[0001] 本发明涉及机械工程密封技术领域，尤其涉及一种多级套筒磁流体密封装置。

[0002] 磁流体密封装置是利用磁流体独特的磁响应特性，通过高强磁场的施加，使磁流体形成多个磁流体液膜，来抵抗两侧的压力。在高转速工况下，普通磁流体密封结构不能实现较好的密封效果，磁流体失效严重。因此，提高在高转速工况下的密封性能是当前的研究重点之一。

[0003] 如现有专利公告号CN107917192B公示的一种多级套筒式磁流体密封结构，其通过极靴与套筒形成密封间隙，在套筒的四个面均设置有极齿，能提高套筒的利用率以及装置的密封性能。但该结构无法适应高速工况下的离心力影响下的密封，使磁流体无法长时间的束缚在极齿上。

[0004] 又如现有专利公告号CN107956882B公示的一种多级圆盘磁流体密封结构，该结构通过极靴与永磁体形成密封间隙，以增强磁流体液膜的磁感应强度。其在极靴环的轴线和径向端面上均设有极齿，结构较为复杂，加工难度较大，且在高速工况下，还是不具有较好的耐压性能。

[0018] 以下将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。为叙述方便，下文中如出现“上”、“下”、“左”、“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用。

[0019] 如图1所示，本实施例提供的一种多级套筒磁流体密封装置包括转轴1、壳体2、轴承3、隔磁环4、第一极靴环5、第一永磁环6、第二极靴环7、第三极靴环8、第二永磁环10、左套筒11、第三永磁环12、右套筒13、密封圈14、端盖15、极齿16、凹环17和锥体环18。

[0020] 所述壳体2一端封闭，另一端设有开口，所述开口处通过端盖15封闭。所述转轴1的两端通过轴承3转动设于所述壳体2内。所述轴承3为深沟球轴承。

[0021] 所述转轴1的中间的轴段上自左向右依次设置的第一极靴环5、左套筒11、第二极靴环7、右套筒13和第三极靴环8。所述第一极靴环5与轴承3之间、第三极靴环8与轴承3之间均设有隔磁环4。所述第一极靴环5、第二极靴环7和第三极靴环8的外圆上分别嵌装于密封圈14，所述密封圈14与壳体2的内壁贴合。

[0022] 所述第一极靴环5与第二极靴环7之间、第二极靴环7与第三极靴环8之间均套装有第一永磁环6，所述第一永磁环6分别位于左套筒11和右套筒13的外部。左套筒11与第一永磁环6之间、右套筒13与第一永磁环6之间为设有间隙。所述左套筒11和右套筒13的外圆上（即为锥体环18的外圆上）分别嵌装有与第一永磁环6位置对应的第三永磁环12。

[0023] 如图1、图2所示，所述左套筒11和右套筒13在靠近转轴1的中心均设有内表面为弧形的凹环17。所述左套筒11和右套筒13位于凹环17的外部为外小内大的锥体环18。所述锥体环18的前后端面均为锥面。

[0024] 所述第一极靴环5朝向左套筒11的一侧自内向外依次设有第一凸环51和三个极齿16。所述第一凸环51为向左套筒11的左侧的凹环17凸伸的弧形，所述第一凸环51与凹环17形成弧形的间隙配合。三个极齿16中，两个之间设置第二永磁环10。

[0025] 所述第一极靴环5上的三个极齿16的的延伸长度逐渐增长，以使该三个所述极齿16与锥体环18的前锥面之间的间隙相等。

[0026] 所述第二极靴环7靠近转轴1的中心设有外表面为弧形的第二凸环71，所述第二凸环71在转轴1的轴向两端设置。所述第二极靴环7左侧的第二凸环71与左套筒11右侧的凹环17形成弧形的间隙配合。所述第二极靴环7右侧的第二凸环71与右套筒13左侧的凹环17形成弧形的间隙配合。

[0027] 所述第二极靴环7在转轴1的轴向两端（即前后两侧）上分别设有三个极齿16，所述极齿16位于第三凸环81的外部。三个极齿16中，两个之间设置第二永磁环10。位于第二极靴环7左侧的极齿16与第一极靴环5上的极齿16呈前后对称。位于第二极靴环7右侧的极齿16与第二极靴环7左侧的极齿16呈前后对称。

[0028] 所述第三极靴环8靠近转轴1的中心设有外表面为弧形的第三凸环81，第三凸环81朝向右套筒13设置。所述第三凸环81与第一凸环51呈前后对称。所述第三凸环81与右套筒13的右侧的凹环17形成弧形的间隙配合。

[0029] 所述第三极靴环8朝向右套筒13的一侧设有三个极齿16，所述极齿16位于第三凸环81的外部。三个极齿16中，两个之间设置第二永磁环10。所述第三极靴环8上的三个极齿16与第一极靴环5上的三个极齿16呈前后对称。

[0030] 所述第一极靴环5上的三个极齿16与左套筒11的锥体环18上的前锥面间隙配合。第二极靴环7的前侧的三个极齿16与左套筒11的锥体环18上的后锥面间隙配合。第二极靴环7的后侧的三个极齿16与右套筒13的锥体环18上的前锥面间隙配合。第三极靴环8上的三个极齿16与右套筒13的锥体环18上的后锥面间隙配合。

[0031] 如图2所示，所有极齿16的延伸末端面结构相同，均包括有竖直面161和连接于所述竖直面161下端的斜面162，所述斜面162与锥体环18的锥面适配。这种多边形结构设计，在加压前（如图3所示），磁流体液膜19存在于竖直面161和锥体环18的锥面之间，此时，磁流体液膜19具有最小厚度H1。在加压后（如图4所示），在离心力和压力作用下，磁流体液膜19向斜面162处位移，并在斜面162的作用下卡滞，避免被甩出。同时，处于斜面162的磁流体液膜19的上端形成最小厚度H2，该厚度H2与加压前的厚度H1几乎相等，由此降低离心力对磁流体液膜19耐压能力的影响，满足高速工况的使用要求。

[0032] 以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。