CN212429740U

CN212429740U - 一种宽温度适用性磁性液体密封装置

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Publication number: CN212429740U
Application number: CN202020776445.XU
Authority: CN
Inventors: 李德才; 牛思放; 武杰; 于文娟
Original assignee: Beijing Jiaotong University
Current assignee: Beijing Jiaotong University
Priority date: 2020-05-12
Filing date: 2020-05-12
Publication date: 2021-01-29
Anticipated expiration: 2030-05-12

Abstract

一种宽温度适用性磁性液体密封装置，包括转轴(11)、外壳(12)、轴承部(13)、磁性液体密封部(14)；磁性液体A(1409、1411)为氟碳化合物基或者酯基磁性液体，磁性液体B(1410)为煤油基或者机油基磁性液体；与密封空间相邻极靴(1403)所对应极齿(1406)处注入磁性液体A(1409)，其余极靴(1404、1405)所对应极齿(1407、1408)处至少有一级注入磁性液体B(1410)。采用此结构，使得磁性液体密封装置在低温工况下具有低转动扭矩，高温工况下具有低蒸发性。该密封装置有效防止了磁性液体蒸发对密封空间所造成的污染，又由于磁性液体对外界的蒸发量减少，降低了磁性液体的蒸发损耗，间接地延长了磁性液体密封装置的养护周期和使用寿命。

Description

一种宽温度适用性磁性液体密封装置

技术领域

本实用新型属于机械工程密封技术领域，特别适用于军工、船舶、航海、航空航天等领域中温度在-40℃以下、60℃以上的密封。

背景技术

磁性液体是一种新型功能材料，它是将纳米尺度的磁性固体颗粒均匀地分散在基载液中而形成的稳定的胶体溶液。磁性液体最为重要的应用之一是磁性液体密封。磁性液体密封具有严密的密封性，其泄漏率几乎难以测量；又由于它是非接触式密封，故寿命长，可靠性高，能承受高转速。

实际使用中，某些特殊领域要求磁性液体工作在-40℃以下至60℃以上的宽温度范围内。在低温工况下，尤其是在-40℃以下，磁性液体的粘度急剧增大，使旋转轴转动扭矩过大，无法满足设备的精密控制需求，甚至摧毁电力驱动系统。为解决该技术问题，如中国发明专利说明书CN1245583C中公开的低温大直径磁性液体密封装置，选用低温流动性良好的磁性液体，如煤油基磁性液体，作为密封介质。该技术方案克服了低温工况下转动扭矩过大的弊端，但在高温工况下，尤其是在60℃以上，由于低温流动性良好的磁性液体往往具有较强的蒸发性，无法满足某些对蒸发性有较高要求的场合。

因此，如何使磁性液体密封装置在宽温度范围兼具低转动扭矩和低蒸发性，成为迫切需要解决的问题。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是，现有技术不能在宽温度范围内兼具低转动扭矩和低蒸发性。因此，提供一种宽温度适用性磁性液体密封装置，使得磁性液体密封装置在低温工况下具有低转动扭矩，高温工况下具有低蒸发性。

本实用新型的技术方案：根据宽温度范围工况下转动扭矩和蒸发性的要求，设计磁性液体密封结构，并选用一种具有低粘度、高蒸发性的磁性液体和一种具有高粘度、低蒸发性的磁性液体进行组合密封。

宽温度适用性磁性液体密封装置，包括：转轴、外壳、轴承部、磁性液体密封部。外壳由非导磁性材料制成，外壳上设有法兰组件，用于密封装置的安装与安装连接处的密封。外壳端部安装有端盖，优选端盖与外壳通过螺纹或者螺栓连接。轴承部的轴承安装于外壳中，转轴与轴承部相配合并沿外壳轴向贯穿外壳。磁性液体密封部由永磁体、极靴、极齿、磁性液体、密封圈、隔磁环组成。极靴、极齿、转轴由导磁材料制成。极齿为一定尺寸的沟槽，开设于极靴或者转轴上，存在于极靴与转轴所形成的间隙中，用于形成磁场梯度，各级极齿齿数可不相同。永磁体安装于各级极靴之间作为磁源，并将磁性液体吸附于极齿处，形成多道磁性液体环。永磁体、极靴、极齿、转轴与磁性液体形成闭合的磁回路，且磁性液体在磁场梯度的作用下具有耐压能力，从而使得极齿处的密封间隙得到可靠密封。极靴外周开设有沟槽，密封圈嵌于沟槽内对极靴与外壳之间的泄漏通道进行密封。隔磁环由非导磁性材料制成，隔磁环与极靴相配合，用于防止磁回路漏磁。

本实用新型中使用两种物理参数不同的磁性液体进行组合密封。磁性液体A为低温工况下粘度较高，高温工况下蒸发性较低的磁性液体；磁性液体B为低温工况下粘度较低，高温工况下蒸发性较高的磁性液体。优选磁性液体A为氟碳化合物基、酯基磁性液体，磁性液体B为煤油基、机油基磁性液体。

极靴级数为二级以上，优选极靴级数为二级或者三级。与密封空间相邻极靴所对应极齿处注入磁性液体A，其余极靴所对应极齿处至少有一级注入磁性液体B，且当极靴级数为三级以上时，与开放空间相邻极靴所对应极齿处优选注入磁性液体A。与密封空间相邻极靴所对应极齿处的磁性液体A阻隔了磁性液体B向密封空间蒸发，与开放空间相邻极靴所对应极齿处的磁性液体A阻隔了磁性液体B向开放空间蒸发，从而防止了磁性液体B对密封空间和开放空间的污染。又由于磁性液体对外界的蒸发量减少，降低了磁性液体的蒸发损耗，间接地延长了磁性液体密封装置的养护周期和使用寿命。

附图说明

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细说明，其中：

图1为本实用新型第一种实施方式的结构剖视图；

图2为本实用新型第二种实施方式的结构剖视图；

图3为本实用新型第三种实施方式的结构剖视图。

具体实施方式

为了更好地理解本实用新型相对于现有技术所作出的改进，下面分别对本实用新型的三种具体实施方式作出详细说明。

如图1所示的本实用新型第一种实施方式中，宽温度适用性磁性液体密封装置1包括：转轴11、外壳12、轴承部13、磁性液体密封部14。外壳12由非导磁性材料制成，外壳12上设有法兰组件121。外壳12端部安装有端盖122，端盖122与外壳12通过螺纹连接。轴承部13的轴承131、132安装于外壳12中，转轴11与轴承部13相配合并沿外壳12轴向贯穿外壳12。磁性液体密封部14由永磁体1401，极靴1403、1404，极齿1406、1407，磁性液体A 1409，磁性液体B 1410，密封圈1412、1413，隔磁环1415、1416组成。极靴1403、1404，极齿1406、1407，转轴11由导磁材料制成。极齿1406、1407为一定尺寸的沟槽，开设于极靴1403、1404上。永磁体1401安装于极靴1403、1404之间作为磁源，并将磁性液体1409、1410吸附于极齿1406、1407处，形成多道磁性液体环。永磁体1401，极靴1403、1404，极齿1406、1407，转轴11与磁性液体1409、1410形成闭合的磁回路。极靴1403、1404外周开设有沟槽，密封圈1412、1413嵌于沟槽内。隔磁环1415、1416由非导磁性材料制成，与极靴1403、1404相配合。

与密封空间相邻极靴所对应极齿1406处注入磁性液体A 1409，与开放空间相邻极靴所对应极齿1407处注入磁性液体B 1410。与密封空间相邻极靴所对应极齿1406处的磁性液体A 1409阻隔了磁性液体B 1410向密封空间蒸发，从而防止了磁性液体B 1410对密封空间的污染。

如图2所示的本实用新型第二种实施方式中，宽温度适用性磁性液体密封装置1包括：转轴11、外壳12、轴承部13、磁性液体密封部14。外壳12由非导磁性材料制成，外壳12上设有法兰组件121。外壳12端部安装有端盖122，端盖122与外壳12通过螺纹连接。轴承部13的轴承131、132安装于外壳12中，转轴11与轴承部13相配合并沿外壳12轴向贯穿外壳12。磁性液体密封部14由永磁体1401，极靴1403、1404，极齿1406、1407，磁性液体A 1409，磁性液体B 1410，密封圈1412、1413，隔磁环1415、1416组成。极靴1403、1404，极齿1406、1407，转轴11由导磁材料制成。极齿1406、1407为一定尺寸的沟槽，开设于转轴11上，与极靴1403、1404相对应。永磁体1401安装于极靴1403、1404之间作为磁源，并将磁性液体1409、1410吸附于极齿1406、1407处，形成多道磁性液体环。永磁体1401，极靴1403、1404，极齿1406、1407，转轴11与磁性液体1409、1410形成闭合的磁回路。极靴1403、1404外周开设有沟槽，密封圈1412、1413嵌于沟槽内。隔磁环1415、1416由非导磁性材料制成，与极靴1403、1404相配合。

如图3所示的本实用新型第三种实施方式中，宽温度适用性磁性液体密封装置1包括：转轴11、外壳12、轴承部13、磁性液体密封部14。外壳12由非导磁性材料制成，外壳12上设有法兰组件121。外壳12端部安装有端盖122，端盖122与外壳12通过螺纹连接。轴承部13的轴承131、132安装于外壳12中，转轴11与轴承部13相配合并沿外壳12轴向贯穿外壳12。磁性液体密封部14由永磁体1401、1402，极靴1403～1405，极齿1406～1408，磁性液体A 1409、1411，磁性液体B 1410，密封圈1412～1414，隔磁环1415、1416组成。极靴1403～1405，极齿1406～1408，转轴11由导磁材料制成。极齿1406～1408为一定尺寸的沟槽，开设于极靴1403～1405上。永磁体1401、1402作为磁源，分别安装于极靴1403、1404之间和极靴1404、1405之间，并将磁性液体1409～1411吸附于极齿1406～1408处，形成多道磁性液体环。永磁体1401、1402，极靴1403～1405，极齿1406～1408，转轴11与磁性液体1409～1411形成闭合的磁回路。极靴1403～1405外周开设有沟槽，密封圈1412～1414嵌于沟槽内。隔磁环1415、1416由非导磁性材料制成，与极靴1403、1405相配合。

与密封空间相邻极靴所对应极齿1406处注入磁性液体A 1409，与开放空间相邻极靴所对应极齿1408处注入磁性液体A 1411，中间极齿1407处注入磁性液体B 1410。与密封空间相邻极靴所对应极齿1406处的磁性液体A 1409阻隔了磁性液体B 1410向密封空间蒸发，与开放空间相邻极靴所对应极齿1408处的磁性液体A 1411阻隔了磁性液体B 1410向开放空间蒸发，从而防止了磁性液体B 1410对密封空间和开放空间的污染。

Claims

1.一种宽温度适用性磁性液体密封装置，包括

-转轴(11)、外壳(12)、轴承部(13)、磁性液体密封部(14)；

-外壳(12)由非导磁性材料制成，外壳(12)上设有法兰组件(121)，外壳(12)端部安装有端盖(122)；

-轴承部(13)的轴承(131、132)安装于外壳(12)中，转轴(11)与轴承部(13)相配合并沿外壳(12)轴向贯穿外壳(12)；

-磁性液体密封部(14)由永磁体(1401、1402)，极靴(1403～1405)，极齿(1406～1408)，磁性液体A(1409、1411)，磁性液体B(1410)，密封圈(1412～1414)，隔磁环(1415、1416)组成；

-极靴(1403～1405)，极齿(1406～1408)，转轴(11)由导磁材料制成；

-极齿(1406～1408)为一定尺寸的沟槽，开设于极靴(1403～1405)或者转轴(11)上，存在于极靴(1403～1405)与转轴(11)所形成的间隙中；

-永磁体(1401、1402)作为磁源，安装于各极靴(1403～1405)之间，并将磁性液体(1409～1411)吸附于极齿(1406～1408)处，形成多道磁性液体环；

-永磁体(1401、1402)，极靴(1403～1405)，极齿(1406～1408)，转轴(11)与磁性液体(1409～1411)形成闭合的磁回路；

-极靴(1403～1405)级数为二级以上，极靴(1403～1405)外周开设有沟槽，密封圈(1412～1414)嵌于沟槽内；

-隔磁环(1415、1416)由非导磁性材料制成，与极靴(1403～1405)相配合；

其特征在于：

-磁性液体A(1409、1411)为氟碳化合物基或者酯基磁性液体，磁性液体B(1410)为煤油基或者机油基磁性液体；

-与密封空间相邻极靴(1403)所对应极齿(1406)处注入磁性液体A(1409)，其余极靴(1404、1405)所对应极齿(1407、1408)处至少有一级注入磁性液体B(1410)。

2.根据权利要求1所述的宽温度适用性磁性液体密封装置，其特征在于：所述极靴(1403、1404)级数为二级。

3.根据权利要求1所述的宽温度适用性磁性液体密封装置，其特征在于：所述极靴(1403～1405)级数为三级，与开放空间相邻极靴(1405)所对应极齿(1408)处注入磁性液体A(1411)。

4.根据权利要求1-3任一项所述的宽温度适用性磁性液体密封装置，其特征在于：所述各级级齿(1406～1408)齿数可不相同。

5.根据权利要求4所述的宽温度适用性磁性液体密封装置，其特征在于：所述端盖(122)与外壳(12)通过螺纹或者螺栓连接。