本發(fā)明涉及磁性液體密封，具體涉及一種具備主動控制能力的磁性液體密封裝置的原理及其設(shè)計方法，屬于機(jī)械密封。

背景技術(shù)：

1、磁性液體密封裝置因其零泄露，長壽命，功耗低等優(yōu)點，在航空航天、醫(yī)療、化工等領(lǐng)域得到應(yīng)用。耐壓能力與啟動扭距是磁性液體密封裝置的關(guān)鍵工作指標(biāo)，然而目前大多磁性液體密封裝置不具備主動控制能力、泛用性低，大大增加了工程設(shè)計的時間與成本，研發(fā)可在線主動控制的磁性液體密封裝置是目前磁性液體密封進(jìn)一步發(fā)展亟待解決的難題之一。

2、通過專利檢索存在以下已知的技術(shù)方案：專利公開號為cn?116398642a，本專利涉及一種以繞組為磁源的磁性液體密封裝置，該裝置通過調(diào)控繞組通過的電流從而達(dá)到對磁流體密封密封間隙處的磁場進(jìn)行調(diào)控的目的，解決了磁流體密封常用的永久磁體磁場強(qiáng)度小、難加工、易退磁和磁場不可控的問題，然而該設(shè)計沒有永磁體磁場的加入，僅使用繞組作為磁源使得其在高耐壓工況下必須通入較大電流，繞組工作負(fù)荷較大，線材工作電流的限制也使其對耐壓能力與啟動扭距的控制范圍有限，泛用性較低。

3、通過專利檢索存在以下已知的技術(shù)方案：專利公開號為cn?116398640a，本專利涉及一種磁性液體密封裝置，該裝置同樣采用了永磁體與電磁線圈作為磁源，其可通過調(diào)整電磁線圈內(nèi)部電流大小對密封間隙內(nèi)磁場進(jìn)行調(diào)控，從而增大密封裝置的密封能力或者減小密封裝置的啟動扭距，然而僅通過調(diào)節(jié)磁場大小的方式控制磁鏈，存在控制范圍受限的問題，其原因在于相比磁場，磁鏈的力學(xué)強(qiáng)度對鏈長的敏感程度更高，同時磁性液體存在磁飽和問題，此時通過增大磁場強(qiáng)度提高耐壓能力的功能無法生效。

4、通過以上的檢索發(fā)現(xiàn)，以上技術(shù)方案沒有影響本發(fā)明的新穎性；并且以上專利文件的相互組合沒有破壞本發(fā)明的創(chuàng)造性。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對上述問題，本發(fā)明公開的一種具備主動控制能力的磁性液體密封裝置，要解決的技術(shù)問題為：磁性液體密封裝置主動控制能力不足，泛用性較低的問題。

2、本發(fā)明的目的是通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)的：

3、本發(fā)明公開的一種具備主動控制能力的磁性液體密封裝置，包括密封定位構(gòu)件和磁性密封部件兩部分組成。密封定位構(gòu)件包括：左端蓋(1),螺栓,螺母，殼體(2)，左軸承(3)，右軸承(9)，右端蓋(10)，轉(zhuǎn)軸(11)，左、右軸承優(yōu)先選用球軸承，所述端蓋及殼體選用不導(dǎo)磁材料制成，轉(zhuǎn)軸(11)選用導(dǎo)磁材料制成。其特征在于：磁性密封部件包括左軸套(4)，激勵線圈ⅰ(5)，永磁體(6)，激勵線圈ⅱ(7)，右軸套(8)，極靴ⅰ(12)，o型密封圈(13)，極靴ⅱ(14)，極靴ⅲ(15)，極靴ⅳ(16)，磁性液體(17)，極靴ⅰ(12)由左軸套(4)定位，同時與極靴ⅱ(14)相連，激勵線圈ⅰ(5)位于極靴ⅰ(12)與極靴ⅱ(14)形成的凹槽內(nèi)，極靴ⅱ(14)與極靴ⅲ(15)之間裝有永磁體(6)，極靴ⅳ(16)由右軸套(8)定位，與極靴ⅲ(15)相連，激勵線圈ⅱ(7)位于極靴ⅲ(15)與極靴ⅳ(16)形成的凹槽內(nèi)，所述極靴靠近轉(zhuǎn)軸端加工為橫向梯形極齒，極靴端面與轉(zhuǎn)軸之間的間隙為0.05-0.20mm，極齒內(nèi)側(cè)填充磁性液體(17)，所述極靴i(12)與極靴ⅲ(15)外環(huán)面及殼體(2)開徑向孔，引出激勵線圈導(dǎo)線，同時引出導(dǎo)線后加注密封膠，轉(zhuǎn)軸(11)上串聯(lián)平行安裝多個所述磁性密封部件，極靴均開有環(huán)形槽用于安裝o型密封圈(13)以防止氣體在殼體(2)與極靴間的間隙泄露。

4、根據(jù)調(diào)控激勵線圈的通入電流可實現(xiàn)三種工作模式：高耐壓模式，常態(tài)模式，低扭矩模式。調(diào)控部分包括激勵線圈ⅰ(5)，永磁體(6)，激勵線圈ⅱ(7)，直流電源，氣壓傳感器，數(shù)據(jù)采集卡，上位機(jī)，連接順序為激勵線圈-直流電源，氣壓傳感器-數(shù)據(jù)采集卡-上位機(jī)。常態(tài)模式下，激勵線圈ⅰ(5)和激勵線圈ⅱ(7)不通入電流，永磁體(6)產(chǎn)生抗壓磁場，磁鏈方向受氣壓作用由徑向發(fā)生傾斜，鏈長增加，其耐壓能力部分抵抗氣壓作用形成平衡關(guān)系；高耐壓模式下，激勵線圈ⅰ(5)和激勵線圈ⅱ(7)通入電流產(chǎn)生同氣壓方向相反的磁場，該磁場力同氣體壓力相互作用，磁鏈恢復(fù)至中立位耐壓能力增強(qiáng)，可以承受更高的壓強(qiáng)；低扭矩模式下，激勵線圈ⅰ(5)和激勵線圈ⅱ(7)通入反向電流產(chǎn)生同氣壓方向相同的磁場，該磁場力與氣體壓力同向作用，磁鏈傾斜程度加大，鏈長增加屈服應(yīng)力下降，啟動扭矩減小。

5、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

6、1、本發(fā)明公開的一種具備主動控制能力的磁性液體密封裝置，設(shè)計了融合激勵線圈與永磁體的主被動復(fù)合磁場控制系統(tǒng)，有別于永磁體或繞組等單一磁源的傳統(tǒng)密封結(jié)構(gòu)，復(fù)合磁場控制系統(tǒng)一方面具有較高的基礎(chǔ)磁場強(qiáng)度(由永磁體提供)，激勵線圈的工作負(fù)荷小、壽命長，可以精準(zhǔn)自由的針對各部分磁性液體內(nèi)部的磁場進(jìn)行調(diào)控，大大提高了主動控制精度與范圍，另一方面以控制磁場方向代替控制磁場大小，通過控制磁鏈的形變程度可以解決磁性液體磁飽和對耐壓能力限制的問題。

技術(shù)特征：

1.一種具備主動控制能力的磁性液體密封裝置，包括密封定位構(gòu)件和磁性密封部件兩部分組成。密封定位構(gòu)件包括：左端蓋(1),螺栓,螺母，殼體(2)，左軸承(3)，右軸承(9)，右端蓋(10)，轉(zhuǎn)軸(11)，左、右軸承優(yōu)先選用球軸承，所述端蓋及殼體選用不導(dǎo)磁材料制成，轉(zhuǎn)軸(11)選用導(dǎo)磁材料制成。其特征在于：磁性密封部件包括左軸套(4)，激勵線圈ⅰ(5)，永磁體(6)，激勵線圈ⅱ(7)，右軸套(8)，極靴ⅰ(12)，o型密封圈(13)，極靴ⅱ(14)，極靴ⅲ(15)，極靴ⅳ(16)，磁性液體(17)，極靴ⅰ(12)由左軸套(4)定位，同時與極靴ⅱ(14)相連，激勵線圈ⅰ(5)位于極靴ⅰ(12)與極靴ⅱ(14)形成的凹槽內(nèi)，極靴ⅱ(14)與極靴ⅲ(15)之間裝有永磁體(6)，極靴ⅳ(16)由右軸套(8)定位，與極靴ⅲ(15)相連，激勵線圈ⅱ(7)位于極靴ⅲ(15)與極靴ⅳ(16)形成的凹槽內(nèi)，所述極靴靠近轉(zhuǎn)軸端加工為橫向梯形極齒，極靴端面與轉(zhuǎn)軸之間的間隙為0.05-0.20mm，極齒內(nèi)側(cè)填充磁性液體(17)，所述極靴i(12)與極靴ⅲ(15)外環(huán)面及殼體(2)開徑向孔，引出激勵線圈導(dǎo)線，同時引出導(dǎo)線后加注密封膠，轉(zhuǎn)軸(11)上串聯(lián)平行安裝多個所述磁性密封部件，極靴均開有環(huán)形槽用于安裝o型密封圈(13)以防止氣體在殼體(2)與極靴間的間隙泄露。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具備主動控制能力的磁性液體密封裝置，其特征在于:根據(jù)調(diào)控激勵線圈的通入電流可實現(xiàn)三種工作模式：高耐壓模式，常態(tài)模式，低扭矩模式。調(diào)控部分包括激勵線圈ⅰ(5)，永磁體(6)，激勵線圈ⅱ(7)，直流電源，氣壓傳感器，數(shù)據(jù)采集卡，上位機(jī)，連接順序為激勵線圈-直流電源，氣壓傳感器-數(shù)據(jù)采集卡-上位機(jī)。常態(tài)模式下，激勵線圈ⅰ(5)和激勵線圈ⅱ(7)不通入電流，永磁體(6)產(chǎn)生抗壓磁場，磁鏈方向受氣壓作用由徑向發(fā)生傾斜，鏈長增加，其耐壓能力部分抵抗氣壓作用形成平衡關(guān)系；高耐壓模式下，激勵線圈ⅰ(5)和激勵線圈ⅱ(7)通入電流產(chǎn)生同氣壓方向相反的磁場，該磁場力同氣體壓力相互作用，磁鏈恢復(fù)至中立位耐壓能力增強(qiáng)，可以承受更高的壓強(qiáng)；低扭矩模式下，激勵線圈ⅰ(5)和激勵線圈ⅱ(7)通入反向電流產(chǎn)生同氣壓方向相同的磁場，該磁場力與氣體壓力同向作用，磁鏈傾斜程度加大，鏈長增加屈服應(yīng)力下降，啟動扭矩減小。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開的一種具備主動控制能力的磁性液體密封裝置，屬于機(jī)械密封技術(shù)領(lǐng)域。主要構(gòu)件為左端蓋、殼體、左軸承、左軸套、激勵線圈Ⅰ、永磁體、激勵線圈Ⅱ、右軸套、右軸承、右端蓋、轉(zhuǎn)軸、極靴Ⅰ、O型密封圈、極靴Ⅱ、極靴Ⅲ、極靴Ⅳ、磁性液體。設(shè)計了融合激勵線圈與永磁體的主被動復(fù)合磁場控制系統(tǒng)，通過控制激勵線圈通入電流對磁鏈力學(xué)性能進(jìn)行調(diào)控，實現(xiàn)了對耐壓能力與啟動扭矩的主動控制，對磁鏈的調(diào)控進(jìn)一步增大了密封裝置參數(shù)的控制范圍，解決了磁性液體磁飽和導(dǎo)致密封結(jié)構(gòu)耐壓能力受限的問題，增強(qiáng)了磁性液體密封裝置綜合工程領(lǐng)域的泛用性，節(jié)省了設(shè)備設(shè)計時間與成本。

技術(shù)研發(fā)人員：代俊,高政,朱泰榮,吳通,謝嶠峰,趙瑞,于寧,萬高,宋紅滾
受保護(hù)的技術(shù)使用者：北京理工大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/30