[实用新型]一种双路水冷磁流体密封转轴

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种真空系统中应用的磁流体密封转轴，特别是在高温加热环境下、进行动态制备薄膜设备中应用的密封转轴。

背景技术

在物理气相沉积进行薄膜制备中，为降低产品成本、提高产品质量，在大多数情况下可以通过动态制备来改善。如果动态制备是通过主轴转动带动样品进行旋转的方式进行，在高温制备的环境下，需要对主轴进行水冷，以保证主轴在长时间加热条件下不发生变形。例如在批量制备高温超导薄膜材料时采用的圆盘转动双面溅射方式就采用了主轴带动样品旋转的方式。高温700℃以上长时间制备的环境对主轴水冷提出了很高的要求。由于磁流体的耐受温度只有350℃左右，在以磁流体进行密封，带动主轴旋转的情况下，如果主轴冷却不好，造成磁流体密封区域温度过高，超过磁流体的居里温度，磁流体就会失效，无法实现磁力驱动带动主轴旋转的功能。

常规的主轴水冷大多采用的是在主轴内嵌入一根密封管，一端接入水，一端通入主轴顶端区域，形成瀑布式水流通过水冷层对主轴进行水冷。如图1所示，主轴1外围具有磁流体密封17，带有水压的水流经水冷入口11，流入嵌入主轴内的入水管12，入水管在水冷夹层的里侧，不与水冷层相通。入水水流通过入水管12流至顶部区域14；顶部区域在最上端开有与水冷夹层相通的开口缝隙13。只有当入水水流将主轴顶部全部充满，才能形成瀑布式水流对水冷夹层15进行冷却，这样保证顶端部分也能充分冷却。流经水冷夹层的水流经出水管16完成冷却周期。这种方法在主轴体积较大、同时加热温度高、制备时间长时，容易形成部分区域由于瀑布水流流量不均匀而形成高温水蒸气，进而随时间延长而蒸汽区域扩大，可能造成磁流体密封的失效，甚至还会造成水冷管路由于高温蒸汽压力太大而爆管。

发明内容

针对现有技术的上述缺陷，本实用新型提出了一种新型的双路水冷磁流体密封的主轴结构，其将传统的单管直通瀑布式冷却的方法改为双路密排整体冷却的方式。经过改进的主轴在高温条件下可充分水冷。其适用于高温、长时间加热、以及尺寸较大条件下的真空系统转动主轴。使得磁流体转动密封的应用成为可能，在动态高温制备薄膜等设备和工艺中获得应用。

本实用新型的内容包括：一种双路水冷磁流体密封转轴，其包括主轴和主轴外围的磁流体密封，其特征是：由进水管、顶部水箱和出水管构成的冷却水路形成水冷层，其中该进水管和出水管在主轴外侧均匀布置。

本实用新型的双路水冷磁流体密封转轴，其中该冷却水路可以为单通路结构。

本实用新型的双路水冷磁流体密封转轴，其中该进水管和出水管可围绕主轴呈双螺旋缠绕。

本实用新型的双路水冷磁流体密封转轴，其中该进水管的入水口可位于主轴的下部，该出水管的出水口可位于主轴的下部。

本实用新型的双路水冷磁流体密封转轴，其中该进水管的出水口可位于顶部水箱的底部，该出水管的入水口可位于顶部水箱的顶部。

本实用新型的有益效果是：解决了瀑布式水流在主轴尺寸较大时的水冷不均匀现象，显著提高了水冷的可靠性；保证主轴各个地方均能够得到充分的冷却；保证了密封磁流体不退磁失效，从而保证了动态制备工艺的稳定性。

附图说明

图1所示为常规水冷主轴示意图。

图2所示为本实用新型的双路水冷主轴示意图。

具体实施方式

双路水冷的中心思想是由进水管和出水管铺满水冷层。因此进水和出水通路的形式可根据主轴的具体尺寸、形状等因素进行设计，只要能够将水冷层整个冷却既可。本实用新型的一个实施方案采用双螺旋结构，下面结合附图来说明本实用新型。

如图2所示，其包括主轴2和主轴外围的磁流体密封27，由进水管22、顶部水箱24和出水管25构成的冷却水路形成水冷层，进水管22和出水管25在主轴2外侧呈双螺旋缠绕。进水管22的入水口21位于主轴的下部，进水管22的出水口28位于顶部水箱24的底部。出水管25的入水口23位于顶部水箱24的顶部，出水管25的出水口26位于主轴2的下部。如图2所示，箭头所指为水流方向。带有水压的水流经入水口21，流入进水管22，通过进水管22流至顶部水箱24；当入水水流将顶部水箱24全部充满后，通过位于顶部水箱24顶部的入水口23流经出水管25，经出水口26流出，完成冷却周期。

本实施方案的水冷主轴与传统水冷主轴的最大区别在于：1.将原来与主轴水冷层不相通的入水水管改在水冷层内，成为水冷层的一部分；2.入水水管与出水水管成双路互补型，共同占满水冷层，使主轴充分地水冷。这种设计将上水、下水管路作为冷却水流的必经之路铺满整个水冷层，这样就不会出现水流不均匀而出现的局部高温；同时顶端的空间部分，出水管的开口开在最上端，保证冷却水整个充满顶部后才经由开口流经出水管而排出主轴，也保证了主轴顶端部分的充分冷却。采用这种冷却方式，则不必担心局部高温引起磁流体的退磁失效，从而可以采用磁流体带动主轴旋转的方式进行动态制备材料。