[发明专利]一种高转速磁性液体密封结构及密封环表面气压调节方法

说明书

本发明提供一种高转速磁性液体密封结构及密封环表面气压调节方法，包括转轴和转轴上的外套。在转轴上位于外套的内侧依次安装有第一密封定位结构、磁性液体密封单元及第二密封定位结构；磁性液体密封单元包括第一极靴、第二极靴、磁性液体和环形永磁体，第一极靴与第二极靴的极齿相对安装且之间注有磁性液体，第一极靴和第二极靴安装后扩口方向朝向环形永磁体，环形永磁体内侧注入压缩气体，极齿间的磁场使磁性液体保持在极齿与转轴间的密封间隙内，压缩气体使磁性液体能抵抗高速旋转引起的离心力。本发明能够显著减弱高转速工况下磁化弛豫效应的影响并抵消离心力的影响，保证磁性液体密封环的截面形状不随转轴转速变化。

技术领域

本发明涉及磁性液体密封技术领域，尤其涉及一种适用于高转速工况的磁性液体密封结构。

背景技术

磁性液体密封因其零泄漏率、低摩擦功耗、高可靠性等优点广泛应用于机械、军工、核能等领域中，解决高转速、大轴径、液体工况等特殊工况下的密封难题。

现有磁性液体旋转密封结构中，磁性液体一般被填充在静止的极靴极齿和导磁性轴之间的密封间隙内。当转轴高速旋转时，磁性液体密封环一方面承受转轴的高速剪切，磁性液体内部具有非常大的速度梯度，这时流动的特征时间与磁性液体的磁化弛豫时间的倒数相当，表现出较强的磁化弛豫效应，而这一效应会影响密封耐压。另一方面，磁性液体随转轴高速旋转将在其内部产生较大的离心力，该力引起密封环截面变形，甚至脱开转轴表面，严重降低密封耐压。因此，需要设计一种能够减弱磁化弛豫效应，并能够抵抗离心力以减小密封环截面变形的磁性液体密封结构，解决高转速工况下的密封难题。

发明内容

本发明提供了一种高转速磁性液体密封结构及密封环表面气压调节方法，不仅可以使磁性液体保持在极靴与转轴间的密封间隙内，而且可以最大程度地减弱磁化弛豫的影响，并在磁性液体密封环外侧通过压缩空气施加压力，抵消离心力的影响，使磁性液体密封环的截面形状不随转轴转速变化，最终实现高转速工况下的可靠密封。

为解决上述发明目的，本发明提供的技术方案如下：

一种高转速磁性液体密封结构，包括转轴和安装在所述转轴上的不导磁外套，在所述转轴上位于所述外套的内侧依次安装有第一密封定位结构、磁性液体密封单元及第二密封定位结构；

所述磁性液体密封单元包括依次安装的第一极靴、环形永磁体及第二极靴，所述第一极靴和所述第二极靴的凹槽内分别安装有第一O形圈和第二O形圈；所述第一极靴与所述第二极靴的极齿相对安装，所述第一极靴和所述第二极靴安装后扩口方向朝向所述环形永磁体，且在所述第一极靴、所述第二极靴与所述转轴之间注有磁性液体；

所述外套上设有通孔，所述环形永磁体侧面与所述外套上通孔对应位置也设有通孔，两通孔之间形成气路，所述气路外端与减压阀和气瓶依次连接，所述气瓶通过所述气路为所述环形永磁体内部通入压缩气体；

所述第一极靴和所述第二极靴采用导磁性佳的材质制成，且两极靴的极齿端面为变截面形状；调整所述第一极靴和所述第二极靴上的极齿尺寸以满足所述两极齿之间的磁场强度远大于所述极齿与所述转轴表面之间的磁场强度。

优选地，所述第一密封定位结构包括第一轴承和第一挡环并依次安装，所述第一挡环贴近所述第一极靴；所述第二密封定位结构包括第二挡环、第二轴承和端盖并依次安装，所述第二挡环贴近所述第二极靴，所述第二轴承外端被所述端盖压紧，所述端盖与所述外套螺纹连接；所述转轴一端设有阶梯，所述第一轴承的内圈紧靠在所述转轴的阶梯处。

优选地，在所述转轴上依次平行安装多个所述磁性液体密封单元。

优选地，所述第一极靴和所述第二极靴的极齿端面为形状为梯形或双曲面形。

优选地，所述第一轴承和所述第二轴承为球轴承或滚子轴承或角接触球轴承。