一种用于转动系统和静止系统之间多通道气体输送的磁性液体密封装置

摘要

一种用于转动系统和静止系统之间多通道气体输送的磁性液体密封装置，属于密封领域。解决了现有的多通道输气装置只能在气体进出口没有相对运动的情况下输送气体，而不能在气体进出口有相对运动的情况下输送气体的问题。本发明包括转轴，左轴套组件，右轴套，磁性液体密封单元等。本发明通过在各出气轴套和转轴所形成的环形空腔之间使用磁性液体密封单元密封，实现了气体在静止系统和转动系统之间的多通道气体输送，各通道之间不会相互串气，气体输送过程中做到了零泄漏。

说明书

技术领域

本发明属于密封领域，能够实现两个相对转动系统之间的多通道气体 输送。

背景技术

气体输送装置广泛运用于工业热交换、医学等领域、超导发电机冷却 系统的密封。现有的气体输送装置大多实现的是两个相对静止系统之 间的气体交换。

现有的相对转动系统之间的气体输送装置，气体泄漏严重，难以实现 多通道气体输送。

磁性液体是由纳米级的磁性颗粒高度弥散于基载液中形成的一种稳定 的新型功能材料。密封是磁性液体的一个重要应用领域。磁性液体密 封技术由于其具有零泄漏、无机械磨损，寿命长，结构简单等优点逐 渐被越来越多的行业所使用。

本发明通过在相对转动的零件之间采用磁性液体密封装置，在相对静 止的零件之间通过橡胶圈密封，使得本发明能够实现气体在静止系统 与转动系统之间的输送，并且能够实现多进多出，各个通道内气体不 会发生干扰，气体对外不泄漏。结构简单紧凑，易于实现。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是，现有的相对转动系统之间的气体输送 装置，气体泄漏严重，难以实现多通道气体输送。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种用于转动系统和静止系统之间多通道气体输送的磁性液体密封装 置，该装置包括：转轴，左进气轴套，左进气磁性液体密封组件，左 出气磁性液体密封组件，左出气轴套，第一进气轴套，第一进气磁性 液体密封组件，第一出气磁性液体密封组件，第一出气轴套，第二进 气轴套，第二进气磁性液体密封 组件，第二出气磁性液体密封组件，第二出气轴套，以此类推至第n- 1进气轴套，第n-1进气磁性液体密封组件，第n-1出气磁性液体密封组 件，第n-1出气轴套，第n进气轴套，第n进气磁性液体密封组件，第n 出气磁性液体密封组件，第n出气轴套，右轴套，右垫片，右磁性液体 密封组件，右隔离环，左轴承，右轴承，第一卡簧，第二卡簧，第三 卡簧，右端盖，左螺钉，第一螺钉，以此类推至第n-1螺钉，第n螺钉 ，左端盖，左隔离环。

构成该装置各部分连接：

将左端盖安装在转轴中，将第一卡簧安装在转轴的第一卡簧槽内，将 左轴承安装在第一卡簧的右端，左轴承和转轴之间为过盈配合，将第 二卡簧安装在转轴的第二卡簧槽中，将左轴套组件装入转轴中，使得 左轴套组件中的左隔离环的左端面和左轴承的右端面贴合，左轴承和 左轴承组件中的左进气轴套之间为过盈配合，左轴套组件和转轴之间 通过左轴套组件中的左进气磁性液体密封组件和左出气磁性液体密封 组件密封。将第一轴套组件中的第一进气轴套安装在左轴套组件中的 左出气轴套的右端，用左螺钉将第一轴套组件中的第一进气轴套和左 轴套组件中的左出气轴套连接，第一轴套组件和转轴之间通过第一轴 套组件中的第一进气磁性液体密封组件和第一出气磁性液体密封组件 密封。将第二轴套组件中的第二进气轴套安装在第一轴套组件中的第 一出气轴套的右端，用第一螺钉将第二轴套组件中的第二进气轴套和 第一轴套组件中的第一出气轴套连接，第二轴套组件和转轴之间通过 第二轴套组件中的第二进气磁性液体密封组件和第二出气磁性液体密 封组件密封。以此类推至将第n轴套组件中的第n进气轴套安装在第n- 1轴套组件中的第n-1出气轴套的右端，用第n-1螺钉将第n轴套组件中 的第n进气轴套和第n-1轴套组件中的第n-1出气轴套连接，第n轴套组 件和转轴之间通过第n轴套组件中的第n进气磁性液体密封组件和第n出 气磁性液体密封组件密封。将右轴套安装在第n轴套组件中的第n出气 轴套的右端，用第n螺钉将右轴套和第n轴套组件中的第n出气轴套连接 。 将右垫片安装在第n轴套组件中的第n出气轴套的右端，将右磁性液体 密封组件安装在右垫片的右端，将右隔离环安装在右磁性液体密封组 件的右端,将右轴承安装在右隔离环的右端，右轴承和转轴之间为过盈 配合，右轴承和右轴套之间为过盈配合，将右端盖安装在右轴承的右 端，右端盖和右轴套之间通过螺纹连接，将左端盖通过左端盖和左进 气轴套之间的螺纹连接在左进气轴套中。

所述的左轴套组件包括：左进气轴套，左进气垫片，左进气磁性液体 密封组件，螺钉，左进气密封圈，左出气垫片，左出气磁性液体密封 组件，左出气轴套，左出气密封圈，左进气盘，左出气盘。

构成该组件的各部分连接：将左进气磁性液体密封组件安装在左进气 轴套内凸台的左端面，将左进气垫片安装在左进气磁性液体密封组件 的左端，将左进气盘焊接在左进气轴套的开孔位置，将左进气密封圈 安装在左进气轴套右端面的密封槽内，将左出气磁性液体密封组件安 装在左出气轴套内凸台的左端面，将左出气垫片安装在左出气磁性液 体密封组件的左端，将左出气盘焊接在左出气轴套的开孔位置，将左 出气密封圈安装在左出气轴套右端面的密封槽内，将左出气轴套安装 在左进气轴套的右端，用螺钉将左出气轴套和左进气轴套连接，形成 左轴套组件。

所述的第一轴套组件包括：第一进气轴套，第一进气垫片，第一进气 磁性液体密封组件，螺钉，第一进气密封圈，第一出气垫片，第一出 气磁性液体密封组件，第一出气轴套，第一出气密封圈，第一进气盘 ，第一出气盘。

构成该组件的各部分连接：将第一进气磁性液体密封组件安装在第一 进气轴套内凸台的左端面，将第一进气垫片安装在第一进气磁性液体 密封组件的左端，将第一进气盘焊接在第一进气轴套的开孔位置，将 第一进气密封圈安装在第一进气轴套右端面的密封槽内，将第一出气 磁性液体密封组件安装在第一出气轴套内凸台的左面，将第一出气垫 片安装在第一出气磁性液体密封组件的左端，将第一出气盘焊接在第 一出气轴套的开孔位置，将第一出气密封圈安装在

第一出气轴套右端面的密封槽内，将第一出气轴套安装在第一进气轴 套的右端，用螺钉将第一出气轴套和第一进气轴套连接，形成第一轴 套组件。

所述的第一轴套组件至第n轴套组件在结构上完全相同，其中n≥0,n的 具体取值根据实际要求选定。

所述的进气磁性液体密封组件、出气磁性液体密封组件和右磁性液体 密封组件包括：第一极靴，第二极靴，以此类推至第n极靴，第一永磁 体，第二永磁体，以此类推至第n-1永磁体，第一橡胶圈，第二橡胶圈 ，以此类推至第n橡胶圈。

构成该进气磁性液体密封组件、出气磁性液体密封组件和右磁性液体 密封组件的连接：将第一永磁体安装在第一极靴的右端面，继将第二 极靴安装在第一永磁体的右端面，将第二永磁体安装在第二极靴的右 端面，以此类推至将n-1永磁体安装在第n-1极靴的右端面，将第n极靴 安装在第n-1永磁体的右端面。相邻零件间的结合面均用胶粘接。将第 一橡胶密封圈安装于第一极靴的密封槽内，将第二橡胶密封圈安装于 第二极靴的密封槽内。以此类推至将第n橡胶密封圈安装于第n极靴的 密封槽内，形成进气磁性液体密封组件、出气磁性液体密封组件和右 磁性液体密封组件。进气磁性液体密封组件、出气磁性液体密封组件 和右磁性液体密封组件在结构完全相同，其中n≥2，n的大小取决于装 置所输送气体的压强。

所述的左进气轴套的内孔左端开有螺纹，用来连接左端盖。

所述的右轴套的内孔右端开有螺纹，用来连接右端盖。 

所述转轴沿360度方向分布有（n+1）个深度不同的进气孔，（n+1）个 深度不同的出气孔。可根据实际情况选用这2（n+1）个孔的气体输送 方向和位置。转轴左端可根据连接设备情况要求进行加工，如在轴的 周向安装导气盘、在轴的左端焊接法兰盘等，具体连接方式见图18、 图19和图20。

本发明和已有技术相比具有的有益效果：

本发明通过在轴上开有不同深度的孔，能够实现气体在静止系统与转 动系统之间的输送，并且能够实现气体多通道输送。由于采用了磁性 液体密封单元密封，各个通道中气体不会发生干扰，气体对外不泄露 。结构简单紧凑，易于实现。

附图说明

图1一种用于转动系统和静止系统之间多通道气体输送的磁性液体密封 装

置的结构图。

图2一种用于转动系统和静止系统之间多通道气体输送的磁性液体密封 装置的转轴上孔的径向分布图。

图3左轴套组件结构图。

图4第一轴套组件结构图。

图5进、出气磁性液体密封组件，右磁性液体密封组件结构图。

图6一种用于转动系统和静止系统之间多通道气体输送的磁性液体密封 装置原理图1。

图7一种用于转动系统和静止系统之间多通道气体输送的磁性液体密封 装置原理图2。

图8一种用于转动系统和静止系统之间多通道气体输送的磁性液体密封 装置，当n=0时的原理图1。

图9一种用于转动系统和静止系统之间多通道气体输送的磁性液体密封 装置，当n=0时的原理图2。

图10一种用于转动系统和静止系统之间多通道气体输送的磁性液体密 封装置，当n=1时的原理图1。

图11一种用于转动系统和静止系统之间多通道气体输送的磁性液体密 封装置，当n=1时的原理图2。

图12一种用于转动系统和静止系统之间多通道气体输送的磁性液体密 封装置，当n=1时的原理图3。

图13一种用于转动系统和静止系统之间多通道气体输送的磁性液体密 封装置，当n=2时的原理图1。

图14一种用于转动系统和静止系统之间多通道气体输送的磁性液体密 封装置，当n=2时的原理图2。

图15一种用于转动系统和静止系统之间多通道气体输送的磁性液体密 封装置，当n=2时的原理图3。

图16一种用于转动系统和静止系统之间多通道气体输送的磁性液体密 封装置，当n=2时的原理图4。

图17一种用于转动系统和静止系统之间多通道气体输送的磁性液体密 封装置，当n=2时的三维结构简图。

图18一种用于转动系统和静止系统之间多通道气体输送的磁性液体密 封装置当转轴左端连接法兰盘时的结构图。

图19一种用于转动系统和静止系统之间多通道气体输送的磁性液体密 封装置当转轴周向连接导气盘时的结构主视图。

图20一种用于转动系统和静止系统之间多通道气体输送的磁性液体密 封装置当转轴周向连接导气盘时的结构侧视图。

具体实施方式

以附图为具体实施方式对本发明作进一步说明：

一种用于转动系统和静止系统之间多通道气体输送的磁性液体密封装 置，该装置包括：转轴1，左进气轴套2，左进气磁性液体密封组件3， 左出气磁性液体密封组件4，左出气轴套5，第一进气轴套2-1，第一进 气磁性液体密封组件3-1，第一出气磁性液体密封组件4-1，第一出气 轴套5-1，第二进气轴套2-2，第二进气磁性液体密封组件3-2，第二出 气磁性液体密封组件，第二出气轴套， 以此类推至第n-1进气轴套，第n-1进气磁性液体密封组件，第n-1出气 磁性液体密封组件，第n-1出气轴套5-（n-1），第n进气轴套2-n，第 n进气磁性液体密封组件3-n，第n出气磁性液体密封组件4-n，第n出气 轴套5-n，右轴套6，右垫片7，右磁性液体密封组件8，右隔离环9，左 轴承10-1，右轴承10-2，第一卡簧11-1，第二卡簧11-2，第三卡簧11 -3，右端盖12，左螺钉13，第一螺钉13-1，以此类推至第n-1螺钉13- (n-1)，第n螺钉13-n，左端盖14，左隔离环15。

构成该装置各部分连接：

将左端盖14安装在转轴1中，将第一卡簧11-1安装在转轴1的第一卡簧 槽内，将左轴承安装在第一卡簧11-1的右端，左轴承10-1和转轴1之间 为过盈配合，将第二卡簧11-2安装在转轴1的第二卡簧槽中，将左轴套 组件装入转轴1中，使得左轴套组件中的左隔离环15的左端面和左轴承 10-1的右端面贴合，左轴承10-1和左轴承组件中的左进气轴套2之间为 过盈配合，左轴套组件和转轴1之间通过左轴套组件中的左进气磁性液 体密封组件3和左出气磁性液体密封组件4密封。将第一轴套组件中的 第一进气轴套2-1安装在左轴套组件中的左出气轴套5的右端，用左螺 钉13将第一轴套组件中的第一进气轴套2-1和左轴套组件中的左出气轴 套5连接，第一轴套组件和转轴1之间通过第一轴套组件中的第一进气 磁性液体密封组件3-1和第一出气磁性液体密封组件4-1密封。将第二 轴套组件中的第二进气轴套2-2安装在第一轴套组件中的第一出气轴套 5-1的右端，用第一螺钉13-1将第二轴套组件中的第二进气轴套2-2和 第一轴套组件中的第一出气轴套5-1连接，第二轴套组件和转轴1之间 通过第二轴套组件中的第二进气磁性液体密封组件3-2和第二出气磁性 液体密封组件密封。以此类推至将第n轴套组件中的第n进气轴套2-n安 装在第n-1轴套组件中的第n-1出气轴套5-(n-1)的右端，用第n-1螺钉 13-(n-1)将第n轴套组件中的第n进气轴套2-n和第n-1轴套组件中的第 n-1出气轴套5-(n-1)连接，第n轴套组件和转轴1之间通过第n轴套组件 中的第n进气磁性液体密封组件 3-n和第n出气磁性液体密封组件4-n密封。将右轴套6安装在第n轴套组 件中的第n出气轴套5-n的右端，用第n螺钉13-n将右轴套6和第n轴套组 件中的第n出气轴套5-n连接。将右垫片7安装在第n轴套组件中的第n出 气轴套5-n的右端，将右磁性液体密封组件8安装在右垫片7的右端，将 右隔离环9安装在右磁性液体密封组件8的右端,将右轴承10-2安装在右 隔离环9的右端，右轴承10-2和转轴1之间为过盈配合，右轴承10-2和 右轴套6之间为过盈配合，将右端盖12安装在右轴承10-2的右端，右端 盖12和右轴套6之间通过螺纹连接，将左端盖14通过左端盖14和左进气 轴套2之间的螺纹连接在左进气轴套2中。

所述的左轴套组件包括：左进气轴套2，左进气垫片15，左进气磁性液 体密封组件3，螺钉16，左进气密封圈17，左出气垫片18，左出气磁性 液体密封组件4，左出气轴套5，左出气密封圈19，左进气盘20，左出 气盘21。

构成该组件的各部分连接：将左进气磁性液体密封组件3安装在左进气 轴套2内凸台的左端面，将左进气垫片15安装在左进气磁性液体密封组 件3的左端，将左进气盘20焊接在左进气轴套2的开孔位置，将左进气 密封圈17安装在左进气轴套2右端面的密封槽内，将左出气磁性液体密 封组件4安装在左出气轴套5内凸台的左端面，将左出气垫片18安装在 左出气磁性液体密封组件4的左端，将左出气盘21焊接在左出气轴套5 的开孔位置，将左出气密封圈19安装在左出气轴套5右端面的密封槽内 ，将左出气轴套5安装在左进气轴套2的右端，用螺钉16将左出气轴套 5和左进气轴套2连接，形成左轴套组件。

所述的第一轴套组件包括：第一进气轴套2-1，第一进气垫片15-1，第 一进气磁性液体密封组件3-1，螺钉16-1，第一进气密封圈17-1，第一 出气垫片18-1，第一出气磁性液体密封组件4-1，第一出气轴套5-1， 第一出气密封圈19-1，第一进气盘20-1，第一出气盘21-1。

构成该组件的各部分连接：将第一进气磁性液体密封组件3-1安装在第 一进气轴套2-1内凸台的左端面，将第一进气垫片15-1安装在第一进气 磁性液体密封组件3-1的左端，将第一进气盘20-1焊接在第一进气轴套 2-1的开孔位置，将第一进气密封圈17-1安装在第一进气轴套2-1右端 面的密封槽内，将第一出气磁性液体密封组件4-1安装在第一出气轴套 5-1内凸台的左面，将第一出气垫片18-1安装在第一出气磁性液体密封 组件4-1的左端，将第一出气盘21-1焊接在第一出气轴套5-1的开孔位 置，将第一出气密封圈19-1安装在第一出气轴套5-1右端面的密封槽内 ，将第一出气轴套5-1安装在第一进气轴套2-1的右端，用螺钉16-1将 第一出气轴套5-1和第一进气轴套2-1连接，形成第一轴套组件。

所述的第一轴套组件至第n轴套组件在结构上完全相同，其中n≥0。

所述的进气磁性液体密封组件、出气磁性液体密封组件和右磁性液体 密封组件包括：第一极靴22-1，第二极靴22-2，以此类推至第n极靴2 2-n，第一永磁体23-1，第二永磁体23-2，以此类推至第n-1永磁体23 -(n-1)，第一橡胶圈24-1，第二橡胶圈24-2，以此类推至第n橡胶圈2 4-n。

构成该进气磁性液体密封组件、出气磁性液体密封组件和右磁性液体 密封组件的连接：将第一永磁体23-1安装在第一极靴22-1的右端面， 继将第二极靴22-2安装在第一永磁体23-1的右端面，将第二永磁体23 -2安装在第二极靴22-2的右端面，以此类推至将n-1永磁体23-(n-1)安 装在第n-1极靴22-(n-1)的右端面，将第n极靴22-n安装在第n-1永磁体 23-(n-1)的右端面。相邻零件间的结合面均用胶粘接。将第一橡胶密 封圈24-1安装于第一极靴22-1的密封槽内，将第二橡胶密封圈24-2安 装于第二极靴22-2的密封槽内。以此类推至将第n橡胶密封圈24-n安装 于第n极靴22-n的密封槽内，形成进气磁性液体密封组件、出气磁性液 体密封组件和右磁性液体密封组件。进气磁性液体密封 组件、出气磁性液体密封组件和右磁性液体密封组件在结构完全相同 ，其中n≥2，n的具体取值根据实际要求选定。

所述的左进气轴套2的内孔左端开有螺纹，用来连接左端盖。

所述的右轴套6的内孔右端开有螺纹，用来连接左端盖。 

所述转轴1沿360度方向分布有n+1个深度不同的进气孔，n+1个深度不 同的出气孔，可根据实际情况选用这2（n+1）个孔的气体输送方向和 位置。转轴1左端可根据连接设备情况要求进行加工，如在转轴左端连 接法兰盘或在转轴周向连接导气盘，具体连接方式见图18、图19和图 20。

垫片15和隔离环9采用非导磁材料如黄铜。

第一极靴22-1和第二极靴22-2直至第n极靴22-n,以及转轴采用导磁性 能良好的材料如电工纯铁。

第一永磁体23-1和第二永磁体23-2直至第n-1永磁体23-（n-1）选用铷 铁硼。

左、右轴承可根据轴向受力大小来选择不同型号的轴承，如深沟球轴 承或者角接触球轴承等。

磁性液体的种类根据密封气体和环境温度的不同选择不同基液的磁性 液体，一般在真空密封时选用氟碳化合物基磁性液体或硅油基磁性液 体或二脂类基磁性液体，低温下选用硅油基磁性液体。

该装置的工作原理：

该装置有n+1个进气通道以a0至an表示，有n+1个出气通道以b0至bn表 示。

左进气盘20为进气通道a0的入口，转轴1上a0孔为进气通道a0的出口， 第一进气盘为进气通道a1的入口，转轴1上a1孔为进气通道a1的出口， 第二进气盘为进气通道a2的入口，转轴1上a2孔为进气通道a2的出口， 以此类推 至第n进气盘为进气通道an的入口，转轴1上an孔为进气通道an的出口 ，转轴1上b0孔为出气通道b0的入口，左出气盘21为出气通道b0的出口 ，转轴1上b1孔为出气通道b1的入口，第一出气盘为出气通道b1的出口 ，转轴1上b2孔为出气通道b2的入口，第二出气盘为出气通道b2的出口 ，以此类推至转轴1上bn孔为出气通道bn的入口，第n出气盘为出气通 道bn的出口。

进气时，静止系统中的气体由左进气盘20进入进气通道a0至an。通道 a0中的气体经过左进气盘20以及左进气轴套2上的通气孔进入左进气轴 套2和转轴1所形成环形储气空间，然后经过转轴1上的a0通道，进入转 动的系统。通道a1中的气体经过第一进气盘以及第一进气轴套2-1上的 通气孔进入第一进气轴套2-1和转轴1所形成环形储气空间，然后经过 转轴1上的a1通道，进入转动的系统。通道a2中的气体经过第二进气盘 以及第二进气轴套2-2上的通气孔进入第二进气轴套2-2和转轴1所形成 环形储气空间，然后经过转轴1上的a2通道，进入转动的系统，以此类 推至通道an中的气体经过第n进气盘以及第n进气轴套2-n上的通气孔进 入第n进气轴套2-n和转轴1所形成环形储气空间，然后经过转轴1上的 an通道，进入转动的系统。由于各进气轴套和转轴1所形成的环形储气 空间通过磁性液体密封组件密封，进气通道a0至a1中的气体不会相互 串气，气体输送过程中做到了零泄漏。

出气时，转动系统中的气体由转轴1上的b0至bn孔进入出气通道b0至b n。通道b0中的气体经过出气通道b0进入左出气轴套5和转轴1所形成环 形储气空间，然后经过左出气轴套5和左出气盘21上的通孔进入静止的 系统。通道b1中的气体经过出气通道b1进入第一出气轴套5-1和转轴1 所形成环形储气空间，然后经过第一出气轴套5-1和第一出气盘上的通 孔进入静止的系统,通道b2中的气体经过出气通道b2进入第二出气轴套 5-2和转轴1所形成环形储气空间，然后经过第二出气轴套5-2和第二出 气盘上的通孔进入静止的系统，以此类推至通道bn中的气体经过出气 通道bn进入第n出气轴套5-n和转轴1所形成环 形储气空间，然后经过第n出气轴套5-n和第n出气盘上的通孔进入静止 的系统。由于各出气气轴套和转轴1所形成的环形储气空间通过磁性液 体密封组件密封，出气通道b0至bn中的气体不会相互串气，气体输送 过程中做到了零泄漏。

在实际应用中，可根据实际情况选用这2（n+1）个孔的气体输送方向 和位置。