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专利名称：集装式磁性流体密封装置

专利类型：发明专利

专利申请号：CN202010928379.8

专利申请（专利权）人：自贡兆强密封制品实业有限公司
权利人地址：四川省自贡市沿滩区高新工业园区龙乡大道19号附66号(厂房)

专利发明（设计）人：发明人:张龙飞,颜招强,雷建波,文传顺

专利摘要：本发明公开了一种集装式磁性流体密封装置，包括极靴组件和设置在极靴组件内的磁流体，极靴组件上设置有极齿和永磁铁，还包括轴套和密封座，极靴组件布置在轴套和密封座之间，极靴组件与轴套长度匹配，极靴组件与轴套间隔一定间隙，极齿和永磁铁竖向上均匀布置在极靴组件上；轴套顶部设置有轴套盖板，密封座顶部设置有盖板；本发明采用多层布置的极齿，与磁性流体配合形成多个密封层，进一步加强了密封作用；相比于传统非整体式的磁性流体密封装置而言，本发明的磁性流体密封装置采用集装式结构，结构紧凑，便于安装、调试，同时也便于包装、运输。

主权利要求：
1.集装式磁性流体密封装置，包括极靴组件（1）和设置在极靴组件（1）内的磁流体，极靴组件（1）上设置有若干极齿（11）和永磁铁（13），其特征在于，还包括轴套（2）和密封座（3），极靴组件（1）布置在轴套（2）和密封座（3）之间，极靴组件（1）与轴套（2）长度匹配，极靴组件（1）与轴套（2）间隔一定间隙，极齿（11）和永磁铁（13）竖向上均匀布置在极靴组件（1）上；轴套顶部设置有轴套盖板（21），密封座顶部设置有盖板（31）；
所述密封座底部设置有连接座（4），连接座（4）上设置有用于吹出密封座下方油雾的吹气机构，所述吹气机构包括若干组布置在连接座（4）上的进气口（61）和出气口（62），连接座（4）内设置有气流通道（41），进气口（61）通过气流通道（41）与出气口（62）连通；所述进气口（61）通过管道连接有压缩机，出气口（62）通过管道连接有真空泵；
所述极靴组件（1）的顶部设置有蓄磁液腔（6），蓄磁液腔（6）内水平的布置有甩液环形槽（7）；
所述轴套（2）的上部设置有锥形环（8），极靴组件（1）和轴套之间设置有同心定位环（9）。
2.如权利要求1所述的集装式磁性流体密封装置，其特征在于，所述密封座（3）上设置有用于冷却极靴组件的冷却机构。
3.如权利要求2所述的集装式磁性流体密封装置，其特征在于，所述冷却机构包括布置在密封座（3）上的冷却液入口（51）和冷却液出口（52），极靴组件（1）内设置有冷却通道（12），冷却液入口（51）通过冷却通道（12）与冷却液出口（52）连通。
4.如权利要求1所述的集装式磁性流体密封装置，其特征在于，所述密封座（3）上设置有与极靴组件（1）连通的磁性流体注入孔（32），磁性流体注入孔（32）内设置有可拆卸的堵头。
5.如权利要求1所述的集装式磁性流体密封装置，其特征在于，所述极靴组件（1）和密封座（3）之间设置有磁屏蔽垫（5）。
6.如权利要求1所述的集装式磁性流体密封装置，其特征在于，所述轴套（2）内设置有第二磁屏蔽垫（22）。 说明书 : 集装式磁性流体密封装置技术领域[0001] 本发明涉及机械密封技术领域，尤其是一种用于高速土工离心机主轴的集装式磁性流体密封装置。背景技术[0002] 离心机就是利用离心力使得需要分离的不同物料得到加速分离的机器。离心机大量应用于化工、石油、食品、制药、选矿、煤炭、水处理和船舶等部门。高速离心机的主轴部位需要密封，传统的密封方式包括填料密封和机械密封。填料密封的填料层易老化，且主轴在转动过程中产生热量，高温下填料层易变形，因此填料密封会产生泄露；对于机械密封而言，高速离心式压缩机工作时，因速度高，安装空间。咚倩得芊獍沧袄，且为保持液膜润滑会产生少量持续泄露。[0003] 现有技术中，中国专利CN106224556B公开了一种多磁源端面式集装式磁性流体密封装置，所述的多磁源端面式集装式磁性流体密封装置设置于轴的前端，包括外壳、左极靴环、右极靴环、永磁体；左极靴环安装于轴前端的外壁上，右极靴环安装于左极靴环之后的轴的外壁上；左极靴环上远离轴的前端的端面上设置有多个与轴的轴向平行的极齿I，极齿I之间的间隙为凹槽I，右极靴环上靠近轴的前端的端面上开设有多个与轴的轴向平行的极齿II，极齿II之间的间隙为凹槽II；右极靴环与左极靴环上的极齿和凹槽相互呈镜像，左极靴环和右极靴环之间设有密封介质；凹槽I和凹槽II内分别安装有极性相反的永磁体。该专利通过磁性密封装置来进行密封，解决了传统机械密封泄露的问题。但是，该装置集成度差，安装、调试不便；极靴环和极齿在长时间运行后受温度影响会变形产生泄露，进而影响密封效果；此外，下部轴承上润滑油雾化后会上窜进入真空室，影响设备运行。发明内容[0004] 本发明为解决现有技术磁性流体密封装置集成度差和密封性能差的技术问题是提供一种集装式磁性流体密封装置。[0005] 本发明所采用的技术方案是：集装式磁性流体密封装置，包括极靴组件和设置在极靴组件内的磁流体，极靴组件上设置有极齿和永磁铁，还包括轴套和密封座，极靴组件布置在轴套和密封座之间，极靴组件与轴套长度匹配，极靴组件与轴套间隔一定间隙，极齿和永磁铁竖向上均匀布置在极靴组件上；轴套顶部设置有轴套盖板，密封座顶部设置有盖板。[0006] 磁性密封装置的下方安装在常压室，磁性密封装置安装到真空室，轴套上连接主轴，磁性密封装置以下为空气、润滑油油雾和水汽混合气雾形态为主。本发明的轴套、极靴组件和永磁铁构成磁回路，在轴套随主轴的高速转动过程中，极靴组件内的磁流体聚集在轴套和极齿之间形成环形的密封层，起到密封作用。采用磁性流体进行密封可以以近乎零泄漏的严密密封，确保气雾形态混合物不从密封部位泄漏到上面真空室以内。此外，本发明采用多层布置的极齿，在每一个极齿处形成一个密封圈，多个密封圈进一步加强了密封作用。传统的磁性流体密封装置为非整体式，需要与主轴一步一步进行安装，而本发明的磁性流体密封装置采用集装式结构，也就是整体式，使密封装置可以作为一个整体进行安装，之后再与主轴进行安装，结构紧凑，便于安装、调试，同时也便于包装、运输。[0007] 进一步的是，所述密封座上设置有用于冷却极靴组件的冷却机构。由于离心机高速运转，磁流体会产生热量，极靴组件的温度会升高。极靴组件温度升高超过工作范围后，永磁铁的磁性会下降，降低极齿部位的磁场强度，影响磁流体吸附力，降低密封能力效果，甚至失效。因此本发明通过冷却机构对极靴组件进行冷却，有效避免了上述情况的发生。[0008] 进一步的是，所述冷却机构包括布置在密封座上的冷却液入口和冷却液出口，极靴组件内设置有冷却通道，冷却液入口通过冷却通道与冷却液出口连通。冷却液依次流过冷却液入口、冷却通道和冷却液出口，通过热交换的方式对极靴组件进行降温，进而有效保证磁性流体的密封性。[0009] 进一步的是，所述密封座底部设置有连接座，连接座上设置有用于吹出密封座下方油雾的吹气机构。密封座下方设置有轴承，轴承上有润滑油，润滑油高温下会雾化，且由于磁性密封装置的上方为真空室，下方为常压室，因此油雾会上窜，通过布置吹气机构，可防止油雾上窜。[0010] 进一步的是，所述吹气机构包括若干组布置在连接座上的进气口和出气口，连接座内设置有气流通道，进气口通过气流通道与出气口连通，进气口通过管道连接有压缩机，出气口通过管道连接有真空泵。通过高压的方式将上窜的油雾通过吹气机构带走，从而避免了油雾上窜到磁性流体部位。[0011] 进一步的是，所述密封座上设置有与极靴组件连通的磁性流体注入孔，磁性流体注入孔内设置有可拆卸的堵头。磁性流体受温度的影响会蒸发，产生少量的损耗，因此当极靴组件内的磁性流体不足时，可通过磁性流体注入孔向极靴组件内注入磁性流体，以进行补充。[0012] 进一步的是，所述极靴组件和密封座之间设置有磁屏蔽垫，防止永磁铁磁路的漏磁对主轴的轴承产生有害影响。[0013] 进一步的是，所述极靴组件的顶部设置有蓄磁液腔。由于磁回路内的磁力恒定，当极靴组件内磁性流体过多，就会弱化磁性流体形成的密封圈，因此通过布置蓄磁液腔，在轴套旋转的过程中，将多余的磁性流体暂存在蓄磁液腔内，从而保证磁性流体的密封性。[0014] 进一步的是，所述蓄磁液腔内水平的布置有甩液环形槽。由于甩液环形槽是水平布置的，在轴套旋转的过程中，蓄磁液腔内的磁性流体进入到甩液环形槽，可避免磁性流体上窜。[0015] 进一步的是，所述轴套内设置有第二磁屏蔽垫，防止永磁铁磁路的漏磁对主轴的轴承产生有害影响。[0016] 进一步的是，所述轴套的上部设置有锥形环；极靴组件和轴套之间设置有同心定位环。锥形环用于抱紧轴套和主轴，保证轴套和主轴可靠的连接，可同步转动，锥形环呈锥形可更好的与主轴贴合；同心定位环便于安装轴套和极靴组件，在安装轴套和极靴组件时，同心定位环可保证轴套和极靴组件之间保留一定且相同的间隙，此间隙用于磁性流体形成密封层。[0017] 本发明的有益效果是：[0018] 1、相比于传统非整体式的磁性流体密封装置而言，本发明的磁性流体密封装置采用集装式结构，结构紧凑，便于安装、调试，同时也便于包装、运输；且本发明采用多层布置的极齿，与磁性流体配合形成多个密封层，进一步加强了密封作用。[0019] 2、本发明通过冷却机构对极靴组件进行冷却，有效解决了极靴组件因温度过高产生微小形变，进而影响密封效果的问题。[0020] 3、本发明通过吹气机构可防止密封座下方的油雾上窜到真空室，进而影响设备的使用环境。[0021] 4、本发明在极靴组件和密封座之间设置有磁屏蔽垫，防止永磁铁磁路的漏磁对主轴的轴承产生有害影响；轴套内设置的第二磁屏蔽垫可防止永磁铁磁路的漏磁对主轴的轴承产生有害影响。[0022] 5、本发明通过磁性流体注入孔向极靴组件内周期性的注入磁性流体，以进行补充蒸发缺失的磁性流体；相比于传统不能补偿磁性流体的密封装置而言，使用寿命更高。附图说明[0023] 图1是本发明的立体图。[0024] 图2是本发明的主视图。[0025] 图3是图2中B?B剖视图。[0026] 图4是图3中A的局部放大图。[0027] 图5是本发明的安装示意图。[0028] 图中标记为：[0029] 1、极靴组件；2、轴套；3、密封座；4、连接座；5、磁屏蔽垫；6、蓄磁液腔；7、甩液环形槽；8、锥形环；9、同心定位环；10、主轴；[0030] 11、极齿；12、冷却通道；13、永磁铁；21、轴套盖板；22、第二磁屏蔽垫；31、盖板；32、磁性流体注入孔；41、气流通道；51、冷却液入口；52、冷却液出口；61、进气口；62、出气口；[0031] 101、护罩。具体实施方式[0032] 下面结合附图对本发明进一步说明。[0033] 实施例一[0034] 参照图1、图2、图3和图4，本发明的集装式磁性流体密封装置，包括极靴组件1和设置在极靴组件1内的磁流体，极靴组件1上设置有若干极齿11和永磁铁13，还包括轴套2和密封座3，极靴组件1布置在轴套2和密封座3之间，极靴组件1与轴套2长度匹配，极靴组件1与轴套2间隔一定间隙，极齿11和永磁铁13竖向上均匀布置在极靴组件1上；轴套顶部设置有轴套盖板21，密封座顶部设置有盖板31。磁性密封装置的下方安装在常压室，磁性密封装置安装到真空室，轴套上连接主轴，磁性密封装置以下为空气、润滑油油雾和水汽混合气雾形态为主。本发明的轴套、极靴组件和永磁铁构成磁回路，在轴套随主轴的高速转动过程中，极靴组件内的磁流体聚集在轴套和极齿之间形成环形的密封层，起到密封作用。采用磁性流体进行密封可以以近乎零泄漏的严密密封，确保气雾形态混合物不从密封部位泄漏到上面真空室以内。此外，本发明采用多层布置的极齿，在每一个极齿处形成一个密封圈，多个密封圈进一步加强了密封作用。传统的磁性流体密封装置为非整体式，需要与主轴一步一步进行安装，而本发明的磁性流体密封装置采用集装式结构，也就是整体式，使密封装置可以作为一个整体进行安装，之后再与主轴进行安装，结构紧凑，便于安装、调试，同时也便于包装、运输。[0035] 参照图1，本实施例在密封座3上设置有与极靴组件1连通的磁性流体注入孔32，磁性流体注入孔32内设置有可拆卸的堵头(图中未示出)。磁性流体受温度的影响会蒸发，产生少量的损耗，因此当极靴组件内的磁性流体不足时，可通过磁性流体注入孔向极靴组件内注入磁性流体，以进行补充。[0036] 参照图4，本实施例在极靴组件1和密封座3之间设置有磁屏蔽垫5，防止永磁铁磁路的漏磁对主轴的轴承产生有害影响。[0037] 参照图4，本实施例在轴套内设置有第二磁屏蔽垫22，防止永磁铁磁路的漏磁对主轴的轴承产生有害影响。[0038] 参照图3和图4，本实施例在轴套2的上部设置有锥形环8；极靴组件1和轴套2之间设置有同心定位环9。锥形环用于抱紧轴套和主轴，保证轴套和主轴可靠的连接，可同步转动，锥形环呈锥形可更好的与主轴贴合；同心定位环便于安装轴套和极靴组件，在安装轴套和极靴组件时，同心定位环可保证轴套和极靴组件之间保留一定且相同的间隙，此间隙用于磁性流体形成密封层。[0039] 实施例二[0040] 参照图1和图4，在实施例一的基础上，本实施例在密封座3上设置有用于冷却极靴组件的冷却机构；所述冷却机构包括布置在密封座3上的冷却液入口51和冷却液出口52，极靴组件1内设置有冷却通道12，冷却液入口51通过冷却通道12与冷却液出口52连通。由于离心机高速运转，磁流体会产生热量，极靴组件的温度会升高。极靴组件温度升高超过工作范围后，永磁铁的磁性会下降，降低极齿部位的磁场强度，影响磁流体吸附力，降低密封能力效果，甚至失效。因此本发明通过冷却机构对极靴组件进行冷却，有效避免了上述情况的发生。冷却液依次流过冷却液入口、冷却通道和冷却液出口，通过热交换的方式对极靴组件进行降温，进而有效保证磁性流体的密封性。[0041] 实施例三[0042] 参照图1、图2和图3，在实施例一的基础上，本实施例在密封座底部设置有连接座4，连接座4上设置有用于吹出密封座下方油雾的吹气机构；所述吹气机构包括若干组布置在连接座4上的进气口61和出气口62，连接座4内设置有气流通道41，进气口61通过气流通道41与出气口62连通；进气口61通过管道连接有压缩机(图中未示出)，出气口62通过管道连接有真空泵(图中未示出)。密封座下方设置有轴承，轴承上有润滑油，润滑油高温下会雾化，且由于磁性密封装置的上方为真空室，下方为常压室，因此油雾会上窜，通过布置吹气机构，可防止油雾上窜。通过高压的方式将上窜的油雾通过吹气机构带走，从而避免了油雾上窜到磁性流体部位。[0043] 实施例四[0044] 参照图3和图4，在实施例一的基础上，本实施例在极靴组件1的顶部设置有蓄磁液腔6。由于磁回路内的磁力恒定，当极靴组件内磁性流体过多，就会弱化磁性流体形成的密封圈，因此通过布置蓄磁液腔，在轴套旋转的过程中，将多余的磁性流体暂存在蓄磁液腔内，从而保证磁性流体的密封性。[0045] 参照图3和图4，本实施例在蓄磁液腔6内水平的布置有甩液环形槽7。由于甩液环形槽是水平布置的，在轴套旋转的过程中，蓄磁液腔内的磁性流体进入到甩液环形槽，可避免磁性流体上窜。[0046] 安装及工作原理：首先将轴套、极靴组件和密封座进行安装，在安装轴套和极靴组件时，将同心定位环安装在两者之间，以使其两者形成一定的间隙，便于磁性流体在极齿和轴套之间形成密封层；再安装连接座，连接座和密封座之间通过沉头螺栓固定，安装相应的盖板和轴套盖板，将本发明的磁性流体密封装置装配成一个整体。参照图5，安装本发明的磁性流体密封装置时，只需将主轴与轴套进行连接，将护罩101安装到磁性流体密封装置的下部，安装后护罩位于离心机的常压室，磁性流体密封装置位于离心机的真空室，最后接通相应的气管和冷却管即可。本发明的轴套、极靴组件和永磁铁构成磁回路，在轴套随主轴的高速转动过程中，极靴组件内的磁流体聚集在轴套和极齿之间形成环形的密封层，起到密封作用。采用磁性流体进行密封可以以近乎零泄漏的严密密封，确保气雾形态混合物不从密封部位泄漏到上面真空室以内。传统的磁性流体密封装置为非整体式，需要与主轴一步一步进行安装，而本发明的磁性流体密封装置采用集装式结构，也就是整体式，使密封装置可以作为一个整体进行安装，之后再与主轴进行安装，结构紧凑，便于安装、调试，同时也便于包装、运输。[0047] 本发明的磁性流体包括纳米磁性颗粒、表面活性剂和基载液，纳米磁性颗粒为Fe3O4；表面活性剂的分子链一端吸附于磁性颗粒，另一端须很好的溶于载液；基载液：硅油类、氟醚类等；磁性流体的要求：低蒸发速率、低黏度、高化学稳定性、高抗辐射性能和耐高温。极靴组件传递磁力，极靴组件尖端的极齿宽度为0.2mm～2mm，相邻两个极齿之间的间隙为1.5mm～5mm，轴套为导磁材料，在高腐蚀的情况通过表面喷涂PTFE或金属实现耐腐蚀。永磁铁选用烧结钕铁硼永磁铁，矫顽力Hcj达到1114KA/m。[0048] 本发明的冷却液采用水，冷却液入口温度≤20℃，流量≥20L/min。进气口的吹气3量为0.5m/min，真空泵的吸气率为4L/s。[0049] 以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

专利地区：四川

专利申请日期：2020-09-07

专利公开日期：2024-10-22

专利公告号：CN111974558B