一种适用于高速旋转密封的双磁源磁性液体密封装置

摘要

一种适用于高速旋转密封的双磁源磁性液体密封装置，属于机械工程密封技术领域，特别适用于高速回转轴产生较大离心力，以及回转轴出现径向、轴向微动的密封。该密封结构在单磁源轴径双向密封的基础上增加了新磁源，提出双磁源的密封形式，并且增加了新的磁性液体密封环。在新磁源的作用下，该双磁源密封结构中的新增密封环能够解决离心力对密封失效的影响。新磁源还可增强轴径向密封间隙的磁感应强度。

说明书

技术领域

本发明涉及一种适用于高速旋转密封的双磁源磁性液体密封，属于机械工程密封技术领域，特别适用于高速回转轴产生较大离心力，以及回转轴出现径向、轴向微动的密封。

背景技术

磁性液体密封技术是一种利用磁性液体作为密封材料，通过外加磁场的作用，使磁性液体发生形变，在密封间隙内形成“O”形圆环状，磁性液体发生形变并充满整个密封间隙时，其就会达到密封效果。对于磁性液体，在没有外加磁场的作用下，磁性液体呈液体状态，当受到外加磁场作用时，磁性液体呈类固态。正是因为磁性液体的特殊表现形式，其所具备的“零”泄漏、可靠性高、寿命长等优点在密封领域得到了充分展现。磁性液体密封被广泛应用在航空航天、大型机械装备、医疗等领域。

对于一些机械设备的主轴实际工况为高速回转，由于密封结构与转轴之间存在着相对运动，两者之间会出现不可避免地摩擦磨损，进而导致密封件失效，存在密封寿命短、可靠性低等问题。螺旋密封和迷宫密封两种动密封性质虽然不存在摩擦磨损问题，但存在泄露问题。针对这些普遍出现的泄露和密封件失效的问题，新型的磁性液体密封技术对这一系列问题得到了一定的解决，它与传统密封形式相比，所表现的是无磨损、“零”泄漏等诸多优点。当磁性液体密封运用在高速情况下，高速产生的离心力会对磁性液体密封效果有较大的影响，高速引起的径向、轴向微动也会引起密封失效问题。针对这一系列问题，为提高磁性液体密封性能，对密封结构进行优化，使其在高速工况下保证密封效果。

发明内容

本发明所要解决的问题是，回转轴高转速工作下，磁性液体会在离心力的作用下出现失效这一问题，同时高转速工况会出现径向、轴向微动导致密封失效的情形。根据这一系列问题，本发明在单磁源轴径双向密封的基础上增加了新磁源、新的密封环，提出双磁源的密封形式，新磁源可增强磁回路的磁感应强度，提高径向、轴向的双向密封保护的性能，新增密封环能够解决离心力对密封失效的影响。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

构成装置的各部件之间的连接：将第一轴承装入外壳内腔，把第一隔磁环安装至第一轴承的右侧，将装有橡胶密封圈的第一静环装入外壳内腔至第一隔磁环右侧，在第一动环与第二动环内装入橡胶密封圈，用紧固螺钉将第一动环、非导磁性轴套与导磁性轴套固接，将第二永磁铁安装至第一动环右侧，将第二动环安装至第一永磁铁右侧，将第二动环与非导磁性轴套利用紧固螺钉固接，完成第一动环与第二动环的定位与固定，第一动环、第一永磁铁、第二动环与非导磁性轴套构成一个动环组件，按第二隔磁环、第一导磁环、第一永磁铁、第二导磁环、第三隔磁环的顺序排列放置，加入磁性液体，与第一动环、第二永磁铁、第二动环、非导磁性轴套和导磁性轴套构成的动环组件同时安装入外壳内腔，将第一轴承压盖与导磁性轴套固接，完成动环组件的初步定位，将第二动环安装至第三隔磁环的右侧，加入磁性液体，把第四隔磁环安装至第二动环右侧，将第二轴承安装至外壳内腔，第一轴承、第二轴承与导磁性轴套采用过盈配合；把第二轴承压盖与第三轴承压盖分别固定在外壳与导磁性轴套上；该密封装置在回转轴运行在高速情况下，磁性液体会在离心力的作用下移动到第一动环、第二动环的外侧，第一动环、第二动环外侧的极齿与第一永磁铁、第一导磁环、第二导磁环可保证密封效果，该装置在单磁源密封的基础上增加一个磁源，即采用双磁源的密封形式，既可保证当受到离心力作用时，第一动环22与第二动环20外侧的密封效果，还可增强轴向与径向密封间隙的磁感应强度，在出现回转轴微动的情况下，实现轴径双向密封失效保护。

所述结构采用双磁源，第一永磁铁、第二永磁铁提供磁源，以第一永磁铁、第一导磁环、第一动环、第一静环、导磁性轴套、第二动环、第二导磁环的顺序形成第一个磁回路；以第二永磁铁、第一动环、第一静环、导磁性轴套、第二静环、第二动环的顺序形成第二个磁回路，两条磁回路的磁力线共同穿过第一动环、第一静环、导磁性轴套、第二静环、第二动环；第二隔磁环、第三隔磁环起到隔磁作用，确保双磁源形成完整磁回路。

所述第一永磁铁和第二永磁铁的放置形式：第一永磁铁与第二永磁铁同轴放置，将两者同一极放置在同一侧，双磁源采用并联放置，这样的放置形式，可保证第一永磁铁和第二永磁铁提供磁源时，起到提高磁感应强度的作用，且提高密封间隙的密封能力。

所述结构采用双轴套结构，将第一动环和第二动环安装在非导磁性轴套上，非导磁性轴套起到隔磁的作用，导磁性轴套可保证磁源形成完整的磁回路，且与回转轴固接，在密封装置正常工作时，第一动环与第二动环、第二永磁铁、非导磁性轴套与导磁性轴套构成的动环组件随回转轴同步转动。

所述第一静环、第二静环环形内圆设有矩形齿；第一动环、第二动环的一端面设有矩形齿，外侧面设有矩形齿；第一导磁环、第二导磁环与第一动环外侧面、第二动环外侧面之间形成第一组轴向密封间隙，此处的密封性能在离心力较大情况时，起主要密封作用；第一静环内环面、第二静环内环面与导磁性轴套形成第二组轴向密封间隙，第一静环端面和第一动环端面与第二静环端面和第二动环端面形成径向密封间隙。第一组轴向密封、第二组轴向密封、径向密封构成密封装置的三组密封环，第二组密封间隙与径向密封间隙两者密封相结合，可构成在出现回转轴微动情况下，轴径向双向密封失效保护。

本发明的有益效果是：

本发明在单磁源轴径双向密封的基础上增加了新磁源、新的密封环，提出双磁源的密封形式，两个永磁铁为径向密封和轴向密封提供磁源。新磁源可增强磁回路的磁感应强度，提高径向、轴向的双向密封保护的性能。径向密封、回转轴上轴向密封这两种不同方向的密封形式的组合，在出现径向微动和轴向微动的情况下，径向密封和回转轴上轴向密封可构成两者互补的关系，即双向密封保护的效果。对于高速旋转密封，主轴在高速运转下会产生较大的离心力，径向密封间隙与回转轴上轴向密封间隙会出现失效的情况。在离心力的作用下，径向密封间隙和回转轴上轴向密封间隙内的磁性液体液膜会被破坏，磁性液体会汇聚在第一动环与第二动环的外侧面与第一导磁环和第二导磁环的密封间隙内，此时在第一永磁铁的作用下，磁性液体可在该间隙内形成的新密封环起到密封作用，保证整个密封装置的密封效果。

附图说明

图1为一种适用于高速旋转密封的双磁源磁性液体密封装置。

图2为适用于高速旋转密封的双磁源磁性液体密封装置磁回路示意图。

图1中：回转轴1、导磁性轴套2、第一轴承压盖3、外壳4、第一轴承5、第一隔磁环6、橡胶密封圈7、第二隔磁环8、第一导磁环9、第一永磁铁10、第二导磁环11、第三隔磁环12、第四隔磁环13、第二轴承14、第二轴承压盖15、第三轴承压盖16、磁性液体17、非导磁性轴套18、第二静环19、第二动环20、第二永磁铁21、第一动环22、第一静环23。

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：

一种适用于高速旋转密封的双磁源磁性液体密封装置，其特征在于，该装置包括：回转轴1、导磁性轴套2、第一轴承压盖3、外壳4、第一轴承5、第一隔磁环6、橡胶密封圈7、第二隔磁环8、第一导磁环9、第一永磁铁10、第二导磁环11、第三隔磁环12、第四隔磁环13、第二轴承14、第二轴承压盖15、第三轴承压盖16、磁性液体17、非导磁性轴套18、第二静环19、第二动环20、第二永磁铁21、第一动环22、第一静环23。

该装置的各部件之间的连接：装配时，将第一轴承3装入外壳4内腔，把第一隔磁环6安装至第一轴承5的右侧，将装有橡胶密封圈7的第一静环23装入外壳4内腔至第一隔磁环6右侧，在第一动环22与第二动环20内装入橡胶密封圈，用紧固螺钉将第一动环22、非导磁性轴套18与导磁性轴套2固接，将第二永磁铁21安装至第一动环22右侧，将第二动环20安装至第一永磁铁10右侧，将第二动环20与非导磁性轴套18利用紧固螺钉固接，完成第一动环22与第二动环20的定位与固定，第一动环22、第一永磁铁10、第二动环20与非导磁性轴套18构成一个动环组件，按第二隔磁环8、第一导磁环9、第一永磁铁10、第二导磁环11、第三隔磁环12的顺序排列放置，加入磁性液体17，与第一动环22、第二永磁铁21、第二动环20、非导磁性轴套18和导磁性轴套2构成的动环组件同时安装入外壳4内腔，将第一轴承压盖3与导磁性轴套2固接，完成动环组件的初步定位，将第二动环20安装至第三隔磁环12的右侧，加入磁性液体17，把第四隔磁环13安装至第二动环20右侧，将第二轴承14安装至外壳4内腔，第一轴承5、第二轴承14与导磁性轴套2采用过盈配合；把第二轴承压盖15与第三轴承压盖16分别固定在外壳4与导磁性轴套2上。

如图2所示：结构采用双磁源，第一永磁铁10、第二永磁铁21提供磁源，以第一永磁铁10、第一导磁环9、第一动环22、第一静环23、导磁性轴套2、第二动环20、第二导磁环11的顺序形成第一个磁回路；以第二永磁铁21、第一动环22、第一静环23、导磁性轴套2、第二静环19、第二动环20的顺序形成第二个磁回路，两条磁回路的磁力线共同穿过第一动环22、第一静环23、导磁性轴套2、第二静环19、第二动环20；第二隔磁环8、第三隔磁环12起到隔磁作用，确保双磁源形成完整磁回路。

第一永磁铁10、第二永磁铁21选用钕铁硼材料。

回转轴1、导磁性轴套2、第一导磁环9、第二导磁环11、第二静环19、第二动环20、第一动环22、第一静环23为导磁材料制成。

第一轴承压盖3、外壳4、第一隔磁环6、第二隔磁环8、第三隔磁环12、第四隔磁环13、第二轴承压盖15、第三轴承压盖16、非导磁性轴套18为非导磁材料制成。

磁性液体17可选择使用煤油基或者酯基的磁性液体。