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反应釜用机械密封

反应釜是化工、化纤、石油化工、制药等生产过程的关键设备之一。它与泵和其他旋转机械相比,具有独特的使用条件与操作特点,因此,釜用机械密封虽然与泵用机械密封作用原理相同,但釜用机械由于其特殊性而自成体系。

反应釜一般由釜体、搅拌器、传动机构和轴封装置四部分组成。搅拌轴的安装形式有顶部插入式、底部插入式和侧插入式。因反应釜内发生化学反应,会引起压力、温度及物料形态的变化,故反应釜的机械密封的使用工况条件最为恶劣。

1.反应釜密封装置的特点

了解不同类型的反应釜的特点,才能掌握设计机械密封的要点。

1.1搅拌轴侧插入式反应釜

从润滑角度来说,这类反应釜用机械密封一般不会出现润滑不良问题,釜内介质的液面必须保持一定的高度。轴从一侧伸出的反应釜,轴处于悬臂状态,故容易产生振动,而机械密封对振动又比较敏感。若轴从两侧伸出,轴必须与釜体上的支撑装置对中,而满足这一要求是较困难的,因此轴与釜之间的平衡非常复杂。在操作温度变化大的情况下,轴的伸缩量大,过大的伸缩量若全部由机械密封来承受,机械密封就容易失效。然而这类釜的转速不高,只要采取相应的措施,这一问题是可以得到解决的。

1.2搅拌轴底部插入式反应釜

聚合反应釜己逐渐向大容积方向发展,它的搅拌轴也由顶部插入式向底部插入式转变。底部插入式反应釜的特点在于搅拌轴短,轴所受的弯曲应力小,所以计算轴径小,省工、省料。短轴比长轴的刚性好,变形小。但密封处于釜的底部,尽管可以确保密封的润滑,然而由于固体杂质容易沉积在密封周围,使摩擦端面产生磨粒磨损,且易造成运动部件阻塞结垢。在这种情况下,机械密封总是受液体的压力作用,在需要修理或更换密封时,必须排空釜内的物料。当物料为高粘度的聚合物时,完全排空是比较困难的。为此,需要对机械密封进行特殊设计,同时采用特殊的措施,才能期望密封具有良好的工作性能和便于检修。

1.3搅拌轴顶部插入式反应釜

顶部插入式搅拌轴反应釜应用最为广泛,其密封所遇到的问题与前述不同。

①因密封置于釜的上部,处于气相空间中(物料满釜时才是液相),则釜用机械密封所密封的介质大部分是气体而不是液体。这样,从密封端面的工作条件看,与泵用密封相比,润滑条件差,易处于干摩擦状态,造成端面磨损,故需要采用一定的润滑冷却方法。同时由于气体渗漏性强,因此,对石墨环等空隙率大的材料,除水压试验外,还要增加气密性试验的要求。

②反应釜由于工艺条件的变化,压力、温度往往不是恒定的,经常波动。因而设计时应保证当压力波动(高压操作、低压操作及真空操作)时也能满足使用要求。

③顶部插入垂直安装的搅拌轴,下端带有搅拌,常处于悬臂状态,由于长径比大,加工和安装精度不易保证,易产生较大的挠曲。且运行时,由于搅拌叶不均匀;液面太低或有祸流;进料不均,或反应没控制好;压力与温度波动;压力、温度变化致使搅拌轴与釜体的变形;搅拌轴速度突然变化,或降温导致聚合物粘度升高等因素都会加剧搅拌轴的振摆。为解决这个问题,为密封提供一个

相对无振摆的工作环境,使其密封运行平稳,一般要采用中间轴承及釜底轴承等措施加以限制,尽量减少轴的摆动对密封性能的影响。因此釜用机械密封对轴的径向跳动的要求比泵用机械密封差的多,当轴径}65mm时,径向跳动<0.5mm;当轴径>65mm时,径向跳动<1 mm;同时设计时应考虑动环和静环有较好的浮动性和追随性。

④釜用机械密封通常在大直径、低转速下使用。随着科研、生产的发展,反应釜装置趋向于大型化。釜的容积不断增大,搅拌轴径己超过300mm。但搅拌轴的转速通常比较低,一般在200·300r/min以下,最高使用范围为500r/min。当直径大时,容易造成密封环变形,密封端面平直度难以保证等问题。当直径大时,硬质密封环常采用表面复合材料。

⑤釜用机械密封由于尺寸大,零件重,更换比较复杂,因此,在设计时应考虑密封装拆容易、简单化。通常低参数釜用密封以外装式安装为主。对于高参数反应釜和大型反应釜,需逐一将机械密封部件安装在釜上,要保证其精度是比较困难的。不少釜用机械密封的故障是因安装不良而造成的。此时常把机械密封设计成组合集装式,将机械密封、轴套、冷却冲洗夹套、压盖及法兰为组合体集装起来,并在车间调试完毕,安装时一起装入釜上,无须再调整;维修时也一并拆卸下来,将备用密封整体装上,旧组合体的修理与更换可在维修车间进行。这样,使密封的安装和维修过程大大加快,从而避免安装误差,减少了生产中的停工损失。


除考虑密封结构外,为方便机械密封装拆,常在搅拌轴与传动轴之间,留有一定尺寸空档L,使空档尺寸L大于密封件中最高零件或部件的尺寸,见图1。这样当检修或更换机械密封时,只要拆卸联轴器的空档垫块就可更换密封件了。而轴的联接方式可采用带短节的夹壳联轴器或短轴联轴器。这样,只要拆卸夹壳联轴器或短轴联轴器即可取出机械密封零件。

,可以参考捏合机的资料,