專利名稱：深冷泵上的磁液密封結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于深冷泵上的磁液密封結(jié)構(gòu)，屬于低溫深冷泵領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
旋轉(zhuǎn)軸密封是低溫深冷泵的一個(gè)技術(shù)關(guān)鍵，常用的有機(jī)械密封、填料密封和迷宮式密封。這三種密封方式均不能很好地解決長時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)的深冷泵的軸向密封問題。目前國內(nèi)自主研制生產(chǎn)的最大的液氧泵上采用的是充氣迷宮+柔性填料式組合密封，雖然可用但所用填料須經(jīng)常更換。磁液密封雖是一種新技術(shù)，但它目前只適用于0□～+80□的工作環(huán)境。隨著科技的不斷發(fā)展，航天等高科技領(lǐng)域?qū)γ芊饧夹g(shù)提出了更高的要求，跨領(lǐng)域的新型密封技術(shù)也就是在這種形勢下誕生的。它的出現(xiàn)解決了國內(nèi)低溫深冷環(huán)境下旋轉(zhuǎn)軸的密封問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種不需經(jīng)常更換旋轉(zhuǎn)軸的柔性填料、且動(dòng)靜密封效果好，用于深冷泵上的磁液密封結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)可防止被密封的低溫介質(zhì)(液氧、液氮、液氬)沿旋轉(zhuǎn)軸“竄出”、低溫介質(zhì)(液氧、液氮、液氬)或其汽化氣體不能直接接觸磁液密封部分；且可防止隨著旋轉(zhuǎn)軸軸徑的增大或轉(zhuǎn)速的提高而導(dǎo)致磁液升溫失效的問題。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是深冷泵上的磁液密封結(jié)構(gòu)，其特征在于包括位于上部的減壓平衡機(jī)構(gòu)、位于中部的氣體隔離機(jī)構(gòu)和位于下部的磁液密封機(jī)構(gòu)，上述三個(gè)機(jī)構(gòu)的內(nèi)部緊套于深冷泵泵軸上，泵軸的下端通過法蘭與泵的吸入室上端緊密相聯(lián)，上述三個(gè)機(jī)構(gòu)的外部通過殼體構(gòu)成一個(gè)整體。
所述的減壓平衡機(jī)構(gòu)由呈漏斗狀迷宮段疊片組成，每兩道疊片之間有墊圈隔離，等距排列的疊片形成迷宮段，迷宮段疊片與旋轉(zhuǎn)軸之間構(gòu)成環(huán)形間隙。
所述的磁液密封機(jī)構(gòu)由磁液貯液環(huán)、永磁體和導(dǎo)磁軸套組成，磁液貯液環(huán)與永磁體交替排列裝于磁液密封機(jī)構(gòu)的殼體之中，它們與導(dǎo)磁軸套之間形成環(huán)形間隙，導(dǎo)磁軸套套于泵軸之上，與旋轉(zhuǎn)軸緊密聯(lián)接，且上下裝有防止氣體沿軸泄漏的低溫O形密封圈。
所述的氣體隔離機(jī)構(gòu)由充氣腔、冷卻腔、進(jìn)氣咀和排氣咀組成，殼體的中段與減壓平衡機(jī)構(gòu)的上端面以及磁液密封機(jī)構(gòu)的下端面構(gòu)成充氣腔，殼體的上段與磁液密封機(jī)構(gòu)的外圓柱表面構(gòu)成冷卻腔，充氣腔和冷卻腔各有一進(jìn)氣咀和排氣咀，兩個(gè)進(jìn)氣咀和排氣咀緊聯(lián)在殼體上。
本發(fā)明的原理是引用具有一定壓力的壓縮氣體(壓力稍大于泵入口壓力)進(jìn)入隔離腔，在磁液密封機(jī)構(gòu)與減壓平衡機(jī)構(gòu)之間形成隔離區(qū)，可使冷端與熱端不直接接觸；減壓平衡機(jī)構(gòu)中的若干道疊片構(gòu)成阻力段，低溫介質(zhì)每越過一道疊片后壓力就降低一些，同理隔離腔中的壓縮氣體自上而下每越過一道疊片后壓力也相應(yīng)降低一些，最后二者在該機(jī)構(gòu)中的某一位置達(dá)到壓力平衡，任何一方都難以進(jìn)入對方區(qū)域。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果是(1)代替以往深冷泵軸向旋轉(zhuǎn)密封形式，避免了經(jīng)常更換柔性填料的麻煩；(2)本發(fā)明在深冷泵上加的動(dòng)、靜密封性能良好，磁液密封最大承壓能力為1.6Mpa，且結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高，可長期使用。


圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
如圖1所示，本發(fā)明的實(shí)施例由位于上部的減壓平衡機(jī)構(gòu)1、位于中部的氣體隔離機(jī)構(gòu)3和位于下部的磁液密封機(jī)構(gòu)2組成，上述三個(gè)機(jī)構(gòu)的內(nèi)部緊套于深冷泵泵軸4上，泵軸4的下端通過法蘭與泵的吸入室上端緊密相聯(lián)，上述三個(gè)機(jī)構(gòu)的外部通過殼體5構(gòu)成一個(gè)整體。
如圖1所示，減壓平衡機(jī)構(gòu)1是由若干道迷宮疊片10組成，疊片10呈漏斗狀，每兩道疊片之間有墊片隔離，若干道等距排列的疊片10組成迷宮段，此段中疊片10與泵軸4之間構(gòu)成若干道微小的環(huán)形間隙。
減壓平衡機(jī)構(gòu)1的作用是液氧(或液氮、液氬)或汽化氧(或氮、氬)在泵的進(jìn)口壓力下沖進(jìn)迷宮段，越過一道道“門坎”后壓力便要降低，最后在該機(jī)構(gòu)的中段與保護(hù)氣體達(dá)到壓力平衡，使得保護(hù)氣體與液氧(或氣氧)都不能完全越過這道減壓段而進(jìn)入對方的區(qū)域。
磁液密封機(jī)構(gòu)2由磁液貯液環(huán)20、永磁體21和導(dǎo)磁軸套22組成，磁液貯液環(huán)20與永磁體21交替排列裝于磁液密封機(jī)構(gòu)2的殼體之中，它們與導(dǎo)磁軸套22之間形成微小的環(huán)形間隙，導(dǎo)磁軸套22套于泵軸4之上，與泵軸4緊密聯(lián)接，且上下裝有防止氣體沿軸泄漏的低溫“O”形圈23。
磁液密封機(jī)構(gòu)2是利用永磁體中的磁能產(chǎn)生的磁場，將磁環(huán)(貯液環(huán))溝槽中的磁液緊緊吸住，通過磁環(huán)和導(dǎo)磁軸套構(gòu)成閉合磁路，形成磁液“O”形圈，將磁環(huán)與導(dǎo)磁軸套間的環(huán)形間隙堵死，達(dá)到密封目的。在低于1.6MPa的壓力下可確保無泄漏。
氣體隔離機(jī)構(gòu)3由充氣腔30、冷卻腔31、進(jìn)氣咀32和排氣咀33組成，殼體5的申段與減壓平衡機(jī)構(gòu)1的上端面以及磁液密封機(jī)構(gòu)2的下端面構(gòu)成充氣腔30；殼體5的上段與磁液密封機(jī)構(gòu)2的外圓柱表面構(gòu)成冷卻腔31。進(jìn)氣咀32和排氣咀33緊聯(lián)于殼體5之上，充氣腔30和冷卻腔31各有一進(jìn)氣咀32和排氣咀33。
氣體隔離機(jī)構(gòu)3既是一道低溫、常溫環(huán)境的隔離墻又是一道壓住液氧(或氣氧)使之不能上越的屏障，還是磁液密封機(jī)構(gòu)的冷卻裝置。
本發(fā)明的整個(gè)工作過程如下具有一定壓力的保護(hù)氣體(如氮?dú)釴2)經(jīng)進(jìn)氣咀32進(jìn)入充氣腔30，在減壓平衡機(jī)構(gòu)1和磁液密封機(jī)構(gòu)2之間形成了隔離區(qū)。在上部導(dǎo)磁軸套22與泵軸4之間的間隙，磁液密封機(jī)構(gòu)2的外殼與永磁體21外徑表面間的間隙，充氣腔30與冷卻腔31間的間隙均由O形圈封??；貯液環(huán)20中的磁液在永磁體21磁場的作用下與貯液環(huán)20、導(dǎo)磁軸套22、以及永磁體21構(gòu)成閉合磁路，磁液被緊緊吸附于導(dǎo)磁軸套22之上-形成磁液“O形圈”23將導(dǎo)磁軸套22與貯液環(huán)20之間的環(huán)形間隙緊緊堵住，故充氣腔30中的壓力氣體往上無通路，向下流動(dòng)經(jīng)疊片迷宮段逐漸減壓，最后在該段中部某一位置上與上竄的低溫介質(zhì)達(dá)到壓力平衡，通過排氣咀33不同開度可調(diào)整充氣腔30的溫度范圍。
當(dāng)泵軸未轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)是為靜密封，充氣腔30不必充入冷卻氣體。泵軸4轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)是為動(dòng)密封，此時(shí)磁液因磨擦而生熱。伴隨被封軸徑的增大或轉(zhuǎn)速的升高磁液溫度亦隨之聚增，此時(shí)由冷卻腔31的進(jìn)氣咀32通入冷卻氣體可將磁液溫升控制在許用范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.深冷泵上的磁液密封結(jié)構(gòu)，其特征在于包括位于上部的減壓平衡機(jī)構(gòu)(1)、位于中部的氣體隔離機(jī)構(gòu)(3)和位于下部的磁液密封機(jī)構(gòu)(2)，上述三個(gè)機(jī)構(gòu)的內(nèi)部緊套于深冷泵軸(4)上，上述三個(gè)機(jī)構(gòu)的外部通過殼體(5)構(gòu)成一個(gè)整體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的深冷泵上的磁液密封結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的減壓平衡機(jī)構(gòu)(1)由呈漏斗狀迷宮段疊片(10)組成，每兩道疊片之間有墊圈隔離，等距排列的疊片形成迷宮段，迷宮段疊片(10)與泵軸(4)之間構(gòu)成環(huán)形間隙。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的深冷泵上的磁液密封結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的磁液密封機(jī)構(gòu)(2)由磁液貯液環(huán)(20)、永磁體(21)和導(dǎo)磁軸套(22)組成，磁液貯液環(huán)(20)與永磁體(21)交替排列裝于磁液密封機(jī)構(gòu)(2)的殼體之中，它們與導(dǎo)磁軸套(22)之間形成環(huán)形間隙，導(dǎo)磁軸套(22)套于泵軸(4)之上，與泵軸(4)緊密聯(lián)接，且上下裝有防止氣體沿軸泄漏的低溫O形圈(23)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的深冷泵上的磁液密封結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的氣體隔離機(jī)構(gòu)(3)由充氣腔(30)、冷卻腔(31)、進(jìn)氣咀(32)和排氣咀(33)組成，殼體(5)的中段與減壓平衡機(jī)構(gòu)(1)的上端面以及磁液密封機(jī)構(gòu)(2)的下端面構(gòu)成充氣腔(30)，殼體(5)的上段與磁液密封機(jī)構(gòu)(2)的外圓柱表面構(gòu)成冷卻腔(31)，充氣腔(30)和冷卻腔(31)各有一進(jìn)氣咀(32)和排氣咀(33)，兩個(gè)進(jìn)氣咀(32)和排氣咀(33)緊聯(lián)在殼體(5)上。
全文摘要
深冷泵上的磁液密封結(jié)構(gòu)，緊套于深冷泵泵軸上，其下端通過法蘭與泵的吸入室上端緊密相聯(lián)，它包括減壓平衡機(jī)構(gòu)、磁液密封機(jī)構(gòu)和氣體隔離機(jī)構(gòu)。減壓平衡機(jī)構(gòu)是由迷宮疊片組成，其作用在于防止深冷液體上竄；磁液密封機(jī)構(gòu)由磁液貯液環(huán)、永磁體和導(dǎo)磁軸套組成，其作用是防止密封氣或混合氣(密封氣與汽化氧)的泄漏；氣體隔離機(jī)購由充氣腔、冷卻腔、進(jìn)氣嘴和排氣嘴組成，其作用是(1)隔離低溫段和常溫段；(2)在減壓平衡段內(nèi)頂住液氧(氮、氬)或汽化氧(氮、氬)；(3)冷卻磁液段。本發(fā)明避免了經(jīng)常更換柔性填料的麻煩，在深冷泵上的動(dòng)、靜密封性能良好，磁液密封最大承壓能力為1.6Mpa，且結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高，可長期使用。
文檔編號F04D29/10GK1614239SQ200410070540
公開日2005年5月11日 申請日期2004年8月9日 優(yōu)先權(quán)日2004年8月9日
發(fā)明者符一平, 白華, 張蔚, 楊玉清, 葉政學(xué) 申請人:中國航天科技集團(tuán)公司第一研究院第十五研究所