专利名称：深冷泵上的磁液密封结构的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种用于深冷泵上的磁液密封结构，属于低温深冷泵领域。
背景技术：
旋转轴密封是低温深冷泵的一个技术关键，常用的有机械密封、填料密封和迷宫式密封。这三种密封方式均不能很好地解决长时间运转的深冷泵的轴向密封问题。目前国内自主研制生产的最大的液氧泵上采用的是充气迷宫+柔性填料式组合密封，虽然可用但所用填料须经常更换。磁液密封虽是一种新技术，但它目前只适用于0□～+80□的工作环境。随着科技的不断发展，航天等高科技领域对密封技术提出了更高的要求，跨领域的新型密封技术也就是在这种形势下诞生的。它的出现解决了国内低温深冷环境下旋转轴的密封问题。
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种不需经常更换旋转轴的柔性填料、且动静密封效果好，用于深冷泵上的磁液密封结构。该结构可防止被密封的低温介质(液氧、液氮、液氩)沿旋转轴“窜出”、低温介质(液氧、液氮、液氩)或其汽化气体不能直接接触磁液密封部分；且可防止随着旋转轴轴径的增大或转速的提高而导致磁液升温失效的问题。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是深冷泵上的磁液密封结构，其特征在于包括位于上部的减压平衡机构、位于中部的气体隔离机构和位于下部的磁液密封机构，上述三个机构的内部紧套于深冷泵泵轴上，泵轴的下端通过法兰与泵的吸入室上端紧密相联，上述三个机构的外部通过壳体构成一个整体。
所述的减压平衡机构由呈漏斗状迷宫段叠片组成，每两道叠片之间有垫圈隔离，等距排列的叠片形成迷宫段，迷宫段叠片与旋转轴之间构成环形间隙。
所述的磁液密封机构由磁液贮液环、永磁体和导磁轴套组成，磁液贮液环与永磁体交替排列装于磁液密封机构的壳体之中，它们与导磁轴套之间形成环形间隙，导磁轴套套于泵轴之上，与旋转轴紧密联接，且上下装有防止气体沿轴泄漏的低温○形密封圈。
所述的气体隔离机构由充气腔、冷却腔、进气咀和排气咀组成，壳体的中段与减压平衡机构的上端面以及磁液密封机构的下端面构成充气腔，壳体的上段与磁液密封机构的外圆柱表面构成冷却腔，充气腔和冷却腔各有一进气咀和排气咀，两个进气咀和排气咀紧联在壳体上。
本实用新型的原理是引用具有一定压力的压缩气体(压力稍大于泵入口压力)进入隔离腔，在磁液密封机构与减压平衡机构之间形成隔离区，可使冷端与热端不直接接触；减压平衡机构中的若干道叠片构成阻力段，低温介质每越过一道叠片后压力就降低一些，同理隔离腔中的压缩气体自上而下每越过一道叠片后压力也相应降低一些，最后二者在该机构中的某一位置达到压力平衡，任何一方都难以进入对方区域。
本实用新型与现有技术相比的有益效果是(1)代替以往深冷泵轴向旋转密封形式，避免了经常更换柔性填料的麻烦；(2)本实用新型在深冷泵上加的动、静密封性能良好，磁液密封最大承压能力为1.6Mpa，且结构简单、可靠性高，可长期使用。
图1为本实用新型结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，本实用新型的实施例由位于上部的减压平衡机构1、位于中部的气体隔离机构3和位于下部的磁液密封机构2组成，上述三个机构的内部紧套于深冷泵泵轴4上，泵轴4的下端通过法兰与泵的吸入室上端紧密相联，上述三个机构的外部通过壳体5构成一个整体。
如图1所示，减压平衡机构1是由若干道迷宫叠片10组成，叠片10呈漏斗状，每两道叠片之间有垫片隔离，若干道等距排列的叠片10组成迷宫段，此段中叠片10与泵轴4之间构成若干道微小的环形间隙。
减压平衡机构1的作用是液氧(或液氮、液氩)或汽化氧(或氮、氩)在泵的进口压力下冲进迷宫段，越过一道道“门坎”后压力便要降低，最后在该机构的中段与保护气体达到压力平衡，使得保护气体与液氧(或气氧)都不能完全越过这道减压段而进入对方的区域。
磁液密封机构2由磁液贮液环20、永磁体21和导磁轴套22组成，磁液贮液环20与永磁体21交替排列装于磁液密封机构2的壳体之中，它们与导磁轴套22之间形成微小的环形间隙，导磁轴套22套于泵轴4之上，与泵轴4紧密联接，且上下装有防止气体沿轴泄漏的低温“○”形圈23。
磁液密封机构2是利用永磁体中的磁能产生的磁场，将磁环(贮液环)沟槽中的磁液紧紧吸住，通过磁环和导磁轴套构成闭合磁路，形成磁液“○”形圈，将磁环与导磁轴套间的环形间隙堵死，达到密封目的。在低于1.6MPa的压力下可确保无泄漏。
气体隔离机构3由充气腔30、冷却腔31、进气咀32和排气咀33组成，壳体5的中段与减压平衡机构1的上端面以及磁液密封机构2的下端面构成充气腔30；壳体5的上段与磁液密封机构2的外圆柱表面构成冷却腔31。进气咀32和排气咀33紧联于壳体5之上，充气腔30和冷却腔31各有一进气咀32和排气咀33。
气体隔离机构3既是一道低温、常温环境的隔离墙又是一道压住液氧(或气氧)使之不能上越的屏障，还是磁液密封机构的冷却装置。
本实用新型的整个工作过程如下具有一定压力的保护气体(如氮气N2)经进气咀32进入充气腔30，在减压平衡机构1和磁液密封机构2之间形成了隔离区。在上部导磁轴套22与泵轴4之间的间隙，磁液密封机构2的外壳与永磁体21外径表面间的间隙，充气腔30与冷却腔31间的间隙均由○形圈封住；贮液环20中的磁液在永磁体21磁场的作用下与贮液环20、导磁轴套22、以及永磁体21构成闭合磁路，磁液被紧紧吸附于导磁轴套22之上-形成磁液“○形圈”23将导磁轴套22与贮液环20之间的环形间隙紧紧堵住，故充气腔30中的压力气体往上无通路，向下流动经叠片迷宫段逐渐减压，最后在该段中部某一位置上与上窜的低温介质达到压力平衡，通过排气咀33不同开度可调整充气腔30的温度范围。
当泵轴未转动时是为静密封，充气腔30不必充入冷却气体。泵轴4转动时是为动密封，此时磁液因磨擦而生热。伴随被封轴径的增大或转速的升高磁液温度亦随之聚增，此时由冷却腔31的进气咀32通入冷却气体可将磁液温升控制在许用范围之内。
权利要求1.深冷泵上的磁液密封结构，其特征在于包括位于上部的减压平衡机构(1)、位于中部的气体隔离机构(3)和位于下部的磁液密封机构(2)，上述三个机构的内部紧套于深冷泵轴(4)上，上述三个机构的外部通过壳体(5)构成一个整体。
2.根据权利要求1所述的深冷泵上的磁液密封结构，其特征在于所述的减压平衡机构(1)由呈漏斗状迷宫段叠片(10)组成，每两道叠片之间有垫圈隔离，等距排列的叠片形成迷宫段，迷宫段叠片(10)与泵轴(4)之间构成环形间隙。
3.根据权利要求1所述的深冷泵上的磁液密封结构，其特征在于所述的磁液密封机构(2)由磁液贮液环(20)、永磁体(21)和导磁轴套(22)组成，磁液贮液环(20)与永磁体(21)交替排列装于磁液密封机构(2)的壳体之中，它们与导磁轴套(22)之间形成环形间隙，导磁轴套(22)套于泵轴(4)之上，与泵轴(4)紧密联接，且上下装有防止气体沿轴泄漏的低温O形圈(23)。
4.根据权利要求1所述的深冷泵上的磁液密封结构，其特征在于所述的气体隔离机构(3)由充气腔(30)、冷却腔(31)、进气咀(32)和排气咀(33)组成，壳体(5)的中段与减压平衡机构(1)的上端面以及磁液密封机构(2)的下端面构成充气腔(30)，壳体(5)的上段与磁液密封机构(2)的外圆柱表面构成冷却腔(31)，充气腔(30)和冷却腔(31)各有一进气咀(32)和排气咀(33)，两个进气咀(32)和排气咀(33)紧联在壳体(5)上。
专利摘要深冷泵上的磁液密封结构，紧套于深冷泵泵轴上，其下端通过法兰与泵的吸入室上端紧密相联，它包括减压平衡机构、磁液密封机构和气体隔离机构。减压平衡机构是由迷宫叠片组成，其作用在于防止深冷液体上窜；磁液密封机构由磁液贮液环、永磁体和导磁轴套组成，其作用是防止密封气或混合气(密封气与汽化氧)的泄漏；气体隔离机购由充气腔、冷却腔、进气嘴和排气嘴组成，其作用是(1)隔离低温段和常温段；(2)在减压平衡段内顶住液氧(氮、氩)或汽化氧(氮、氩)；(3)冷却磁液段。本实用新型避免了经常更换柔性填料的麻烦，在深冷泵上的动、静密封性能良好，磁液密封最大承压能力为1.6Mpa，且结构简单、可靠性高，可长期使用。
文档编号F04D29/10GK2727463SQ20042008476
公开日2005年9月21日 申请日期2004年8月9日 优先权日2004年8月9日
发明者符一平, 白华, 张蔚, 杨玉清, 叶政学 申请人:中国航天科技集团公司第一研究院第十五研究所