浅析搅拌釜顶部安装的机械密封设计思想

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)大连博格曼有限公司 作者:蔺继英

  针对搅拌釜顶部安装的机械密封,密封端面工作条件比较复杂,往往处于干摩擦及边界摩擦状态,端面磨损较大。该文分析了搅拌釜顶部安装的机械密封的特点和设计依据,提出了搅拌釜顶部安装的机械密封设计思想。

  引言

  搅拌式反应釜是化工、制药生产中的关键设备之一, 其运行效率和可靠性很大程度上取决于轴封装置的优劣。

  近年来,随着石化、制药工业的发展,同时从防止污染以及安全、节能等角度出发, 对轴封装置的可靠性、寿命、泄漏量和经济性等方面的要求也越来越高。本文着重论述一种顶装搅拌反应釜用机械密封。顶装釜用机械密封一般工况复杂、搅拌轴长、轴径大、介质物理化学性质多变化、压力温度波动大等,常使机械密封失效或损坏。

  本文就一种搅拌釜顶部安装的机械密封的设计作一概要的介绍。

1、顶装反应釜机械密封特点

  顶装反应釜机械密封如图1 所示,有以下特点[3]:

  (1)顶装釜用机械密封的技术问题性质完全不同于泵用机械密封,因为它是处于气相空间中(只有物料为满釜时才是液相),密封易出现“干运转”。

  (2)由于介质是在釜内进行化学反应,压力、温度、物料的形态等都是随时间而变化的, 在压力循环和冷热循环的作用下,密封端面易产生变形。

  (3)机械密封在常温下使用时,由于摩擦面的发热和密封的搅拌生热会使密封室内温度上升。在高温使用时,由于釜内的热传导,将使温度进一步上升,从而引起了摩擦面的液膜汽化,产生“干运转”,并促进腐蚀,加速辅助密封圈老化,致使密封性能在短期内恶化。

  (4)搅拌轴从顶部插人立式反应釜,其长径比大,又是单支承,其摆动量必然较大。在反应进行的过程当中, 由搅拌器浆叶和流体物料之间的相对运动所产生的涡流,必定引起搅拌轴的振动。

  (5)由于下列原因还可能出现轴的窜动:①进料不均或液面太低;②反应物生成没有控制好,粘度增高;③搅拌器的速度突然变化; ④受热膨胀或压力和温度产生波动。

顶装反应釜机械密封示意图

图1 顶装反应釜机械密封示意图

2、设计思想

  这种顶装反应釜机械密封如图2 所示, 有以下基本设计思想。

顶装反应釜机械密封结构图

图2 顶装反应釜机械密封结构图

  (1)采用安全性较高的双端面机械密封装置,以保证反应釜的密封性。

  (2)设置冷却水套,以改善密封的运行条件,如图3所示。

设置冷却水套

图3 设置冷却水套

  (3)在密封装置的结构中增设轴承,以减小轴的偏摆和窜动。

  (4)从外部向密封室输入清洁适宜的润滑冷却液体进行阻封,阻封液从低点A 进,从高点B 出。

  (5)载荷系数。作用在密封环带单位面积上净剩的闭合力端面比压pc,是影响机械密封性能的重要因素之一。它主要由三部分组成:①弹簧力ps,即弹性元件施加到密封环带单位面积上的压紧力;②平均液膜静压力pm,它除了保持密封面处于一定的润滑状态,还起到企图推开端面的作用;③摩擦端面内外侧压力通过补偿环在端面上的作用力pb ,它受外载荷系数Ke或内载荷系数KI的影响。

4、结束语

  化工、制药生产中的搅拌反应釜,其泄漏量要求严格。如果泄漏量过大,将会导致产品不合格或停产,因此需要有效可靠的轴封装置。实践表明,机械密封装置可以满足其要求。

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