由于反應釜逐步向高壓、大直徑方向發(fā)展,且與泵用機械密封相比轉速低,所以在設計時,我們要注意以下幾點:
1、密封環(huán)材料的選擇
由于反應釜大多密封氣體,選材上,除考慮介質的腐蝕作用外,還要考慮材料本身無滲漏。
當直徑較大時,應采用整體表面復合材料;
當壓力較高時,宜采用較高的機械強度的高pv值組對材料,當介質壓力在10MPa以下時,推薦用硬質合金或碳化硅與碳石墨材料組對;
當介質壓力大于10MPa時,推薦用硬質合金與硬質合金、硬質合金與銅合金、碳化硅與銅合金組對。摩擦副材料的選擇除考慮壓力、圓周速度外,還應與軸徑、溫度、潤滑、冷卻方法等全部條件綜合加以考慮。
高壓及大直徑密封,摩擦副端面易產(chǎn)生變形,特別是隨著介質壓力的增加,啟動力矩有隨之增大的趨勢,故密封環(huán)應選用強度高、剛性好的材料。
2、密封結構的設計
結構設計上,高壓及大直徑密封為保證密封可靠,應選擇雙端面密封。通常大氣端密封,由于壓差大,設計成平衡型,介質端密封,由于密封腔內(nèi)密封流體的作用,在密封端面兩側的壓差小,可以設計成非平衡型,但考慮當運行時釜內(nèi)介質壓力或密封腔內(nèi)密封液壓力的不穩(wěn)定而造成壓力波動時也能滿足使用,也應設計成平衡型。在一些引進裝置中,低壓工況密封也采用平衡型。這是為了減少端面摩擦熱,防止端面液膜蒸發(fā),從而可以獲得較長的使用壽命。當釜內(nèi)壓力超過10MPa時,建議采用多級機械密封裝置。
3、幾何尺寸的確定
在高壓反應釜機械密封的設計中,對密封環(huán)的形狀和支承方法,都要加以充分考慮。由于壓力作用所產(chǎn)生的彎曲,以及對于斷面回轉中心的偏心力作用所產(chǎn)生的力矩都會給密封特性造成很大的影響。靜止環(huán)由于受釜口法蘭尺寸的限制,徑向空間一般都不會太大。為此,要全面考慮環(huán)的形狀、支承方法、密封圈的位置等,使其耐壓、變形小。為避免壓力、熱應力變形和不平衡力所產(chǎn)生的變形等,應盡可能使形狀對稱和簡單。支承方法也以背面接觸為宜,端面凸臺連接處的圓角R要特別注意,在可能的情況下R盡量大些,而其它倒角也應取適當值,使之不存在銳角部分,摩擦面寬度匕隨軸徑而異,強度上應有一定的安全系數(shù)。
由于攪拌軸振動大,懸臂支承轉軸擺動量大等因素,靜止環(huán)與軸的間隙宜取較大值。
4、彈簧比壓和端面比壓的計算
釜用機械密封的彈簧比壓和端面比壓,要綜合密封可靠性和使用壽命綜合加以考慮。大軸徑頂部插入式反應釜密封在計算端面比壓時,補償環(huán)的重量不能忽略。
5、傳動機構的設計
對傳動機構而言,當壓力或直徑較大時,應采用強力傳動機構。若用普通的螺釘、銷來傳動,由于力矩的作用,有損壞的可能。故應采用鍵傳動等可靠的傳動機構。
6、密封的潤滑與冷卻
由于端面的摩擦、磨損、發(fā)熱等因素會影響機械密封的壽命,因此應采用潤滑和冷卻效果好且能與被密封介質相容的潤滑油。高壓、大直徑釜用機械密封尤其要重視對密封的潤滑及冷卻。
潤滑油的主要作用是:減少磨損、降低溫度、防止銹蝕、對振動產(chǎn)生阻尼、形成液膜等等。目前所使用的攪拌反應釜多為立式,攪拌軸由頂部插入,密封安裝在釜的上部,釜內(nèi)頂部大都為氣相。因此,不能期望用釜內(nèi)液體潤滑。
使用單端面機械密封時,密封外側要設置貯油腔,油面應高于密封端面10~20mm,并定期檢查、補充。
使用雙端面機械密封時,由于兩端面間采用密封液通常,可采用密封液機械密封進行潤滑、冷卻。考慮到保持機械密封的摩擦面的潤滑和氣密性,密封液要利用高級的潤滑油。為確保釜內(nèi)的物料不受潤滑油漏入的影響,盡可能在機械密封的下部設一受油器,以防止?jié)櫥吐┤敫獌?nèi)物料中。當然,以流入釜內(nèi)既不影響反應也不污染物料的液體作潤滑劑為好。故潤滑油的選用原則為:
①不含顆粒,長期耐氧化且穩(wěn)定性好;
②容易脫氣,不易沉淀變質,潤滑性好;
③防腐蝕性好。
此外,還要根據(jù)使用壓力、釜內(nèi)溫度、循環(huán)方式選定油的粘度。例如:在低溫、低壓情況下,若使用高粘度的潤滑油,不利于在摩擦滑動面上油膜的形成,容易造成早期磨損。相反,在高溫、高壓下,若使用低粘度潤滑油,因油膜強度低而會出現(xiàn)潤滑不良的現(xiàn)象。
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