用新型实施例所述动密封装置的主轴1通过轴上设计的花键、键、平面等方式与应用六氟化硫(SF6)气体的充气隔室箱体内部的动作机构31及大气中的操作机构(图3中未示出)联接。磁流体密封件的壳体9与所述充气隔室箱体的外壁32通过螺钉34、压板(图3中未示出)等方式联接。
所述充气隔室其它静密封部位密封可靠安装后，所述充气隔室内的SF6气体只有两个通道可以漏出，一个通道是SF6气体通过所述动密封装置的法兰91与充气隔室箱体外壁32之间的平面处漏出，在所述动密封装置壳体9的法兰91上设置了一个O型密封圈62，此密封圈也可设计在气室箱体外壁2上，同样可以设置像密封垫之类的静密封。O型密封圈62用于保证SF6气体不会从此处漏出。
另一通道是从所述动密封装置内部的漏出，此处因为所述动密封装置的外壳9固定，而主轴1需转动，故此处的密封为一动密封，传统密封如O型密封圈、骨架油封等在动密封使用各方面性能，如密封性、对主轴的阻力矩、使用寿命等均无法与磁流体密封相比。故在动密封处采用磁流体来保证SF6气体不会从此处漏出。
通过上述动、静密封，SF6气体能被可靠的密封在所述充气隔室箱体内。
参见图4，该图为本实用新型所述动密封装置第三种实施例结构示意图。
本实用新型所述动密封装置第三种实施例相对第二种实施例的区别在于，所述永磁体8和磁极5的数量不同。
本实用新型第三种实施例所述动密封装置，包括壳体9、与所述壳体9配合安装的壳盖10、安装在所述壳体9内联接充气隔室内动作机构(图4中未示出)以及充气隔室外操作机构(图4中未示出)的主轴1、用于安装所述主轴1的两个轴承3、套装在所述主轴1上的两个永磁体8和三个磁极5，所述三个磁极5与两个所述永磁体8间隔布置，且所述两个所述永磁体8位于所述三个磁极5中两个磁极5之间，且两个所述永磁体8相邻面的极性相同。所述磁极5均具有多个磁极齿。在三个所述磁极5的磁极齿与所述主轴1之间安装有磁流体7。
所述磁极5靠近所述主轴1一侧的内表面具有多个磁极齿。由于所述磁极齿处磁场力最强，磁流体集中于所述磁极齿的齿尖处，在密封间隙内形成与磁极齿数量相同的类似于“O”形的磁流体密封环，将密封间隙充满而达到密封的目的。
本实用新型主轴1与壳体9之间存在相对运动，两端的轴承3把主轴1支撑于壳体9内，由于两个永磁体8、三个磁极5、主轴1构成了磁性回路，在两个永磁体8产生的磁场作用下，能够将放置在主轴1与三个磁极5之间缝隙处的磁流体7加以集中，使其形成与磁极齿数量相同的类似于″O″形的环形结构，类似于″O″形的环形结构的磁流体7将主轴1与磁极5之间缝隙通道堵死，从而达到密封的目的。
本实用新型所述永磁体8和磁极5的数量可以根据所述充气隔室压力的不同进行设置。
参见图5，该图为本实用新型所述动密封装置第四种实施例结构示意图。
本实用新型所述动密封装置第四种实施例相对第三种实施例的区别在于，所述永磁体8和磁极5的数量不同。
本实用新型第四种实施例所述动密封装置，包括壳体9、与所述壳体9配合安装的壳盖10、安装在所述壳体9内联接充气隔室内动作机构(图5中未示出)以及充气隔室外操作机构(图5中未示出)的主轴1、用于安装所述主轴1的两个轴承3、套装在所述主轴1上的三个永磁体8和四个磁极5，所述四个磁极5与三个所述永磁体8间隔布置，且所述三个永磁体8位于所述四个磁极5中最外侧两个磁极5之间，且每相邻的两个永磁体面极性相同。所述磁极5均具有多个磁极齿。在四个所述磁极5的磁极齿与所述主轴1之间均安装有磁流体7。
同样，所述磁极5靠近所述主轴1一侧的内表面具有多个磁极齿。由于所述磁极齿处磁场力最强，磁流体集中于所述磁极齿的齿尖处，在密封间隙内形成多个类似于“O”型磁流体密封环，将密封间隙充满而达到密封的目的。
本实用新型主轴1与壳体9之间存在相对运动，两端的轴承3把主轴1支撑于壳体9内，由于三个永磁体8、四个磁极5、主轴1构成了磁性回路，在三个永磁体8产生的磁场作用下，能够将放置在主轴1与四个磁极5之间缝隙处的磁流体7加以集中，使其形成多个类似于″O″的环形结构，类似于″O″环形结构的磁流体7将主轴1与磁极5之间缝隙通道堵死，从而达到密封的目的。
本实用新型所述永磁体8和磁极5的数量，可以根据所述充气隔室压力的不同进行设置。本实用新型所述永磁体8和磁极5的数量需要保证每个所述永磁体8均位于两个所述磁极5之间，并且所述磁极和所述永磁体之间优选方式无间隙安装在所述壳体9内孔中并与所述主轴1之间留有间隙。
参见图6，该图为本实用新型所述动密封装置第五种实施例结构示意图。
本实用新型所述动密封装置第五种实施例相对上述四种实施例的区别在于，本实用新型所述动密封装置第五种实施例为往复直动磁流体密封件，用于保证主轴1沿轴向往复直动时充气隔室内气体不从密封处泄漏。
动密封处由磁极5与永磁体8组成。磁极5的内孔具有磁极齿、外圆具有安装第一密封圈的环形槽。
本实用新型实施例所述动密封装置包括，联接充气隔室内动作机构与充气隔室外操作机构的并与永磁体8、磁极5形成磁回路的主轴1。
本实用新型实施例所述动密封装置还包括安装在所述主轴1上的直线轴承30及Y型密封圈40，并保证所述直线轴承30能对所述主轴1起径向定位作用的轴承座20。所述直线轴承30使所述主轴1能在所述壳体9内径向定位可靠并自由移动、同时保证所述主轴1与所述磁极5之间密封间隙并使所述主轴1可承受一定的径向载荷。所述Y型密封圈40防止所述主轴1在往复直动时内部所述磁流体7被带出。
本实用新型实施例所述动密封装置还包括保证所述磁极5、所述永磁体8处于特定的密封位置、对所述主轴1往复时的行程限位并对所述主轴1往复时产生的轴向冲击产生缓冲的隔套50。
本实用新型实施例所述动密封装置还包括用于保证静密封部位密封的第二密封圈62。
本实用新型实施例所述动密封装置还包括壳盖10，其外圆带有与所述壳体9相配合的螺纹并保证内部所有零件轴向定位可靠且可安装直线轴承30及Y型圈40，并保证直线轴承30能对主轴1起径向定位作用。
所述壳体9和壳盖10可以通过螺纹配合安装，也可以通过扣合结构实现相互安装。当然所述壳体9和壳盖10还可以采用可拆卸的其他机械安装方式进行相互配合，具体在此不再详述。
本实用新型实施例所述动密封装置，是一种非接触式密封，或称液体与固体接触式密封。采用磁流体动密封取代传统的动密封。在技术上消除了动密封件之间相互摩擦，不存在传统密封中密封件与主轴1之间固体与固体两相界面之间的磨损失效问题。本实用新型实施例所述动密封装置可以长时间维持最初的密封状态，延长了使用寿命。
申请人通过大量动、静态测试表明，即使用氦质谱检测仪在1×10-11Pa.m3/s条件下都难以检出。因此，本实用新型实施例所述动密封装置基本无泄漏。
申请人通过测定，每一级“O”环形结构的密封环耐压差为0.02至0.035MPa，总密封耐压差可达1.5至2MPa。
本实用新型实施例所述动密封装置温度适用范围宽。通常可应用于-40至100℃环境条件下，可满足中高压电器开关设备所处的各种户外环境要求。
本实用新型实施例所述动密封装置的灭弧、开关能够一体同步完成。
由于考虑到中高压电器开关设备有自动开合工作特点，本实用新型实施例所述动密封装置通过大量反复实验，达到了设计最优化，可以在密封和润滑的同时传递机械工作扭矩，这在传统密封中是根本不具备的功能，充分实现了中高压电器开关的灭弧、开关一体同步完成的安全高效。
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
Claims (9)
1、一种中高压电力开关设备用动密封装置，其特征在于，所述动密封装置包括：壳体、与所述壳体配合安装的壳盖、安装在所述壳体内联接充气隔室内动作机构以及充气隔室外操作机构的主轴、用于安装所述主轴的两个轴承、与所述壳体内孔配合安装并与所述主轴之间有间隙的至少一个永磁体和至少两个磁极，所述两个磁极分别位于所述永磁体的两侧；所述磁极具有多个磁极齿；在所述磁极的磁极齿与所述主轴之间安装有磁流体。
2、根据权利要求1所述动密封装置，其特征在于，所述磁极靠近所述主轴一侧的内表面具有磁极齿，所述磁流体位于所述磁极齿与所述主轴之间。
3、根据权利要求1或2所述动密封装置，其特征在于，所述磁极靠近所述壳体内孔一侧外表面开设一垂直于所述主轴的环形槽，所述环形槽内安装有O型密封圈。
4、根据权利要求3所述动密封装置，其特征在于，所述壳体还包括与所述壳体一体的法兰，所述法兰在与所述充气隔室相联接的一侧开设一垂直于所述主轴的环形槽，所述环形槽内安装有O型密封圈或密封垫。
5、根据权利要求3所述动密封装置，其特征在于，所述主轴上设置有轴肩或安装有轴用弹性挡圈，使所述主轴轴向定位可靠，所述轴用弹性挡圈位于所述主轴与所述壳体之间。
6、根据权利要求3所述动密封装置，其特征在于，所述永磁体和磁极均位于两个所述轴承之间。
7、根据权利要求6所述动密封装置，其特征在于，每个所述永磁体均位于两个所述磁极之间，并且所述磁极和所述永磁体之间无间隙安装于壳体内孔中并与所述主轴之间留有间隙。
8、根据权利要求6所述动密封装置，其特征在于，所述永磁体内表面与所述主轴之间的距离大于所述磁极的磁极齿与所述主轴之间的距离。
9、根据权利要求6所述动密封装置，其特征在于，所述磁极与所述轴承之间安装有非导磁材料的隔套。
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