浅析搅拌釜顶部安装的机械密封设计思想

　　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。

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。

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。

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。