[发明专利]一种磁流体轴密封装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种磁流体轴密封装置，具体地说，涉及一种可以自动调整被密封转轴与密封极齿环之间的同轴度的磁流体轴密封装置，属于磁流体密封技术领域。

背景技术

磁流体，又称磁性液体、铁磁流体或磁液，是一种新型的功能材料，它既具有液体的流动性又具有固体磁性材料的磁性，是由直径为纳米量级(10纳米以下)的磁性固体颗粒、基载液(也叫媒体)以及界面活性剂三者混合而成的一种稳定的胶状液体。磁流体在静态时无磁性吸引力，当外加磁场作用时，才表现出磁性，在实际中有着广泛的应用，可应用于各种苛刻条件的磁流体密封。当磁流体注入磁场的间隙时，它可以充满整个间隙，形成一种“液体的O型密封圈”，从而实现对被密封介质的磁流体密封。磁流体密封具有密封件之间无固体摩擦、密封件使用寿命长、可实现零泄漏等优点，其中，最主要的应用之一是用于对转轴的密封，如真空密封(离子注入机、X射线衍射仪等)、气体密封(X射线管、CO₂激光器等)、液体密封(深水泵、舰船螺旋推进器轴等)以及防尘密封(纺织机械、计算机硬盘等)等。

现有常规使用的磁流体轴密封装置如图1所示(李德才.磁性液体理论及应用[M].北京：科学出版社，2003.347-349.)，所述装置主要由转轴、非导磁金属壳、磁极、永磁体、磁流体和橡胶圈组成。其中，两个环形的磁极由均由导磁材料制成，磁极内侧圆周上加工有密封极齿。在所述磁流体轴密封装置中，非导磁金属壳用于固定磁流体轴密封装置的各个组成部件，以及将磁流体轴密封装置紧固到需要密封的器件开口处；磁极、永磁体和磁流体设在非导磁金属壳与被密封的转轴之间；转轴轴向贯穿非导磁金属壳、磁极和永磁体；两个磁极围绕转轴分别位于非导磁金属壳两端，之间设有一个提供磁场的环形永磁体，转轴与两个磁极的密封极齿之间有环形密封间隙，磁流体分布在环形密封间隙内，永磁体形成的磁场通过转轴、密封极齿及二者之间的环形密封间隙形成一个闭合磁回路，使磁流体充满环形密封间隙，在磁场作用下，磁流体被定位在环形密封间隙处，从而实现对液体、气体等的轴密封；磁极与非导磁金属壳之间的间隙以及非导磁金属壳与被密封器件开口接触部位之间的间隙分别用橡胶圈密封。

就磁流体轴密封而言，转轴与密封极齿之间的环形密封间隙大小对磁流体轴密封的承压能力具有重要的意义。这是因为环形密封间隙的略微增大将导致环形密封间隙处的漏磁明显增加，使磁场对环形密封间隙内充填的磁流体的磁吸引力降低，从而导致磁流体轴密封承压值降低。由于磁流体轴密封承压值对环形密封间隙大小十分敏感，如所述环形密封间隙增大0.1mm可使磁流体轴密封承压值降低10％以上，因此，环形密封间隙的少许增大就会导致磁流体轴密封承压值的明显下降。为保证磁流体轴密封具有足够的承压值，对于在使用中要求具有较高承压值的磁流体轴密封装置，在设计其密封结构时应尽量减小环形密封间隙的径向尺寸，通常将环形密封间隙的径向尺寸设计为0.05～0.15mm。然而，较小的环形密封间隙尺寸会给磁流体轴密封装置各个密封部件的加工和安装带来很大的不便，既要增加密封部件机械加工的精度，同时还要提高密封部件的安装精度。因为当由于加工和安装精度不高导致转轴与密封极齿之间存在较明显的不同轴而偏心时，将使环形密封间隙径向尺寸在转轴的周向上分布不均而造成环形密封间隙在转轴一侧的径向尺寸明显增大，另一侧的径向尺寸减小。环形密封间隙径向尺寸明显增大会造成磁流体轴密封承压值明显降低，同时，密封间隙径向尺寸减小还极易造成转轴与密封极齿之间产生刚性接触导致刚性磨损，使环形密封间隙径向尺寸明显增大，从而引起磁流体轴密封承压能力降低。为避免上述问题的出现，有时不得不牺牲磁流体轴密封的承压能力而将环形密封间隙设计得较大。所以，在应用磁流体轴密封技术时，如何尽量减小环形密封间隙径向尺寸在转轴周向上的分布不均和避免转轴与密封极齿之间产生刚性磨损一直是磁流体轴密封装置结构设计、加工和安装过程中亟需解决的问题。

发明内容

针对现有常规使用的磁流体轴密封装置存在的问题，本发明的目的在于提供一种磁流体轴密封装置，所述装置可以自动调整转轴与密封极齿之间的同轴度，减小环形密封间隙径向尺寸在转轴周向上的分布不均和避免转轴与密封极齿之间产生刚性接触磨损，降低密封部件加工和安装的精度要求。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。