可密封液体的磁性液体密封装置

本发明涉及磁性液体密封技术领域，尤其是涉及一种适用于密封液体的磁性液体密封装置。

背景技术：

可密封液体的磁性液体密封装置具有零泄漏、无磨损、寿命长、结构简单等优点，被越来越多的行业所使用。然而，当可密封液体的磁性液体密封装置用于对液体介质进行密封时，即使理论上磁性液体与被密封液体之间不会发生互溶现象，但是磁性液体与被密封液体的液液界面处会发生开尔文-亥姆霍兹不稳定性(kelvin–helmholtzinstability)，也会严重降低可密封液体的磁性液体密封装置的耐压能力，降低可密封液体的磁性液体密封装置的密封寿命，制约可密封液体的磁性液体密封装置的实际应用。

技术实现要素：

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的实施例提出一种密封效果好、耐压性能好、使用寿命长的可密封液体的磁性液体密封装置。

根据本发明实施例的可密封液体的磁性液体密封装置，包括：轴壳，所述轴壳限定出轴室；转轴，所述转轴可转动地设在所述轴室中，所述转轴从所述轴壳的一端伸入所述轴室并从所述轴壳的另一端伸出所述轴室；密封腔室，所述密封腔室限定出密封腔，所述密封腔室与所述轴壳的所述另一端相连；极靴和第一永磁体，所述极靴套设在所述转轴上，所述极靴的内周面形成有沿所述转轴的轴向间隔排布的多个极齿，每个所述极齿的齿顶面上吸附有用于密封的磁性液体，所述第一永磁体与所述极靴配合以便为所述极靴提供磁力；和隔离块，所述隔离块套设在所述转轴上，所述隔离块的内周面与所述转轴的周面之间在所述转轴的径向上具有间隙，所述隔离块具有磁性以便所述间隙内形成磁场，所述间隙中填充有磁性气体，所述磁性气体在磁场的约束下形成气体隔离层，所述隔离块在所述转轴的轴向上位于所述密封腔室和所述极靴之间，所述极靴、所述第一永磁体和所述隔离块均位于所述轴室中。

根据本发明实施例提出的可密封液体的磁性液体密封装置包括位于密封腔室和极靴之间的隔离块，隔离块与转轴之间形成了间隙，使磁性气体在磁场的约束下稳定填充于该间隙中以形成气体隔离层，气体隔离层可以有效防止磁性液体与被密封介质(如液体介质)之间的相互接触，避免开尔文-亥姆霍兹不稳定性的发生，对保持可密封液体的磁性液体密封装置的耐压能力和密封寿命均具有积极作用。

由此，本发明实施例提出的可密封液体的磁性液体密封装置具有密封效果好、耐压性能好、使用寿命长等优点。

另外，本发明提供的可密封液体的磁性液体密封装置还具有以下附加技术特征：

在一些实施例中，所述隔离块为永磁体块，或者，所述隔离块导磁，所述可密封液体的磁性液体密封装置包括第二永磁体，所述第二永磁体与所述隔离块配合以便为所述隔离块提供磁力；或者，所述隔离块导磁，所述隔离块与所述极靴相抵以便所述第一永磁体为所述隔离块提供磁力。

在一些实施例中，所述间隙中的磁场的磁场强度向靠近所述密封腔室的方向增大。

在一些实施例中，所述隔离块导磁，所述可密封液体的磁性液体密封装置包括所述第二永磁体，所述第二永磁体与所述隔离块的靠近所述密封腔室的侧面相抵，或者，所述间隙在所述转轴的径向上的尺寸向靠近所述密封腔室的方向缩小。

在一些实施例中，所述可密封液体的磁性液体密封装置具有与用于填充所述磁性气体的充气通道，所述充气通道的第一端与所述间隙连通，所述充气通道的第二端与储气罐连通。

在一些实施例中，所述充气通道的第一端的开口远离所述密封腔室设置。

在一些实施例中，所述充气通道设在所述隔离块上，所述充气通道的第一端的开口设在所述隔离块的内周面上，所述充气通道的第二端的开口设在所述隔离块的外周面上，所述轴壳上开设有与所述充气通道的所述第二端连通的充气孔以便磁性气体通过所述充气孔和所述充气通道进入所述间隙内。

在一些实施例中，所述充气通道设在所述转轴内，所述充气通道的第一端的开口设在所述转轴的周面上。

在一些实施例中，可密封液体的磁性液体密封装置包括轴套，所述轴套套设在所述转轴上，所述充气通道设在所述轴套内，所述间隙由所述轴套的外周面和所述隔离块的内周面形成，所述充气通道的第一端的开口设在所述轴套的外周面上。

在一些实施例中，所述极靴包括第一极靴和第二极靴，所述永磁体在所述转轴的轴向上位于所述第一极靴和所述第二极靴之间并与所述第一极靴和所述第二极靴中的每一者相抵，所述第一极靴相比所述第二极靴靠近所述密封腔室，所述隔离块位于所述第一极靴的靠近所述密封腔室的一侧并与所述第一极靴的靠近所述密封腔室的侧面相抵。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

图1是根据本发明实施例一的可密封液体的磁性液体密封装置的结构示意图。

图2是图1中隔离块的结构示意图。

图3是根据本发明实施例二的可密封液体的磁性液体密封装置的结构示意图。

图4是根据本发明实施例三的可密封液体的磁性液体密封装置的结构示意图。

附图标记：

100、磁性液体密封装置；110、轴壳；111、轴室；112、充气孔；120、转轴；130、极靴；131、极齿；132、第一极靴；133、第二极靴；134、磁性液体；140、永磁体；150；隔离块；151间隙；152、凹槽；153、通孔；160、充气通道；161、第一端；162、第二端；170、轴套

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面根据图1-图4描述本发明的实施例的可密封液体的磁性液体密封装置100。可密封液体的磁性液体密封装置100包括轴壳110、转轴120、密封腔室、极靴130、永磁体140以及隔离块150。其中极靴130、永磁体140以及隔离块150均位于轴室111中。

轴壳110限定出轴室111。转轴120从轴壳110的一端伸入轴室111中并从轴壳110的另一端伸出轴室111，转轴120可相对轴壳110转动。密封腔室(图中未示出)限定出了用于容纳密封介质(如液体)的密封腔，密封腔室与轴壳110的另一端相连。极靴130套设在转轴120上，极靴130的内周面形成有沿转轴120的轴向间隔排布的多个极齿131，每个极齿131的齿顶面吸附有用于密封的磁性液体134。

极齿131的齿顶面与转轴120的周面之间在转轴120的径向上具有密封间隙，磁性液体134则填充于该密封间隙中起密封作用。需要说明的是，该密封间隙可以由极齿131的齿顶面和转轴120的周面形成，也可以由极齿131的齿顶面与套设在转轴120上的轴套170的外周面形成。这里以转轴120外没有套设轴套170为例说明磁性液体134的密封作用：磁性液体134填充在极齿131的齿顶面和转轴120的周面之间形成的密封间隙中，磁性液体134与极齿131和转轴120中的每一者相接触以便对密封介质实现有效密封。永磁体140与极靴130配合以便为极靴130提供磁力，例如，永磁体140与极靴130相抵以便将使极靴130具有磁力，因此极齿131具有了能够吸附磁性液体134的磁力。此外，根据间隙窄处磁力大的规律，磁性液体134能够被集中地吸附在密封间隙中。

具有磁性的隔离块150套设在转轴120上且与极靴130在转轴120的轴向上排布。隔离块150在转轴120的轴向上位于密封腔室与极靴130之间。在转轴120的径向上，隔离块150的内周面与转轴120的周面之间具有间隙151，该间隙151中填充有磁性气体。由于隔离块150具有磁性，间隙151中形成了稳定磁场，位于间隙151中的磁性气体在磁场的约束下不易发生逸散，形成了稳定的气体隔离层。由于该间隙151在转轴120的轴向上位于磁性液体134和被密封介质之间，这种稳定的气体隔离层的存在，有效地防止了磁性液体134与被密封液体的相互接触。

根据本发明实施例提出的可密封液体的磁性液体密封装置包括位于密封腔室和极靴之间的隔离块，隔离块与转轴之间形成了间隙，使磁性气体在磁场的约束下稳定填充于该间隙中以形成气体隔离层，气体隔离层可以有效防止磁性液体与被密封介质(如液体介质)之间的相互接触，避免开尔文-亥姆霍兹不稳定性的发生，对保持可密封液体的磁性液体密封装置的耐压能力和密封寿命均具有积极作用。

由此，本发明实施例提出的可密封液体的磁性液体密封装置具有密封效果好、耐压性能好、使用寿命长等优点。

为表述方便，下文以转轴120的轴向沿左右方向为例，描述本申请的技术方案，左右方向如图1、图3和图4中的箭头所示。

下面以三个具体实施例为例，详细描述本发明提出的可密封液体的磁性液体密封装置100。

实施例一：

下面以图1-图2详细描述本实施例中的可密封液体的磁性液体密封装置100。

如图1所示，可密封液体的磁性液体密封装置100包括轴壳110、转轴120、密封腔室(图中未示出)、第一极靴132、第二极靴133、永磁体140以及隔离块150。隔离块150、第一极靴132、永磁体140和第二极靴133均位于轴壳110限定出的轴室111中，并从左向右依次排布。转轴120从轴壳110的右端伸入，并从左端伸出。密封腔室与轴壳110的左端相连。隔离块150、第一极靴132、永磁体140和第二永磁体140均为环状结构，且均套设在转轴120上。

在本实施例中，永磁体140位于第一极靴132和第二极靴133之间并与第一极靴132和第二极靴133中的每一者相抵以便为第一极靴132和第二极靴133提供磁力。第一极靴132上的极齿131和第二极靴133上的极齿131均吸附有磁性液体134。如图1所示，永磁体140为轴向充磁。本领域的技术人员可以理解的是，在其他实施例中，永磁体140可以有其他结构形式，永磁体140与极靴130的配合也可有其他方式，这里不作赘述。

隔离块150由导磁材料制成，即隔离块150导磁，隔离块150与第一极靴132的左侧面相抵，以便永磁体140的磁力可以经过第一极靴132传递给隔离块150。或者说，隔离块150在永磁体140的磁场作用下具有了磁性。如图1所示，隔离块150套设在转轴120上，隔离块150的内周面与转轴120的外周面之间形成了间隙151，由于隔离块150具有磁性，间隙151中则具有磁场，填充在间隙151中的磁性气体在磁场的作用下形成了气体隔离层，气体隔离层可防止磁性液体与被密封液体相互接触。进一步地，间隙151中的磁场的磁场强度向靠近密封腔室的方向增大。也就是说，间隙151中的磁场的磁场强度向左增大，间隙151左端的磁场强度大于右端的磁场强度，即间隙151中的磁场具有强度梯度。被密封液体一旦泄露，将会首先冲破最左侧的磁性气体，而后在间隙151内与磁性气体形成气液界面，磁性气体在磁场力的作用下对被密封液体产生力，防止其继续向右泄露。使间隙151左端的磁场强度大于右端的磁场强度，磁性气体则更偏向于向左移动，因此磁性气体在这种具有强度梯度的磁场的作用下，在气液界面对被密封液体产生更强的力，从而更好地阻止被密封液体继续右移。

在本实施例中，如图1所示，间隙151在转轴120的径向上的尺寸向靠近密封腔室的方向(向左)逐渐缩小，根据间距越小，磁场强度越大的规律，使间隙151在转轴120的径向上的尺寸向靠近密封腔室的方向逐渐缩小能够使间隙151中的磁场强度向靠近密封腔室的方向逐渐增大。如图1所示，由于间隙151的左端的尺寸较小，因此间隙151的左端的磁场强度大于右端的磁场强度。使间隙151的左端的尺寸较小还可以减少进入间隙151内的被密封介质，减少不稳定性。

需要说明的是，图1所示的实施例中的永磁体140包括一个，该一个永磁体140为极靴130和隔离块150同时提供磁力。在其他实施例中，可密封液体的磁性液体密封装置100可以包括第一永磁体140和第二永磁体140，第一永磁体140用于与极靴130配合以便向极靴130提供磁力，第二永磁体140用于与隔离块150配合以便向隔离块150提供磁力。具体地，第一永磁体140可以与极靴130相抵，第二永磁体140可以与隔离块150相抵。上述技术方案的目的均为使导磁的隔离块150具有磁性，需要说明的是，使隔离块150具有磁性的设计方式可以有多种，且均属于本发明的技术构思，在本发明的保护范围内。例如，在一些实施例中，隔离块150为永磁体块，因此，隔离块150本身具有磁性。

可以理解的是，隔离块150具有磁性既包括指隔离块150本身具有磁性，也包括隔离块150被磁化而间接具有了磁性。其中隔离块150为永磁体块时，隔离块150与其他可导磁体形成了闭合磁回路。隔离块150导磁时，隔离块150与其他永磁体以及可导磁体共同形成了闭合磁回路。

可选地，在上述实施例中，为了使间隙151左端的磁场强度更大，还可以使第二永磁体140抵靠在隔离块150的左端面上，由于第二永磁体140更靠近间隙151的左端，因此间隙151的左端的磁场更大，即间隙151中的磁场强度从右向左逐渐增大，也就是说，间隙151中的磁场强度向靠近密封腔室的方向增大。当然，可以理解的是，在上述实施例中，也可以采用如本实施例中的技术方案，使间隙151在转轴120的径向上的尺寸向靠近密封腔室的方向(向左)逐渐缩小，同样可以实现使间隙151中的磁场强度向靠近密封腔室的方向增大。

进一步地，为了便于向间隙151中填充磁性气体，可密封液体的磁性液体密封装置100具有与用于填充磁性气体的充气通道160，充气通道160的第一端161与间隙151连通，充气通道160的第二端162与储气罐连通。储气罐中的磁性气体可以通过充气通道160进入间隙151中。

在本实施例中，充气通道160设在隔离块150上，充气通道160的第一端161的开口设在隔离块150的内周面上，充气通道160的第二端162的开口设在隔离块150的外周面上，轴壳110上开设有与充气通道160的第二端162连通的充气孔112以便磁性气体通过充气孔112和充气通道160进入间隙151内。

具体地，如图1和图2所示，隔离块150的右侧面(靠近第一极靴132的侧面)上开设有沿转轴120的径向延伸的凹槽152，该凹槽152与第一极靴132的左侧面共同限定出了气体通道。隔离块150上还设有位于凹槽152的外侧并与凹槽152相连通的通孔153，该通孔153和上述气体通道共同组成了用于流通磁性气体的充气通道160。凹槽152的内侧敞开作为充气通道160的第一端161的开口，通孔153的外端的开口作为充气通道160的第二端162的开口开设在了隔离块150的外周面上。

优选地，如图1所示，充气通道160的第一端161的开口远离密封腔室设置，也就是说，充气通道160的内端的开口开设在了隔离块150的内周面上靠右的位置。如此设置可以使磁性气体从充气通道160的内端开口处进入间隙151中之后，能够更好地充满间隙151。这是由于，如上，间隙151中左端的磁场强度要大于右端的磁场强度，在更强的磁场强度的作用下，磁性气体从间隙151的右侧逐渐流向左侧，并将间隙151中的空气慢慢挤出，避免了磁性气体一旦从充气通道160中流出便集中在了磁场强度较大的位置，因此，将充气通道160的第一端161的开口远离密封腔室设置可以使间隙151中的磁性气体的分布更加稳定，形成更加稳定的气体隔离层。

可以理解的时，在本发明的其他实施例中，隔离块150上的充气通道160还可以有其他结构形式，例如直接在隔离块150中开设通孔以形成充气通道160，该充气通道160的第一端161的开口开设在隔离块150的内周面上，第二端162的开口可以开设在隔离块150的侧面上，等等，只要能够实现通过该充气通道160向间隙151中填充磁性气体均属于本发明的保护范围。

此外，隔离块150上可以加工有多条充气通道160，该多条充气通道160的第一端161的开口围绕转轴120的周向在隔离块150的内周面上均匀排布，以提高磁性气体注入的均匀性。

实施例二：

下面接合图3描述本实施例的可密封液体的磁性液体密封装置100，本实施例与实施例一的结构基本相同，不同的是，本实施例中的可密封液体的磁性液体密封装置100充气通道160设在转轴120内，充气通道160的第一端161的开口设在转轴120的周面上。

具体地，如图3所示，充气通道160的第一端161的开口设在转轴120的周面上，随后充气通道160沿转轴120的轴向向右延伸，如此设置可以减少对隔离块150的加工。可选地，转轴120中可以加工有多条充气通道160，该多条充气通道160的第一端161的开口围绕转轴120的周面均匀设置以提高磁性气体注入的均匀性。

进一步地，如图3所示，充气通道160的第一端161的开口远离密封腔室设置，如此设置可以使磁性气体从充气通道160的内端开口处进入间隙151中之后，能够更好地充满间隙151。

实施例三：

下面接合图4描述本实施例的可密封液体的磁性液体密封装置100，本实施例与实施例一的结构基本相同，不同的是，本实施例的可密封液体的磁性液体密封装置100包括轴套170，轴套170套设在转轴120上。转轴120可相对轴套170转动。间隙151由轴套170的外周面和隔离块150的内周面形成，充气通道160的第一端161的开口设在轴套170的外周面上，随后充气通道160沿转轴120的轴向向右延伸，如此设置可以减少对隔离块150以及转轴120的加工。

进一步地，如图4所示，充气通道160的第一端161的开口远离密封腔室设置，如此设置可以使磁性气体从充气通道160的内端开口处进入间隙151中之后，能够更好地充满间隙151。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。