内燃机冷却水泵磁流体水封的制作方法

本实用新型所属的技术领域为内燃机冷却水泵所用传动轴与水泵壳体之间的动态机械密封装置。

背景技术：
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现有在内燃机冷却水泵当中所广泛采用的传动轴与水泵壳体之间的动态密封装置是采用弹簧力把两个抛光的零件端面压紧的机械密封装置(以下简称为水封)，如专利申请号201120335862.1的《内燃机水封》所述之结构。这种密封装置中，由于弹簧对两个抛光零件端面压紧的力量，决定了水封的密封性能与使用寿命，过大的弹簧压力，可以达到较好的密封性能，但却大幅减少了水封的使用寿命；反之，较小的弹簧压力，水封寿命得到延长与保证，但又降低了水封的密封性能。更重要的是，还有很多意外的因素，也成为了水封渗漏失效不可避免的原因，比如水封当中弹簧支承的静密封环弹性频率与轴承传递的外部振动相耦合导致高频率下的失效漏水，水封磨擦表面进入异物，会造成水封渗漏失效；还有，由于机械水封的磨擦工作面需要有冷却液来润滑，冷却液在润滑时会从密封的两个端面间的润滑液膜中散逸出高温的冷却液蒸汽，这些蒸汽在冷凝在水泵体的溢水孔及孔外，冷凝蒸汽量大时，可以在冷凝后形成假泄漏液滴，滴落在车内或地面被司乘人员发现，这样增加了很多维修与判定的难度，造成很多不必要的维修与更换损失。再有，对于内燃机冷却水泵而言，功率较小，由于水封弹簧力把两个抛光的端面压紧的磨擦扭矩在内燃机冷却水泵总扭矩中占比较大，并且是一个近似常量存在，导致内燃机冷却水泵机械效率很低，最高不超过60％，随总功率减小，内燃机冷却水泵的效率越低。

从数据调查显示，这种采用弹簧力把两个抛光的零件端面压紧的机械密封的失效率在保有量的2-8％之间，按全球汽车保有量12.36亿计，每年因真假漏水问题需更换的水泵约9890万台，每年造成大量的维修更换费用，并且低效率导致有害物质排放的大量增加。

技术实现要素：
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本实用新型的发明目的，就是要提供一种可靠性与寿命可以完全不受弹簧力影响的，不受轴承振动影响密封性能，工作过程中不会有冷却液在润滑时散逸出蒸汽的，并且摩擦力小到可以乎略的新型密封装置--采用磁流体密封技术的内燃机冷却水泵水封。

本实用新型的内容为：一种内燃机冷却水泵用水封，包括一个装有密封圈的安装壳体，其特征在于：装在两个静导磁体中间的磁体产生的主磁场，经第一静导磁体密封极靴组与导磁体形成密封气隙中间的第一磁流体组后，再经导磁体与第二静导磁体密封极靴组形成密封气隙中间的第二磁流体组后构成闭合磁路；而两个静导磁体的全部或其中之一与安装壳体之间为密封紧固连接，两个静导磁体全部或其中之一与密封圈之间为密封连接。

采用以上技术方案后，与现有技术相比，本实用新型内燃机冷却水泵磁流体水封具有以下优点：由于磁流体是由超微细磁粉在液体(载体)中稳定分散而形成的能流动、有超顺磁性的胶体，它无剩磁和矫顽力，可通过气隙中的磁场进行控制，在磁场作用下，在极靴密封环与导磁体之间的气隙中，形成具有磁性的流体密封膜，其密封膜承压能力与磁场强度成正比。磁流体在密封气隙中受磁场作用，形成强韧的流体膜，阻止泄露。膜层内的超细磁性微粒被分散剂及基液分离，悬浮于基液中，不凝结成胶体，仍保持液体特性，对轴无固体摩擦，只有很小的粘滞阻力，从而实现了在内燃机冷却水泵中传动轴与水泵壳体之间的动态密封，防止冷却液的渗漏。

由于高粘性液态磁流体与导磁轴面间无固体摩擦，故摩擦损失极小，摩擦扭矩的减小，显著提高水泵的机械效率。并且没有固体摩擦也就没有摩损量，使用寿命可以远远超过内燃机技术条件中对水泵的寿命要求。

而气隙中的磁流体在密封气隙中受磁场作用，形成强韧的流体膜，阻止冷却液泄露，因此不会再有冷却液分子能通过磁流体形成冷却液蒸汽，进而也就彻底消除了冷却液蒸汽冷凝产生的假泄漏现象，杜绝由此产生的检修更换费用与时间损失。

再有就是这种密封的可靠性，与磁场的强度有关，只要磁体产生的磁场在设定的温度条件下，在气隙内有足够的磁场强度，密封的可靠性就不会变化，从而摆脱了对弹簧类弹性元件的依赖，对轴承的振动更不敏感，从而在内燃机水泵使用的范围内，不会发生失效，大大提高了内燃机水泵的使用寿命，有效减少内燃机全寿命期内的使用成本。

附图说明：

图1是本实用新型专利内燃机冷却水泵磁流体水封的轴面密封型的实施例剖视结构示意图；

图2是本实用新型专利内燃机冷却水泵磁流体水封的轴面与端面复合式密封型的实施例剖视结构示意图；

图3是本实用新型专利内燃机冷却水泵磁流体水封的端面密封型的实施例剖视结构示意图；

具体实施方式：

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型内燃机冷却水泵磁流体水封作进一步详细说明：

图1，图2与图3当中的序号与零件名称或结构名称的对应是一致的，以便于对应用较广的3种类型做统一说明。

一种内燃机冷却水泵用水封，包括一个装有密封圈2的安装壳体1，其特征在于：装在第一静导磁体5与第二静导磁体7中间的磁体4产生的主磁场，经第一静导磁体5的密封极靴组6与导磁体3形成密封气隙中间的第一磁流体组9后，再经过导磁体3与第二静导磁体7的密封极靴组8形成密封气隙中间的第二磁流体组10构成闭合磁路；所述第一静导磁体5与第二静导磁体7的全部或其中之一与安装壳体之间为密封紧固连接，所述第一静导磁体5与第二静导磁体7的全部或其中之一与密封圈2之间为密封连接。

由于第一静导磁体5的密封极靴组6与导磁体3形成密封气隙与第二静导磁体7的密封极靴组8形成密封气隙被磁流体形成的流体膜所上据，故所述气隙的空间形状与第一磁流体组9与第二磁流体组10的环形磁流体的空间形状近于相同，如图1，图2与图3中所示，因此不再另加编号描述。

密封圈用来防止灰尘与异物进入磁流体组9，同时也能防止冷却液在第一静导磁体5或第二静导磁体7与安装壳体1之间，以及密封圈2与安装壳体1之间发生渗漏。

径向安装空间受限制时，可以考虑采用图1所示的轴面密封型磁流体水封，这种密封型的第一磁流体组9及第二磁流体组10与传动轴的轴面11形成密封膜，此时用导磁材料制成的传动轴就是导磁体3，以简化结构设计与安装工艺。

对于密封压力较高的使用条件或轴向空间受限制时，可以使用图2所示轴面与端面复合式密封型磁流体水封，这种密封型的第一磁流体组9及第二磁流体组10分别与导磁体3的轴面11及垂直于轴面轴线13的端面12均形成密封膜。

对于密封压力再高一些的使用条件或轴向空间受限制时，可以使用图3所示轴面与端面复合型磁流体水封，这种密封型的密封极靴组6与导磁体3之间的第一磁流体组9，密封极靴组8与导磁体3之间的第二磁流体组10，可以分别布置在与轴心线13为回转轴线的轴面11上及与轴心线13垂直的端面12上而形成轴面与端面复合型密封结构。

由于内燃机冷却水泵的叶轮与传动轴配合部分可以制成或视为与图2及图3所示导磁体3相同的轴面11与端面12特征，因此，对于采用轴面11与端面12复合式密封型磁流体水封及端面型磁流体水封时，可以把叶轮的轴面与端面部分做为磁流体水封的结构部分，以减少空间占用及降低成本。

第一静导磁体5密封极靴组6与第二静导磁体7密封极靴组8中，通常可以设置为2个环形极靴，并因此形成两个环形磁流体，构成了第一磁流体组9与第二磁流体组10；各静导磁体中环形极靴数量，与冷却液压力相关，压力高时，可以分别取更多的数量。

第一静导磁体5及第二静导磁体7与导磁体3的主要材料，是通用的电工纯铁，也可以是其他导磁率高的导磁材料，比如低碳钢等。

产生磁场的磁体4，可以为永磁材料，也可以为电磁绕组。

以上所述的实施例仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本实用新型权利要求书确定的保护范围内。