本發(fā)明屬于機(jī)械工程密封領(lǐng)域，特別適用于高線(xiàn)速度旋轉(zhuǎn)工況。

背景技術(shù)：

磁性液體密封以其零泄漏、無(wú)固體摩擦、無(wú)機(jī)械摩擦、能耗小、壽命長(zhǎng)等優(yōu)異特性在航空航天、電子技術(shù)、機(jī)械化工、能源冶金等眾多高科技領(lǐng)域取得廣泛而不可替代的作用，在各領(lǐng)域中低線(xiàn)速度旋轉(zhuǎn)場(chǎng)合的應(yīng)用已經(jīng)相對(duì)成熟，正在向高線(xiàn)速度旋轉(zhuǎn)的密封方向發(fā)展。隨著轉(zhuǎn)軸軸徑變大和轉(zhuǎn)速變高，密封部位的線(xiàn)速度越高，磁性液體受的離心力越大，現(xiàn)有的磁性液體離心密封結(jié)構(gòu)可利用高線(xiàn)速度旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生大離心力進(jìn)行密封，但是當(dāng)線(xiàn)速度較低，磁性液體受的離心力小，依靠徑向分布的密封齒起密封作用。因此，若徑向空間受限制，離心密封的密封齒數(shù)量少，轉(zhuǎn)軸啟動(dòng)過(guò)程中線(xiàn)速度較低時(shí)，磁性液體密封耐壓能力不足。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明需要解決的技術(shù)問(wèn)題是，現(xiàn)有的磁性液體離心密封結(jié)構(gòu)在徑向空間受限制的情況下，離心密封的密封齒數(shù)少，轉(zhuǎn)軸啟動(dòng)過(guò)程中線(xiàn)速度較低時(shí)，磁性液體密封耐壓能力不足。因此，提出一種適用于高線(xiàn)速度旋轉(zhuǎn)工況的磁性液體密封裝置。

本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：

一種徑向小尺寸的高線(xiàn)速度旋轉(zhuǎn)磁性液體密封裝置，構(gòu)成該裝置包括：

轉(zhuǎn)軸、外殼、左軸承、第一隔磁環(huán)、第一極靴、第一密封圈、第一永磁體、第二極靴、第二密封圈、第二永磁體、第n-1極靴、第n-1密封圈、第n-1永磁體、第n極靴、第n密封圈、第二隔磁環(huán)、右軸承、第三隔磁環(huán)、左密封圈、左極靴、隔環(huán)、左半轉(zhuǎn)盤(pán)、轉(zhuǎn)盤(pán)永磁體、右密封圈、右半轉(zhuǎn)盤(pán)、第二磁性液體、 右極靴、第四隔磁環(huán)、端蓋、轉(zhuǎn)盤(pán)密封圈、第一螺釘、第二螺釘、右卡簧、第一磁性液體、左卡簧；

構(gòu)成該裝置的各部分之間的連接：

所述左軸承安裝在轉(zhuǎn)軸軸肩的右端面上，所述左卡簧安裝在轉(zhuǎn)軸的左卡簧槽中，形成轉(zhuǎn)動(dòng)組件；所述第一密封圈安裝在第一極靴的外圓面凹槽內(nèi)，形成帶密封圈的第一極靴；所述第二密封圈安裝在第二極靴的外圓面凹槽內(nèi)，形成帶密封圈的第二極靴；以此類(lèi)推至所述第n-1密封圈安裝在第n-1極靴的外圓面凹槽內(nèi)，形成帶密封圈的第n-1極靴；所述第n密封圈安裝在第n極靴的外圓面凹槽內(nèi)，形成帶密封圈的第n極靴；

所述轉(zhuǎn)動(dòng)組件、第一隔磁環(huán)、帶密封圈的第一極靴、第一永磁體、帶密封圈的第二極靴、第二永磁體、帶密封圈的第n-1極靴、第n-1永磁體、帶密封圈的第n極靴，第二隔磁環(huán)依次裝入外殼中，所述第一磁性液體注入到極靴與轉(zhuǎn)軸的間隙中，所述右軸承安裝在第二隔磁環(huán)的右端面，所述右卡簧裝在轉(zhuǎn)軸的右卡簧槽中，完成已裝入外殼內(nèi)的零件的軸向定位，組成軸向磁性液體密封組件；

所述左密封圈安裝在左極靴的外圓面凹槽內(nèi)，形成帶密封圈的左極靴；所述右密封圈安裝在右極靴的外圓面凹槽內(nèi)，形成帶密封圈的右極靴；所述轉(zhuǎn)盤(pán)永磁體安裝在左半轉(zhuǎn)盤(pán)右端面的環(huán)形凹槽內(nèi)，形成帶永磁體的左半轉(zhuǎn)盤(pán)；所述轉(zhuǎn)盤(pán)密封圈安裝在右半轉(zhuǎn)盤(pán)左端面的小環(huán)形凹槽內(nèi)，形成帶密封圈的右半轉(zhuǎn)盤(pán)；

所述帶密封圈的右半轉(zhuǎn)盤(pán)安裝在帶永磁體的左半轉(zhuǎn)盤(pán)的右端，轉(zhuǎn)盤(pán)永磁體嵌入右半轉(zhuǎn)盤(pán)左端面的大環(huán)形凹槽內(nèi)，左半轉(zhuǎn)盤(pán)的右端面與右半轉(zhuǎn)盤(pán)的左端面貼合，所述帶密封圈的右半轉(zhuǎn)盤(pán)和帶永磁體的左半轉(zhuǎn)盤(pán)通過(guò)第一螺釘固定連接，形成轉(zhuǎn)盤(pán)組件；

所述第三隔磁環(huán)安裝在右軸承的右端面，所述帶密封圈的左極靴安裝在第三隔磁環(huán)的右端面，所述轉(zhuǎn)盤(pán)組件與轉(zhuǎn)軸通過(guò)第二螺釘固定在轉(zhuǎn)軸的階梯端面上，所述隔環(huán)安裝在帶密封圈的左極靴的右端面，所述帶密封圈的右極靴安裝在隔環(huán)的右端面，所述第二磁性液體注入到極靴與轉(zhuǎn)盤(pán)組件形成的間隙中，所述第四隔磁環(huán)安裝在右極靴的右端面，所述端蓋壓緊第四隔磁環(huán)的右端面，端蓋與外殼通過(guò)螺紋固定連接，完成殼內(nèi)零件的軸向定位；

所述左極靴的右端面與左半轉(zhuǎn)盤(pán)的左端面形成夾角α，且0≤α≤10°；所述右極靴的左端面與右半轉(zhuǎn)盤(pán)的右端面形成夾角β，且0≤β≤10°；使極靴與轉(zhuǎn)盤(pán)組件形成的間隙隨半徑增大而減小，使間隙中的磁場(chǎng)強(qiáng)度隨半徑的增大而增強(qiáng)，在轉(zhuǎn)軸不旋轉(zhuǎn)時(shí)，第二磁性液體仍然被吸附在間隙中磁場(chǎng)強(qiáng)度相對(duì)較大的部位；

當(dāng)轉(zhuǎn)軸低線(xiàn)速度旋轉(zhuǎn)時(shí)，依靠軸向磁性液體密封組件起到密封作用，當(dāng)轉(zhuǎn)軸高線(xiàn)速度旋轉(zhuǎn)時(shí)，第一磁性液體受離心力作用被甩離密封間隙，軸向磁性液體密封失效，依靠轉(zhuǎn)盤(pán)組件帶動(dòng)第二磁性液體旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的巨大離心力起到密封作用，Ph為高壓側(cè)壓強(qiáng)，Pl為低壓側(cè)壓強(qiáng)，壓差為△P＝Ph-Pl，轉(zhuǎn)盤(pán)組件兩邊的第二磁性液體液面高度差為△h，D為隔環(huán)內(nèi)徑，D2為右極靴內(nèi)徑，△h的最大值△h_max＝(D-D2)/2，壓差△P與△h成正相關(guān)關(guān)系，即離心密封最大耐壓△P_max與△h_max成正相關(guān)關(guān)系，由于采用階梯軸設(shè)計(jì)，所述右極靴內(nèi)徑D2小于左極靴內(nèi)徑D1，相對(duì)D1＝D2的結(jié)構(gòu)有更大的△h_max，即密封裝置具有更強(qiáng)的密封耐壓能力；

隔環(huán)、全部極靴用導(dǎo)磁性材料制成，如2Cr13；

全部永磁體用高磁能積永磁材料制成，充磁方向?yàn)檩S向充磁；

轉(zhuǎn)軸可用導(dǎo)磁材料制成，或用非導(dǎo)磁材料制成并套上由導(dǎo)磁材料制成的軸 套；

外殼、左半轉(zhuǎn)盤(pán)、右半轉(zhuǎn)盤(pán)、全部隔磁環(huán)用非導(dǎo)磁性材料制成，如不銹鋼和鋁型材料；

本發(fā)明和已有技術(shù)相比所具有的有益效果：

(1)當(dāng)轉(zhuǎn)軸低線(xiàn)速度旋轉(zhuǎn)時(shí)，本發(fā)明依靠軸向磁性液體密封組件起到密封作用，在軸向空間充足情況下，可增加軸向磁性液體密封齒數(shù)，提高耐壓能力，從而提高密封的可靠性，解決了現(xiàn)有磁性液體離心密封結(jié)構(gòu)在低線(xiàn)速度旋轉(zhuǎn)工況下耐壓能力不足的問(wèn)題；

(2)由于極靴與轉(zhuǎn)盤(pán)組件形成的間隙隨半徑的增大而減小，使間隙中的磁場(chǎng)強(qiáng)度隨半徑的增大而增大，磁性液體可以更可靠地被吸附在極靴與轉(zhuǎn)盤(pán)組件形成的間隙中；

(3)由于永磁體嵌在左半轉(zhuǎn)盤(pán)與右半轉(zhuǎn)盤(pán)之間，不單獨(dú)占用徑向空間，減小了密封裝置的徑向尺寸；

(4)由于采用階梯軸設(shè)計(jì)，可使右極靴內(nèi)徑小于左極靴內(nèi)徑，密封裝置在轉(zhuǎn)軸高線(xiàn)速度旋轉(zhuǎn)時(shí)具有更強(qiáng)的密封耐壓能力。

附圖說(shuō)明

圖1為磁性液體密封裝置結(jié)構(gòu)圖。

圖2為圖1中A部放大圖。

圖1中：轉(zhuǎn)軸1、外殼2、左軸承3、第一隔磁環(huán)4-1、第一極靴5-1、第一密封圈6-1、第一永磁體7-1、第二極靴5-2、第二密封圈6-2、第二永磁體7-2、第n-1極靴5-(n-1)、第n-1密封圈6-(n-1)、第n-1永磁體7-(n-1)、第n極靴5-n、第n密封圈6-n、第二隔磁環(huán)4、右軸承8、第三隔磁環(huán)4-3、左密封圈9、左極靴10、隔環(huán)11、左半轉(zhuǎn)盤(pán)12、轉(zhuǎn)盤(pán)永磁體13、右密封圈14、右半轉(zhuǎn)盤(pán) 15、第二磁性液體16、右極靴17、第四隔磁環(huán)4-4、端蓋18、轉(zhuǎn)盤(pán)密封圈19、第一螺釘20、第二螺釘21、右卡簧22、第一磁性液體23、左卡簧24。

具體實(shí)施方式

以附圖為具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明：

一種徑向小尺寸的高線(xiàn)速度旋轉(zhuǎn)磁性液體密封裝置，如圖1，該密封裝置包括：轉(zhuǎn)軸1、外殼2、左軸承3、第一隔磁環(huán)4-1、第一極靴5-1、第一密封圈6-1、第一永磁體7-1、第二極靴5-2、第二密封圈6-2、第二永磁體7-2、第n-1極靴5-(n-1)、第n-1密封圈6-(n-1)、第n-1永磁體7-(n-1)、第n極靴5-n、第n密封圈6-n、第二隔磁環(huán)4、右軸承8、第三隔磁環(huán)4-3、左密封圈9、左極靴10、隔環(huán)11、左半轉(zhuǎn)盤(pán)12、轉(zhuǎn)盤(pán)永磁體13、右密封圈14、右半轉(zhuǎn)盤(pán)15、第二磁性液體16、右極靴17、第四隔磁環(huán)4-4、端蓋18、轉(zhuǎn)盤(pán)密封圈19、第一螺釘20、第二螺釘21、右卡簧22、第一磁性液體23、左卡簧24；

構(gòu)成該裝置的各部分之間的連接：

所述左軸承3安裝在轉(zhuǎn)軸1軸肩的右端面上，所述左卡簧24安裝在轉(zhuǎn)軸1的左卡簧槽中，形成轉(zhuǎn)動(dòng)組件；所述第一密封圈6-1安裝在第一極靴5-1的外圓面凹槽內(nèi)，形成帶密封圈的第一極靴；所述第二密封圈6-2安裝在第二極靴5-2的外圓面凹槽內(nèi)，形成帶密封圈的第二極靴；以此類(lèi)推至所述第n-1密封圈6-(n-1)安裝在第n-1極靴5-(n-1)的外圓面凹槽內(nèi)，形成帶密封圈的第n-1極靴；所述第n密封圈6-n安裝在第n極靴5-n的外圓面凹槽內(nèi)，形成帶密封圈的第n極靴；

所述轉(zhuǎn)動(dòng)組件、第一隔磁環(huán)4-1、帶密封圈的第一極靴、第一永磁體7-1、帶密封圈的第二極靴、第二永磁體7-2、帶密封圈的第n-1極靴、第n-1永磁體7-(n-1)、帶密封圈的第n極靴、第二隔磁環(huán)4-2依次裝入外殼中，所述第一磁 性液體23注入到極靴與轉(zhuǎn)軸1的間隙中，所述右軸承8安裝在第二隔磁環(huán)4-2的右端面，所述右卡簧22裝在轉(zhuǎn)軸1的右卡簧槽中，完成已裝入外殼2內(nèi)的零件的軸向定位，組成軸向磁性液體密封組件；

所述左密封圈9安裝在左極靴10的外圓面凹槽內(nèi)，形成帶密封圈的左極靴；所述右密封圈14安裝在右極靴17的外圓面凹槽內(nèi)，形成帶密封圈的右極靴；所述轉(zhuǎn)盤(pán)永磁體13安裝在左半轉(zhuǎn)盤(pán)12右端面的環(huán)形凹槽內(nèi)，形成帶永磁體的左半轉(zhuǎn)盤(pán)；所述轉(zhuǎn)盤(pán)密封圈19安裝在右半轉(zhuǎn)盤(pán)15左端面的小環(huán)形凹槽內(nèi)，形成帶密封圈的右半轉(zhuǎn)盤(pán)；

所述帶密封圈的右半轉(zhuǎn)盤(pán)安裝在帶永磁體的左半轉(zhuǎn)盤(pán)的右端，轉(zhuǎn)盤(pán)永磁體13嵌入右半轉(zhuǎn)盤(pán)15左端面的大環(huán)形凹槽內(nèi)，左半轉(zhuǎn)盤(pán)12的右端面與右半轉(zhuǎn)盤(pán)15的左端面貼合，所述帶密封圈的右半轉(zhuǎn)盤(pán)和帶永磁體的左半轉(zhuǎn)盤(pán)通過(guò)第一螺釘20固定連接，形成轉(zhuǎn)盤(pán)組件；

所述第三隔磁環(huán)4-3安裝在右軸承8的右端面，所述帶密封圈的左極靴安裝在第三隔磁環(huán)4-3的右端面，所述轉(zhuǎn)盤(pán)組件與轉(zhuǎn)軸1通過(guò)第二螺釘21固定在轉(zhuǎn)軸1的階梯端面上，所述隔環(huán)11安裝在帶密封圈的左極靴的右端面，所述帶密封圈的右極靴安裝在隔環(huán)11的右端面，所述第二磁性液體16注入到極靴與轉(zhuǎn)盤(pán)組件形成的間隙中，所述第四隔磁環(huán)4-4安裝在右極靴17的右端面，所述端蓋18壓緊第四隔磁環(huán)4-4的右端面，端蓋18與外殼2通過(guò)螺紋固定連接，完成殼內(nèi)零件的軸向定位；

所述左極靴10的右端面與左半轉(zhuǎn)盤(pán)12的左端面形成夾角α，且0≤α≤10°；所述右極靴17的左端面與右半轉(zhuǎn)盤(pán)15的右端面形成夾角β，且0≤β≤10°；使極靴與轉(zhuǎn)盤(pán)組件形成的間隙隨半徑增大而減小，使間隙中的磁場(chǎng)強(qiáng)度隨半徑的增大而增強(qiáng)，在轉(zhuǎn)軸1不旋轉(zhuǎn)時(shí)，第二磁性液體16仍然被吸附在間隙中磁場(chǎng) 強(qiáng)度相對(duì)較大的部位；

當(dāng)轉(zhuǎn)軸1低線(xiàn)速度旋轉(zhuǎn)時(shí)，依靠軸向磁性液體密封組件起到密封作用，當(dāng)轉(zhuǎn)軸1高線(xiàn)速度旋轉(zhuǎn)時(shí)，第一磁性液體23受離心力作用被甩離密封間隙，軸向磁性液體密封失效，依靠轉(zhuǎn)盤(pán)組件帶動(dòng)第二磁性液體16旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的巨大離心力起到密封作用，Ph為高壓側(cè)壓強(qiáng)，Pl為低壓側(cè)壓強(qiáng)，壓差為△P＝Ph-Pl，轉(zhuǎn)盤(pán)組件兩邊的第二磁性液體16液面高度差為△h，D為隔環(huán)11內(nèi)徑，D2為右極靴17內(nèi)徑，△h的最大值△h_max＝(D-D2)/2，壓差△P與△h成正相關(guān)關(guān)系，即離心密封最大耐壓△P_max與△h_max成正相關(guān)關(guān)系，由于采用階梯軸設(shè)計(jì)，所述右極靴17內(nèi)徑D2小于左極靴10內(nèi)徑D1，相對(duì)D1＝D2的結(jié)構(gòu)有更大的△h_max，即密封裝置具有更強(qiáng)的密封耐壓能力；

隔環(huán)11、全部極靴用導(dǎo)磁性材料制成，如2Cr13；

全部永磁體用高磁能積永磁材料制成，充磁方向?yàn)檩S向充磁；

轉(zhuǎn)軸1可用導(dǎo)磁材料制成，或用非導(dǎo)磁材料制成并套上由導(dǎo)磁材料制成的軸套；

外殼2、左半轉(zhuǎn)盤(pán)12、右半轉(zhuǎn)盤(pán)15、全部隔磁環(huán)用非導(dǎo)磁性材料制成，如不銹鋼和鋁型材料；

當(dāng)轉(zhuǎn)軸1低線(xiàn)速度旋轉(zhuǎn)時(shí)，本發(fā)明依靠軸向磁性液體密封組件起到密封作用，在軸向空間充足情況下，可增加軸向磁性液體密封齒數(shù)，提高耐壓能力，從而提高密封的可靠性，解決了現(xiàn)有磁性液體離心密封結(jié)構(gòu)在低線(xiàn)速度旋轉(zhuǎn)工況下耐壓能力不足的問(wèn)題；由于極靴與轉(zhuǎn)盤(pán)組件形成的間隙隨半徑的增大而減小，使間隙中的磁場(chǎng)強(qiáng)度隨半徑的增大而增大，磁性液體可以更可靠地被吸附在極靴與轉(zhuǎn)盤(pán)組件形成的間隙中；由于永磁體嵌在左半轉(zhuǎn)盤(pán)12與右半轉(zhuǎn)盤(pán)15之間，不單獨(dú)占用徑向空間，減小了密封裝置的徑向尺寸；由于采用階梯軸設(shè) 計(jì)，可使右極靴17內(nèi)徑小于左極靴10內(nèi)徑，密封裝置在轉(zhuǎn)軸1高線(xiàn)速度旋轉(zhuǎn)時(shí)具有更強(qiáng)的密封耐壓能力。