一种强化传热的磁力密封装置

技术领域

本发明属于一种密封装置领域，尤其是涉及一种强化传热的磁力密封装置。

背景技术

磁力密封是一种通过磁场传递扭矩的，将动密封转化为静密封的密封装置。但是金属材质的隔离套位于内外永磁体产生的交变磁场之中会产生涡流热损失。涡流热不仅损失功率，且使整个装置的温度上升，如不能高效的将內磁转子、隔离套、外磁转子等部件的热移走，则高温下会导致永磁体退磁，磁力传动失效。

目前，为了解决涡流热带来的温升问题，磁力密封装置通常在磁力联轴器的隔离套和外磁转子之间充斥流动的冷却液来带走热量。但是，由于隔离套和外磁转子之间的环形间隙往往十分的狭小，在外磁转动带动冷却液的流动下，往往在外磁转子和隔离套之间产生了一种液体不流通的“液环现象”；此外，当冷却液传热效果不理想，涡流热导致冷却液升温达到了沸点会造成气化空腔的现象。这些都使得磁力密封装置的温升问题很难被解决。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种强化传热的磁力密封装置；该磁力密封装置可有效强化传热、避免温升导致永磁体退磁问题。

为解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：

一种强化传热的磁力密封装置，包括电机、冷却液进口、壳体、法兰转子连接件、外磁转子、隔离套、内磁转子、隔离套底座、连接轴和冷却液出口；

所述电机通过转轴穿过壳体与法兰转子连接件固定连接；

所述法兰转子连接件的下端与外磁转子固定连接；

所述外磁转子与壳体之间形成第一空腔，所述冷却液进口设置在壳体上与第一空腔连通，所述冷却液出口设置在壳体上与第一空腔连通；

所述隔离套设置在外磁转子和内磁转子之间；

所述隔离套的外侧壁与外磁转子的内侧壁之间设有间隙；

所述隔离套的内侧壁与内磁转子的外侧壁之间也设有间隙；

所述隔离套的底部和外磁转子的顶部之间形成第二空腔；

所述外磁转子顶部设有若干外磁轴向开设孔，上下贯通外磁转子内外，从而连通第一空腔和第二空腔；

所述外磁转子侧壁上部设有若干外磁径向开设孔，左右贯通外磁转子侧壁内外，从而连通第一空腔和第二空腔；

所述隔离套的下端通过隔离套底座固定在壳体底部；

所述内磁转子下端固定连接在连接轴的顶端，连接轴的下端穿过壳体底部与负载固定连接；

作为技术方案的进一步改进，所述壳体内侧壁设有与壳体完全贴合的电机支撑架，该电机支撑架上下两端通过弯折固定部与壳体固定在一起。

作为技术方案的进一步改进，所述壳体内侧壁上纵向固定设有2-8块竖直挡板；更优选地，所述竖直挡板为4块。

作为技术方案的进一步改进，所述外磁转子内侧壁下部设有1-10个间距2-20mm，槽深为0.1-5mm的外磁转子微结构环形槽；更优选地，所述外磁转子微结构环形槽数目为4-8个，槽间距为5-10mm，槽深为1-2mm。

优选地，所述外磁转子内径为150-550mm，外径为200-650mm；所述内磁转子内径为100-500mm，外径为150-600mm；所述隔离套的壁厚为2-10mm；更优先地，所述外磁转子内径为240-350mm，外径为260-400mm；所述内磁转子内径为200-300mm，外径为220-350mm；所述隔离套的壁厚为4-7mm。

优选地，所述隔离套外侧壁与外磁转子内侧壁之间的间隙为1-10mm，所述隔离套内侧壁与内磁转子外侧壁之间的间隙为1-10mm；更优先地，所述隔离套外侧壁与外磁转子内侧壁之间的间隙为2-5mm，所述隔离套内侧壁与内磁转子外侧壁之间的间隙为2-5mm。

优选地，所述外磁转子顶部设有2-40个直径为2-20mm的外磁轴向开设孔，该外磁轴向开设孔圆环式分布于外磁转子顶部；更优选地，所述外磁轴向开设孔的直径为10-12mm。

优选地，所述外磁转子侧壁上部设有2-40个内径为2-20mm的外磁径向开设孔，该外磁径向开设孔在外磁转子侧壁圆周上均匀分布；更优选地，所述外磁径向开设孔的直径为10-12mm。

优选地，所述隔离套选用哈氏合金、不锈钢或钛材材料。

本发明所记载的任何范围包括端值以及端值之间的任何数值以及端值或者端值之间的任意数值所构成的任意子范围。

如无特殊说明，本发明中的各原料均可通过市售购买获得，本发明中所用的设备可采用所属领域中的常规设备或参照所属领域的现有技术进行。

本发明通过在外磁转子顶部上轴向上开孔，通过在外磁转子侧壁上径向上开孔，通过在外磁转子内侧壁上微结构的改变，通过调整隔离套与外磁转子间隙大小以及添加竖直挡板的方式，来改善磁力密封装置内冷却液的流动。尤其是在隔离套和外磁间隙内的冷却液流动得到了大大的增加，改善了原先存在的液封现象，从而加强了密封装置内的热量传递，有效的控制了温升，因此，永磁体的使用寿命也得到的增加，提高了磁力密封设备的稳定性和耐用性。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明

图1示出本发明磁力密封装置整体结构示意图；

图2示出本发明磁力密封装置整体局部放大示意图；

图3示出现有磁力密封装置结构示意图；

图4示出设置了外磁径向开设孔和外磁微结构的磁力密封装置结构示意图；

图5示出设置了外磁轴向开设孔和竖直挡板的磁力密封装置结构示意图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。

在附图中示出了根据本发明公开实施例的各种截面图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状以及他们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。

作为本发明的一个方面，参见图1和图2所示，本发明一种强化传热的磁力密封装置，包括：

电机1，为装置提供动力；

冷却液进口2，为冷却液的进入通道；

壳体4，可容纳零部件，和通入冷却液；

法兰转子连接件5，用于连接电机转轴和外磁转子；

外磁转子6，提供外磁力；

隔离套7，用于将外磁转子和内磁转子隔离起来，改善磁力密封装置内冷却液的流动；

内磁转子8，提供内磁力；

隔离套底座9，用于固定隔离套；

连接轴10，用于连接内磁转子和负载；

冷却液出口11，为冷却液提供出口通道；

所述电机1通过转轴穿过壳体4与法兰转子连接件5固定连接；

所述法兰转子连接件5的下端与外磁转子6固定连接；

所述外磁转子6与壳体4之间形成第一空腔12，所述冷却液进口2设置在壳体4上与第一空腔12连通，所述冷却液出口11设置在壳体4上与第一空腔12连通；可以理解，所述冷却液进口2、第一空腔12和冷却液出口11即可形成一个冷却循环；

所述隔离套7设置在外磁转子6和内磁转子8之间；

所述隔离套7的外侧壁与外磁转子6的内侧壁之间设有间隙61；

所述隔离套7的内侧壁与内磁转子8的外侧壁之间也设有间隙81；

所述隔离套7的底部和外磁转子6的顶部之间形成第二空腔13；

所述外磁转子6顶部设有若干外磁轴向开设孔62，上下贯通外磁转子6内外，从而连通第一空腔12和第二空腔13；可以理解，这种结构有助于冷却液自第一空腔12经外磁轴向开设孔62进入到第二空腔13，然后经过间隙61回到第一空腔12，因此，所述冷却液进口2、第一空腔12、外磁轴向开设孔62、第二空腔13、间隙61、第一空腔12和冷却液出口11又能形成一个冷却循环；这种冷却循环明显使得在隔离套7和间隙61内的冷却液流动得到了大大的增加，改善了原先存在的液封现象，从而加强了密封装置内的热量传递，有效的控制了温升；

所述外磁转子6侧壁上部设有若干外磁径向开设孔63，左右贯通外磁转子6侧壁内外，从而连通第一空腔12和第二空腔13；同样，这种结构有助于冷却液自第一空腔12经外磁径向开设孔63进入到第二空腔13，然后经过间隙61回到第一空腔12，因此，所述冷却液进口2、第一空腔12、外磁径向开设孔63、第二空腔13、间隙61、第一空腔12和冷却液出口11又能形成一个冷却循环；这种冷却循环明显使得在隔离套7和间隙61内的冷却液流动得到了大大的增加，改善了原先存在的液封现象，从而加强了密封装置内的热量传递，有效的控制了温升；

所述隔离套7的下端通过隔离套底座9固定在壳体4底部；

所述内磁转子8下端固定连接在连接轴10的顶端，连接轴10的下端穿过壳体4底部与负载(图中未示出)固定连接。

本发明由电机1带动转轴从而带动法兰转子连接件5，再带动外磁转子6运转，通过磁作用力来带动内磁转子8部件运转，隔离套7将两个相对运动磁转子隔开。

根据本发明的某些实施例，所述壳体4内侧壁设有与壳体完全贴合的电机支撑架3，该电机支撑架3上下两端通过弯折固定部31与壳体4固定在一起。

根据本发明的某些实施例，所述壳体4内侧壁上纵向固定设有2-8块竖直挡板14；优选地，所述竖直挡板为4块，竖直挡板14的宽度*厚度*高度＝50*10*250mm。

根据本发明的某些实施例，所述外磁转子6内侧壁下部设有1-10个间距2-20mm，槽深为0.1-5mm的外磁转子微结构环形槽64；优选地，所述外磁转子微结构环形槽64数目为4-8个，槽间距为5-10mm，槽深为1-2mm。在冷却液自第二空腔13经空隙61流经外磁转子微结构环形槽64，可使冷却液流动得到了大大的增加，从而加强了密封装置内的热量传递，有效的控制了温升，改善了原先存在的液封现象；

根据本发明的某些实施例，所述外磁转子6内径为150-550mm，外径为200-650mm；所述内磁转子8内径为100-500mm，外径为150-600mm；所述隔离套7的壁厚为2-10mm。

根据本发明的某些优选实施例，所述外磁转子6内径为240-350mm，外径为260-400mm；所述内磁转子8内径为200-300mm，外径为220-350mm；所述隔离套7的壁厚为4-7mm。

根据本发明的某些实施例，所述隔离套7外侧壁与外磁转子6内侧壁之间的间隙61为1-10mm，所述隔离套7内侧壁与内磁转子8外侧壁之间的间隙81为1-10mm。

根据本发明的某些优选实施例，所述隔离套7外侧壁与外磁转子6内侧壁之间的间隙61为2-5mm，所述隔离套7内侧壁与内磁转子8外侧壁之间的间隙81为2-5mm。

根据本发明的某些实施例，所述外磁转子6顶部设有2-40个直径为2-20mm的外磁轴向开设孔62，该外磁轴向开设孔62圆环式分布于外磁转子6顶部。

根据本发明的某些优选实施例，所述外磁轴向开设孔62的直径为10-12mm。

根据本发明的某些实施例，所述外磁转子6侧壁上部设有2-40个内径为2-20mm的外磁径向开设孔63，该外磁径向开设孔63在外磁转子6侧壁圆周上均匀分布；更优选地，所述外磁径向开设孔63的直径为10-12mm。

根据本发明的某些实施例，所述隔离套7选用哈氏合金、不锈钢或钛材材料。

在本发明的使用过程中：

电机1的转子转速范围为0-6000r/min；优选地，转速范围为400-1200r/min；

磁力密封装置操作压力范围为0.1-30MPa；

磁力密封原理：对于磁力密封，由于隔离套7位于相对运动的磁转子之间，介质的传输是通过隔离套7内部的内磁转子带动连接轴转动而实现的，能够实现了被密封介质的零泄漏或零逸出。

参见图1和图2所示，一种强化传热的磁力密封装置，包括电机1，冷却液进口2，壳体4，法兰转子连接件5，外磁转子6，隔离套7，内磁转子8，隔离套底座9，连接轴10，冷却液出口11；

所述电机1通过转轴穿过壳体4与法兰转子连接件5固定连接；

所述法兰转子连接5件的下端与外磁转子6固定连接；

所述外磁转子6与壳体4之间形成第一空腔12，所述冷却液进口2设置在壳体4上与第一空腔12连通，所述冷却液出口11设置在壳体4上也与第一空腔12连通；可以理解，所述冷却液进口2、第一空腔12和冷却液出口11即可形成一个冷却循环；

所述隔离套7设置在外磁转子6和内磁转子8之间；本实施例中，所述隔离套7的截面呈“Π”形，所述外磁转子6的截面也呈“Π”形；

所述隔离套7的外侧壁与外磁转子6的内侧壁之间设有间隙61；

所述隔离套7的内侧壁与内磁转子8的外侧壁之间也设有间隙81；

所述隔离套7的底部和外磁转子6的顶部之间形成第二空腔13；

所述外磁转子6顶部设有若干外磁轴向开设孔62，上下贯通外磁转子6内外，从而连通第一空腔12和第二空腔13；

所述外磁转子6侧壁上部设有若干外磁径向开设孔63，左右贯通外磁转子6侧壁内外，从而连通第一空腔12和第二空腔13；

所述隔离套7的下端通过隔离套底座9固定在壳体4底部；

所述内磁转子8下端固定连接在连接轴10的顶端，连接轴10的下端穿过壳体4底部与负载(图中未示出)固定连接；

所述壳体4内侧壁设有与壳体完全贴合的电机支撑架3，该电机支撑架3上下两端通过弯折固定部31与壳体4固定在一起；

所述壳体4内侧壁上纵向固定设有左右对称的2块竖直挡板14；竖直挡板14的宽度*厚度*高度＝50*10*250mm；

所述外磁转子6内侧壁下部设有10个间距2mm，槽深为0.1的外磁转子微结构环形槽64；

所述外磁转子6内径为150mm，外径为200mm；所述内磁转子8内径为100mm，外径为150mm；所述隔离套7的壁厚为2mm；

所述外磁转子6内径为240mm，外径为260mm；所述内磁转子8内径为200mm，外径为220mm；所述隔离套7的壁厚为4mm；

所述隔离套7外侧壁与外磁转子6内侧壁之间的间隙61为2mm，所述隔离套7内侧壁与内磁转子8外侧壁之间的间隙81为2mm；

所述外磁转子6顶部设有40个直径为2mm的外磁轴向开设孔62，该外磁轴向开设孔62圆环式分布于外磁转子6顶部；

所述外磁转子6侧壁上部设有40个内径为2mm的外磁径向开设孔63，该外磁径向开设孔63在外磁转子6侧壁圆周上均匀分布；

所述隔离套7选用哈氏合金。

重复实施例1，其不同之处在于：

所述壳体4内侧壁上纵向固定设有8块竖直挡板15；

所述外磁转子6内侧壁下部设有5个间距20mm，槽深为5mm的外磁转子微结构环形槽64；

所述外磁转子6内径为550mm，外径为650mm；所述内磁转子8内径为500mm，外径为600mm；所述隔离套7的壁厚为5mm；

所述隔离套7外侧壁与外磁转子6内侧壁之间的间隙61为10mm，所述隔离套7内侧壁与内磁转子8外侧壁之间的间隙81为10mm；

所述外磁转子6顶部设有2个直径为20mm的外磁轴向开设孔62；

所述外磁转子6侧壁上部设有2个内径为20mm的外磁径向开设孔63；

所述隔离套7选用不锈钢材料。

参见图1和图2所示，重复实施例1，其不同之处在于：

所述壳体4内侧壁上纵向固定设有5块竖直挡板15；

所述外磁转子6内侧壁下部设有3个间距10mm，槽深为2mm的外磁转子微结构环形槽64；

所述外磁转子6内径为300mm，外径为350mm；所述内磁转子8内径为250mm，外径为300mm；所述隔离套7的壁厚为6mm；

所述隔离套7外侧壁与外磁转子6内侧壁之间的间隙61为5mm，所述隔离套7内侧壁与内磁转子8外侧壁之间的间隙81为5mm；

所述外磁转子6顶部设有20个直径为10mm的外磁轴向开设孔62；

所述外磁转子6侧壁上部设有20个内径为10mm的外磁径向开设孔63；

所述隔离套7选用钛材材料。

采用图1所示的强化传热的磁力密封装置进行循环冷却试验；

采用图3所示的现有磁力密封装置进行循环冷却试验对比；

将图1和图3所示的磁力密封装置分别通入循环冷却液，步骤如下：

S1：启动电机，电机转速为800r/min，冷却液进口温度为20℃，电机转轴带动着外磁转子转动，外磁转子通过磁作用力带动隔离套内部的内磁转子转动，第一空腔、第二空腔和位于隔离套和外磁转子之间缝隙内的液体在外磁转子的旋转下进行流动，流动稳态之后，隔离套由于内外磁转子磁作用力产生涡流热，冷却液的流动不断带走产生的热量；

S2：经稳态后一小时检测循环冷却液出口温度。

经检测，图3所示现有磁力密封装置冷却液出口温度为48.3℃，而采用本发明实施例3的新型磁力密封装置冷却液出口温度为41.9℃；图1所示磁力密封装置比图3所示现有磁力密封装置冷却效果好6.4℃。

采用图4所示的部分强化传热的磁力密封装置进行循环冷却试验；

采用图3所示的现有磁力密封装置进行循环冷却试验对比；

将图3和图4所示的磁力密封装置分别通入循环冷却液，步骤如下：

S1：启动电机，电机转速为800r/min，冷却液进口温度为20℃，电机转轴带动着外磁转子转动，外磁转子通过磁作用力带动隔离套内部的内磁转子转动，空腔和位于隔离套和外磁转子之间缝隙内的液体在外磁转子的旋转下进行流动，流动稳态之后，金属隔离套由于内外磁转子磁作用力产生涡流热，冷却液的流动不断带走产生的热量；

S2：经稳态后一小时检测循环冷却液出口温度。

经检测，图3所示现有磁力密封装置冷却液出口温度为48.3℃，图4所示磁力密封装置冷却液出口为44.4℃；图4所示磁力密封装置比图3所示现有磁力密封装置冷却效果好3.9℃。

采用图5所示的部分强化传热的磁力密封装置进行循环冷却试验；

采用图3所示的现有磁力密封装置进行循环冷却试验对比；

将图3和图5所示的磁力密封装置分别通入循环冷却液，步骤如下：

将此磁力密封装置通入循环冷却液，步骤如下

S1：启动电机，电机转速为800r/min，冷却液进口温度为20℃，电机转轴带动着外磁转子转动，外磁转子通过磁作用力带动隔离套内部的内磁转子转动，空腔和位于隔离套和外磁转子之间缝隙内的液体在外磁转子的旋转下进行流动，流动稳态之后，金属隔离套由于内外磁转子磁作用力产生涡流热，冷却液的流动不断带走产生的热量；

S2：经稳态后一小时检测循环冷却液出口温度。

经检测，图3所示现有磁力密封装置冷却液出口温度为48.3℃，图5所示磁力密封装置冷却液出口为44.9℃；图5所示磁力密封装置比图3所示现有磁力密封装置冷却效果好3.4℃。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。