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2011年第39卷第3期
流体机械
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文章编号:1005-0329(2011)03-0045-04
制冷剂反应釜用机械密封改造
杨博峰,李香2,丁思云2,郑国运,温超2,沈宗沼
(1.机被工业机械密封工程技术研究中心,安徽合肥,230031;2.合肥通用机械研究院,安徽合肥,230031)
摘要:分析了制冷剂反应釜用机械密封失效原因,结合具体工况及经济成本,开发出一套深槽千式气体密封,并应用
FLUENT、 ANSYS等软件对其端面槽型等参数进行了优化,在应用中取得了较为满意的结果,为类似工况机械密封改造
提供了一个可行的方案。
关键词:千式气体密封;深槽;反应釜
中图分类号:TH136
文献标识码:B
doi:10.3969/j.isn.1005-0329.2011.03.010
Improvement of Cold-producing Medium Kettle Mechanical Seal
YANG Bo-feng LI xang, DING Si-yun, ZHENG Guo-yun WEN Chao, SHENG Zun-zhao
(1. Machinery Industry Mechanical Seals Engineering Research Center, Hefei 230031, China
2. Hefei Genera Research Institute Hefei 230031. China
Abstract The causes of the cold-producing medium reaction kettle mechanical seal invalidation was analyzed, we develop a
deep groove dry gas seal and take into account the existing condition applying the dry gas theory and making use of the ANSYS
FLUENT software which acquire the approving outcome and provide a feasible project for the similarity condition
Key words: dry gas seal; deep groove; reaction kettle
1引言
表1反应崟工况参数
反应釜是化工、化纤、石油化工、制药生产中使用条件
参数
的关键设备之一,按其结构可分为搅拌轴侧入式、
介质
HF及类似氟利昂的化工物料等
搅拌轴底部插入式以及搅拌轴顶部插入式3种形
≤0.6MPa
式。通常釜内发生化学反应,引起压力、温度及物
温度
<120℃
料形态的变化,使用工况通常较为恶劣。为了安装
的方便,反应釜用机械密封通常采用集装式结构。
釜内处理的主要介质为氟化氢及其类似氟利
某化工企业集团数十套反应釜设备由于介质昂的化工物料等,该类物质遇到液体反应,形成酸
特殊,工况较为恶劣,在使用过程中一直存在着密性物质,对设备造成腐蚀。同时该类物料具有遇
封使用周期短,频繁停机更换密封元件的问题,经冷凝固特性,部分物料还会出现遇冷凝华现象,凝
过多次改进仍未解决,为此,我们研制一套新型机固物质具有较大粘度,而凝华所形成物质有一定
械密封,使用效果良好。
的硬度。通常对于反应釜用密封,为了避免干摩
擦,需要采用一定的液体润滑冷却。鉴于総内介
2设备现状
质的特殊性,不允许封液进入反应釜,更严禁使用
水作为封液。另外,也不允许釜内介质泄漏到密
该反应釜为搅拌轴顶部插入式结构,密封置封腔内,以免造成密封面磨损,导致密封失效。
于釜的上部,处于气相空间中(物料满釜时才是
该设备改造前所采用的密封方案为常规205
液相),反应釜的工况参数见表1。
型釜用密封山,该密封结构如图1所示。
收稿日期:2010-07-07修稿日期:2011-02-21
FLUID MACHINERY
Vol.39,No.3,2011
端面开浅槽机械密封是在机械密封端面上开
出微米级槽,在旋转过程中,密封气体被吸入动压
槽内,由外径朝向中心,径向分量朝着密封堰流
动。由流体动压效应形成一层很薄的气膜,实现
非接触运转。由于膜厚比较薄,浅槽干式气体密
密封液
4
密封液
封要求配备干净无尘同时稳定的缓冲或者阻封气
2-7G1/A
体,这就要求配备一个复杂的封气供应系统,成
冷却水
本比较高。深槽密封即在密封端面开出毫米级的
冷却水
型槽,利用热流体动压效应来改善密封面的润滑
状况,其作用机理比较复杂,一般采取理论分析结
合相应的试验验证的研究方法。
D
根据设备工况和用户的承受能力,我们选择
了端面开深槽的机械密封。主要的理由如下:
图1205型釜用密封结构示意
(1)从使用条件来讲,由于釜内工况比较复
这种机械密封为集裝式非平衡型双端面结杂,介质存在凝固凝华等现象,这些物质一旦微量
构,严格来讲,该设备选择此结构机械密封也属牵粘结于开槽端面,将对密封面的动压效应造成影
强。该型密封基本满足此工况下的工作参数,但响,甚至失去动压效应,对于浅槽密封尤其致命。
是,205型机械密封要求其封液压力略大于或等
2)从用户经济性以及维护成本考虑,浅槽
于密封介质压力,也即上图中密封液的压カ大于密封要求具备较为复杂的封气系统,而深槽密封
密封下侧介质压力0.IMPa左右。实际操作中,只要进行普通的过滤与监控即可
为了防止封液进入釜体,在油腔中注满机油,这种
(3)制造浅槽密封需要具备特殊的设备,才
条件下,釜内介质将不可避免地进入密封腔体中,能加工出所需的槽型,也不利于成本的控制。
或者封液油进入反应釜,造成密封失效。
总体方案如图2所示,工业氮气经调节、过滤
在实际使用中,该设备机械密封更換频繁,密等处理后,作为封气通入密封腔体,安装尺寸保持
封更换后不到半个月便无法继续使用,甚至数天了与原来结构一致。密封的关键就在于端面槽型
就已经失效。对机械密封解体发现,密封腔内有的选择,能够增强密封面冷却,同时产生一定的热
大量硬度较高的块状物质,而其使用的封液油十流体动压效应,提高密封寿命与性能。
分洁净,并且非循环使用,所以这些物质只能为釜
内物质进人到密封腔内所形成,这些物质造成导
热难,同时致使密封端面磨损严重。过于频繁的
RI/4封气进口
更换无论从经济上还是工作量上都给用户造成巨
大负担,迫切要求开发出一种合适的产品,初步要
单向阀
求正常使用寿命不低于2个月。
流量计09
却水进口
3改造方案
压力调节阀
冷却水出口
截止阀
基于设备使用工况,常规的液体润滑机械密
气
封无法满足设备要求,而少量的氮气进入釜内不
源
会对整个工艺流程造成影响,因此我们选择干式
气体密封对该密封进行改造。
图2总体方案
于式气体密封使用气体作为缓冲或者阻封流
体,避免了液体进入釜内,污染介质。目前的干式4槽型选择
气体密封