反应釜用机械密封设计注意要点
发布时间:2020-07-13
反应釜用机械密封设计注意要点
由于反应釜逐步向高压、大直径方向发展，且与泵用机械密封相比转速低，所以在设计时，我们要注意以下几点：
1、密封环材料的选择
由于反应釜大多密封气体，选材上，除考虑介质的腐蚀作用外，还要考虑材料本身无渗漏。当直径较大时，应采用整体表面复合材料;当压力较高时，宜采用较高的机械强度的高pv值组对材料，当介质压力在10MPa以下时，推荐用硬质合金或碳化硅与碳石墨材料组对;当介质压力大于10MPa时，推荐用硬质合金与硬质合金、硬质合金与铜合金、碳化硅与铜合金组对。摩擦副材料的选择除考虑压力、圆周速度外，还应与轴径、温度、润滑、冷却方法等全部条件综合加以考虑。
高压及大直径密封，摩擦副端面易产生变形，特别是随着介质压力的增加，启动力矩有随之的趋势。故密封环应选用强度高、刚性好的材料。
2、密封结构的设计
在高压反应釜机械密封的设计中，对密封环的形状和支承方法，都要加以充分考虑。由于压力作用所产生的弯曲，以及对于断面回转中心的偏心力作用所产生的力矩都会给密封特性造成很大的影响。静止环由于受釜口法兰尺寸的限制，径向空间一般都不会太大。为此，要考虑环的形状、支承方法、密封圈的位置等，使其耐压、变形小。为避免压力、热应力变形和不平衡力所产生的变形等，应尽可能使形状对称和简单。支承方法也以背面接触为宜，端面凸台连接处的圆角R要特别注意，在可能的情况下R尽量大些，而其它倒角也应取适当值，使之不存在锐角部分;摩擦面宽度匕随轴径而异，强度上应有一定的安全系数。
由于搅拌轴振动大，悬臂支承转轴摆动量大等因素，静止环与轴的间隙宜取较大值。
4、弹簧比压和端面比压的计算
釜用机械密封的弹簧比压和端面比压，要综合密封可靠性和使用寿命综合加以考虑。大轴径顶部插入式反应釜密封在计算端面比压时，补偿环的重量不能忽略。
5、传动机构的设计
对传动机构而言，当压力或直径较大时，应采用传动机构。若用普通的螺钉、销来传动，由于力矩的作用，有损坏的可能。故应采用键传动等可靠的传动机构。
6、密封的润滑与冷却
由于端面的摩擦、磨损、发热等因素会影响机械密封的寿命，因此应采用润滑和冷却效果好且能与被密封介质相容的润滑油。高压、大直径釜用机械密封尤其要重视对密封的润滑及冷却。润滑油的主要作用是：减少磨损、降低温度、防止锈蚀、对振动产生阻尼、形成液膜等等。目前所使用的搅拌反应釜多为立式，搅拌轴由顶部插入，密封安装在釜的上部，釜内顶部大都为气相。因此，不能期望用釜内液体润滑。
使用单端面机械密封时，要密封外侧要设置贮油腔，油面应高于密封端面10~20mm，并定期检查、补充。
使用双端面机械密封时，由于两端面间采用密封液通常，可采用密封液机械密封进行润滑、冷却。考虑到保持机械密封的摩擦面的润滑和气密性，密封液利用润滑油。为确保釜内的物料不受润滑油漏入的影响，在机械密封的下部设一受油器，以防止润滑油漏入釜内物料中。当然，以流入釜内既不影响反应也不污染物料的液体作润滑剂为好。故润滑油的选用原则为：
①不含颗粒，长期耐氧化且稳定性好;
②容易脱气，不易沉淀变质，润滑性好;
③防腐蚀性好。此外，还要根据使用压力、釜内温度、循环方式选定油的粘度。例如：在低温、低压情况下，若使用高粘度的润滑油，不利于在摩擦滑动面上油膜的形成，容易造成早期磨损。相反，在高温、高压下，若使用低粘度润滑油，因油膜强度低而会出现润滑不良的现象。
由于反应釜逐步向高压、大直径方向发展，且与泵用机械密封相比转速低，所以在设计时，我们要注意以下几点：
1、密封环材料的选择
由于反应釜大多密封气体，选材上，除考虑介质的腐蚀作用外，还要考虑材料本身无渗漏。当直径较大时，应采用整体表面复合材料;当压力较高时，宜采用较高的机械强度的高pv值组对材料，当介质压力在10MPa以下时，推荐用硬质合金或碳化硅与碳石墨材料组对;当介质压力大于10MPa时，推荐用硬质合金与硬质合金、硬质合金与铜合金、碳化硅与铜合金组对。摩擦副材料的选择除考虑压力、圆周速度外，还应与轴径、温度、润滑、冷却方法等全部条件综合加以考虑。
高压及大直径密封，摩擦副端面易产生变形，特别是随着介质压力的增加，启动力矩有随之的趋势。故密封环应选用强度高、刚性好的材料。
2、密封结构的设计
结构设计上，高压及大直径密封为保证密封可靠，应选择双端面密封。通常大气端密封，由于压差大，设计成平衡型;介质端密封，由于密封腔内密封流体的作用，在密封端面两侧的压差小，可以设计成非平衡型;但考虑当运行时釜内介质压力或密封腔内密封液压力的不稳定而造成压力波动时也能满足使用，也应设计成平衡型。在一些引进装置中，低压工况密封也采用平衡型。这是为了减少端面摩擦热，防止端面液膜蒸发，从而可以获得较长的使用寿命。当釜内压力超过10MPa时，建议采用多级机械密封装置。
在高压反应釜机械密封的设计中，对密封环的形状和支承方法，都要加以充分考虑。由于压力作用所产生的弯曲，以及对于断面回转中心的偏心力作用所产生的力矩都会给密封特性造成很大的影响。静止环由于受釜口法兰尺寸的限制，径向空间一般都不会太大。为此，要考虑环的形状、支承方法、密封圈的位置等，使其耐压、变形小。为避免压力、热应力变形和不平衡力所产生的变形等，应尽可能使形状对称和简单。支承方法也以背面接触为宜，端面凸台连接处的圆角R要特别注意，在可能的情况下R尽量大些，而其它倒角也应取适当值，使之不存在锐角部分;摩擦面宽度匕随轴径而异，强度上应有一定的安全系数。
由于搅拌轴振动大，悬臂支承转轴摆动量大等因素，静止环与轴的间隙宜取较大值。
4、弹簧比压和端面比压的计算
釜用机械密封的弹簧比压和端面比压，要综合密封可靠性和使用寿命综合加以考虑。大轴径顶部插入式反应釜密封在计算端面比压时，补偿环的重量不能忽略。
5、传动机构的设计
对传动机构而言，当压力或直径较大时，应采用传动机构。若用普通的螺钉、销来传动，由于力矩的作用，有损坏的可能。故应采用键传动等可靠的传动机构。
6、密封的润滑与冷却
由于端面的摩擦、磨损、发热等因素会影响机械密封的寿命，因此应采用润滑和冷却效果好且能与被密封介质相容的润滑油。高压、大直径釜用机械密封尤其要重视对密封的润滑及冷却。润滑油的主要作用是：减少磨损、降低温度、防止锈蚀、对振动产生阻尼、形成液膜等等。目前所使用的搅拌反应釜多为立式，搅拌轴由顶部插入，密封安装在釜的上部，釜内顶部大都为气相。因此，不能期望用釜内液体润滑。
使用单端面机械密封时，要密封外侧要设置贮油腔，油面应高于密封端面10~20mm，并定期检查、补充。
使用双端面机械密封时，由于两端面间采用密封液通常，可采用密封液机械密封进行润滑、冷却。考虑到保持机械密封的摩擦面的润滑和气密性，密封液利用润滑油。为确保釜内的物料不受润滑油漏入的影响，在机械密封的下部设一受油器，以防止润滑油漏入釜内物料中。当然，以流入釜内既不影响反应也不污染物料的液体作润滑剂为好。故润滑油的选用原则为：
①不含颗粒，长期耐氧化且稳定性好;
②容易脱气，不易沉淀变质，润滑性好;
③防腐蚀性好。此外，还要根据使用压力、釜内温度、循环方式选定油的粘度。例如：在低温、低压情况下，若使用高粘度的润滑油，不利于在摩擦滑动面上油膜的形成，容易造成早期磨损。相反，在高温、高压下，若使用低粘度润滑油，因油膜强度低而会出现润滑不良的现象。