CN106286838B - 一种搅拌罐填料密封装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种搅拌罐填料密封装置，该装置设置在搅拌罐的顶部，通过在填料环内设置进气分布环、O形密封圈和填料硬环，进气分布环和填料硬环与搅拌轴过盈配合并与填料函的内壁过盈配合，利用进气分布环、O形密封圈和填料硬环实现密封，而不是仅依靠软填料环实现密封，增强了密封效果。O形密封圈与搅拌轴过盈配合并与填料硬环间隙配合，介质气体只能从O形密封圈与填料硬环之间的缝隙中通过，增加搅拌罐内介质气体向外泄漏的路径，减小压盖处介质气体的压力，从而减小压盖对软填料环的压力，延长软填料环的使用寿命，增强密封效果。

Description

一种搅拌罐填料密封装置

技术领域

本发明涉及化工生产设备技术领域，具体涉及一种搅拌罐填料密封装置。

背景技术

搅拌罐是多晶硅、石油、化工等领域的一种常用机械设备，是用于进行化学反应的容器。在多晶硅生产领域，搅拌罐内的介质气体通常包括少量的氯硅烷、氯化氢、氢气等，具有腐蚀性且易燃有毒，一旦从搅拌罐泄漏，氯硅烷、氯化氢等在空气中形成烟雾，不仅对周围的设备管道产生腐蚀，污染环境，影响人的身体健，而且氢气在室内聚集存在发生闪爆的危险隐患。因此，通常利用搅拌罐填料密封装置防止介质气体从搅拌罐内泄漏。

现有的搅拌罐填料密封装置可以包括填料函、压盖和软填料环，搅拌罐的搅拌轴贯穿搅拌罐填料密封装置的填料函，软填料环套设于搅拌轴上，压盖将软填料环压紧，防止搅拌罐内的介质气体泄漏。

这种搅拌罐填料密封装置存在以下缺陷：

1、填料函是利用压盖压紧软填料环，在搅拌轴的轴向方向产生压力，从而使软填料环在搅拌轴的径向方向产生形变来实现密封，这样，必须增加压盖处螺栓的压紧力，从而使压盖处的软填料环受的压力更大，因此，软填料环磨损严重，使用寿命短。

2、一旦软填料环发生磨损，介质气体从填料函底部到填料函开口处(即压盖处)的路径较短，这样，搅拌罐内的介质气体向外泄漏的压力较大，介质气体更容易泄漏，密封效果差。

因此，亟需一种搅拌罐填料密封装置，以解决上述技术问题。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的上述不足，提供一种搅拌罐填料密封装置，用以解决软填料环使用寿命短，密封效果差的问题。

本发明为解决上述技术问题，采用如下技术方案：

本发明提供一种搅拌罐填料密封装置，设置在搅拌罐的顶部，包括套设在搅拌轴上的填料函，填料函内容置有多个套设在搅拌轴上的软填料环，填料函内还容置有：进气分布环、O形密封圈和填料硬环，从软填料环到填料函的底部，填料硬环、O形密封圈和进气分布环依次套设在搅拌轴上；

进气分布环和填料硬环的外表面与填料函的内壁过盈配合，进气分布环和填料硬环的内表面与搅拌轴间隙配合；

O形密封圈的外径小于填料硬环的外径，O形密封圈与搅拌轴过盈配合，并与填料硬环间隙配合。

优选的，所述填料硬环的内表面的底部开设有矩形环槽，矩形环槽在轴向和径向上开口；

O形密封圈位于所述矩形环槽内，且O形密封圈的外表面与填料硬环的矩形环槽的侧槽壁之间、以及O形密封圈的上表面与填料硬环的矩形环槽的顶壁之间间隙配合。

优选的，O形密封圈采用耐高温且防腐蚀的材料制成。

优选的，O形密封圈采用氟橡胶制成。

优选的，填料硬环的内表面的上部开设有多个三角形环槽，所述三角形环槽平行且连续设置。

优选的，所述填料函内还容置有隔环，隔环套设在搅拌轴上并设置在填料函的底部，隔环的外表面与填料函的内壁过盈配合，隔环的内表面与搅拌轴间隙配合；

隔环的内表面开设有多个三角形环槽，所述三角形环槽平行且连续设置。

优选的，隔环采用填充聚四氟乙烯制成。

优选的，填料函上与进气分布环相对应的位置设置有进气孔；

所述减半管填料密封装置还包括用于向填料函内输送密封气体的气体输送系统，所述气体输送系统包括：用于向进气分布环内输送密封气体的气体输送管路和用于自动调节气体输送管路内密封气体压力的调压阀，气体输送管路与填料函上的进气孔相连；

其中，气体输送管路内密封气体的压力大于搅拌罐顶部气体的压力。

进一步的，所述气体输送系统还包括用于旁路调压阀的旁路阀，旁路阀的两端分别连接气体输送管路，并分别位于调压阀的前后两端。

优选的，气体输送管路向进气分布环内输送的密封气体为常温氮气。

本发明通过在填料环内设置进气分布环、O形密封圈和填料硬环，进气分布环和填料硬环与搅拌轴过盈配合并与填料函的内壁过盈配合，利用进气分布环、O形密封圈和填料硬环实现密封，而不是仅依靠软填料环实现密封，增强了密封效果。O形密封圈与搅拌轴过盈配合并与填料硬环间隙配合，介质气体只能从O形密封圈与填料硬环之间的缝隙中通过，增加搅拌罐内介质气体向外泄漏的路径，减小压盖处介质气体的压力，从而减小压盖对软填料环的压力，延长软填料环的使用寿命，增强密封效果。

附图说明

图1为本发明的搅拌罐填料密封装置整体结构示意图；

图2为本发明的填料硬环和O形密封圈的剖面示意图；

图3为本发明的隔环的结构示意图；

图4为本发明的进气分布环的结构示意图；

图5为本发明的搅拌罐填料密封装置与搅拌罐的安装示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明通过在填料环内设置进气分布环、O形密封圈和填料硬环，解决密封效果差的问题，通过O形密封圈与搅拌轴过盈配合并与填料硬环间隙配合，增加搅拌罐内介质气体向外泄漏的路径，从而解决软填料环的使用寿命短的问题。

如图5所示，一种搅拌罐填料密封装置1，设置在搅拌罐2的顶部，用于密封搅拌罐2内的介质气体，防止介质气体从搅拌罐2的顶部泄漏。搅拌轴21从搅拌罐填料密封装置1中穿设而出，并位于搅拌罐2内。

结合图1所示，搅拌罐填料密封装置1包括套设在搅拌轴21上的填料函11，填料函11内容置有多个套设在搅拌轴21上的软填料环12，填料函11内还容置有：进气分布环13、O形密封圈14和填料硬环15，从软填料环12到填料函11的底部，填料硬环15、O形密封圈14和进气分布环13依次套设在搅拌轴21上。进气分布环13和填料硬环15的外表面与填料函11的内壁过盈配合，避免介质气体从填料函11的内壁处向外泄露。进气分布环13和填料硬环15的内表面与搅拌轴21间隙配合，从而令搅拌罐2内的介质气体沿搅拌轴21向软填料环12方向泄漏的压力逐渐降低，在软填料环12处的压力很小，使得填料硬环15的使用寿命远远大于软填料环12的使用寿命，并且能够很好地保护O形密封圈14。O形密封圈14的外径小于填料硬环15的外径，O形密封圈14与搅拌轴21过盈配合，并与填料硬环15间隙配合。

本发明通过在填料环内设置进气分布环、O形密封圈和填料硬环，进气分布环和填料硬环与搅拌轴过盈配合并与填料函的内壁过盈配合，利用进气分布环、O形密封圈和填料硬环实现密封，而不是仅依靠软填料环实现密封，增强了密封效果。O形密封圈与搅拌轴过盈配合并与填料硬环间隙配合，介质气体只能从O形密封圈与填料硬环之间的缝隙中通过，增加搅拌罐内介质气体向外泄漏的路径，减小压盖处介质气体的压力，从而减小压盖对软填料环的压力，延长软填料环的使用寿命，增强密封效果。

由于在软填料环12处，温度较低，压力也较低，而介质气体具有腐蚀性，因此，软填料环12可以选用回弹性好、耐腐蚀性好、自润滑性好、摩擦系数小的碳纤维浸PTFE(Polytetrafluoroethylene，聚四氟乙烯)软填料，相较于常用的石墨盘根材质的软填料环的使用寿命更长。

以下分别结合图2详细说明填料硬环和O形密封圈的结构。如图2所示，填料硬环15的内表面的底部开设有矩形环槽151，矩形环槽151在轴向和径向上开口。O形密封圈14位于矩形环槽151内，且O形密封圈14的外表面与填料硬环15的矩形环槽151的侧槽壁之间、以及O形密封圈14的上表面与填料硬环15的矩形环槽151的顶壁之间间隙配合。

填料硬环15和O形密封圈14均套设在搅拌轴21上，填料硬环15的高度大于O形密封圈的高度，且填料硬环15的外径大于填料硬环的外径，因此，填料硬环15的底部可以将O形密封圈14包覆住，但是，填料硬环15与O形密封圈14之间形成间隙。由于O形密封圈14与搅拌轴21过盈配合，从搅拌罐2内泄漏出的介质气体无法从搅拌轴21与O形密封圈14之间通过，因此可以有效阻止从搅拌罐2内泄漏出的介质气体直接沿搅拌轴21朝软填料环12的方向泄漏。介质气体只能绕过O形密封圈14，从O形密封圈14与填料硬环15之间的缝隙(即矩形环槽151的侧槽壁和顶壁与O形密封圈14之间的缝隙)通过，从而增加了搅拌罐2内的介质气体向外泄漏的路径，降低搅拌罐2内介质气体泄漏的压力。

需要说明的是，如果将O形密封圈14与填料硬环15的矩形环槽151的侧壁和顶壁之间过盈配合，会导致O形密封圈14与应填料环15之间产生摩擦磨损，反而会影响O形密封圈14和填料硬环15的使用寿命，进而影响密封效果。因此，令O形密封圈14与填料硬环15的矩形环槽151的侧壁和顶壁之间间隙配合，使得少部分介质气体得以通过，并由软填料环12对该少部分介质气体进行密封，这样可以达到最优的密封效果。

为了保证O形密封圈14的使用寿命，根据搅拌罐填料密封装置1在O形密封圈14处的工作压力、工作温度、搅拌轴的转速及介质气体的具有腐蚀性的特点，O形密封圈14可以采用耐高温且防腐蚀的材料制成。

通常，O形密封圈14处的工作压力小于0.1MPa，工作温度小于40摄氏度，转速约为0.12m/s，及介质气体具有酸性腐蚀性，可以选择氟橡胶制造O形密封圈14。

如图2所示，填料硬环15的内表面的上部还开设有多个三角形环槽152，所述三角形环槽152平行且连续设置。

具体的，填料硬环15的内表面的上部按照迷宫环原理设计，开设有多个三角形环槽152，从而使得填料硬环15与搅拌轴21间隙配合，填料硬环15不与搅拌轴21产生摩擦，填料硬环15的内表面的上部与搅拌轴21形成非密封的气体空隙腔，能够使介质气体通过，从而使沿搅拌轴21向软填料环12方向的压力逐渐降低。

优选的，为了保证填料硬环15的强度，三角形环槽152可以设置为2-3个。

优选的，填料硬环15可以选用填充聚四氟乙烯制成，填充聚四氟乙烯是指，以聚四氟乙烯为基体，填充有碳纤维、二硫化钼的聚四氟乙烯。

进一步的，如图1所示，本发明的搅拌罐填料密封装置1还可以包括隔环16，隔环16容置在填料函11内，隔环16套设在搅拌轴21上并设置在填料函11的底部，隔环16的外表面与填料函11的内壁过盈配合，隔环16的内表面与搅拌轴21间隙配合。

以下结合图3详细说明隔环的结构。如图3所示，隔环16的内表面开设有多个三角形环槽161，三角形环槽161平行且连续设置。

具体的，隔环16的内表面按照迷宫环原理设计，开设有多个三角形环槽161，从而使得隔环16与搅拌轴21间隙配合，隔环16不与搅拌轴21产生摩擦，隔环16的内表面与搅拌轴21形成非密封的气体空隙腔，能够使介质气体通过，从而使沿搅拌轴21向软填料环12方向的压力逐渐降低。

由于隔环16上未开设矩形环槽，在材质相同的情况下，隔环16的强度比填料硬环15的强度大，那么隔环16上的三角形环槽161的数量可以略多于填料硬环15上的三角形环槽152的数量。优选的，三角形环槽161可以设置为3-5个。

由于搅拌罐2内的介质气体具有腐蚀性，因此，隔环16采用非金属材质制成。优选的，隔环16选用填充聚四氟乙烯制成。需要说明的是，隔环16的材质可以与填料硬环15的材质不同。由于隔环16位于填料函11的底部，相较于填料硬环15更邻近搅拌罐2，隔环16处的压力大于填料硬环15处的压力，因此，隔环16可以选用比填料硬环15硬度更强的材质制成。

在填料函11的底部设置隔环16，不仅避免了软填料12在此处磨损的碎片进入搅拌罐2内，而且选用填充聚四氟乙烯材质制造隔环16，其寿命远远大于软填料环12的寿命。

为了清楚说明本发明的技术方案，以下结合图4和图1，详细说明进气分布环的结构。

如图1所示，填料函11上与进气分布环13相对应的位置设置有用于输送密封气体的进气孔111。

如图4所示，进气分布环13可以呈圆环状，包括外环槽和内环槽，圆环状的进气分布环13套设于搅拌轴21上。由于进气分布环13与搅拌轴21的外表面间隙配合并与填料函11的内壁过盈配合，进气分布环13与搅拌轴21形成非封闭的腔体，并与填料函11的内壁形成封闭的腔体。当搅拌轴21旋转时，进气分布环13在搅拌轴21与填料函11之间保持相对静止，不会产生相对位移，从而保证密封气体均匀分布。

具体的，进气分布环13的外环槽和内环槽上均开设有U型槽，外环槽上的U型槽与填料函11的内壁形成封闭的外环槽腔131，内环槽上的U型槽与搅拌轴21的外壁形成内环槽腔132，外环槽腔131和内环槽腔132之间开设有连通腔133。

进气孔111、外环槽腔131、内环槽腔132以及进气分布环13与搅拌轴21之间的间隙相连通，密封气体可以从进气孔111进入进气分布环13的外环槽腔131内，再借助外环槽腔131与内环槽腔132之间的连通腔133，进入内环槽腔132中，并进入进气分布环13与搅拌轴21之间的间隙中。

优选的，进气分布环13可以选用耐腐蚀性强、耐磨性好的渗碳聚四氟乙烯制成。

进一步的，如图5所示，所述搅拌罐填料密封装置1还可以包括用于向填料函11内输送密封气体的气体输送系统，所述气体输送系统包括：气体输送管路17和调压阀18，气体输送管路17与填料函11上的进气孔111相连，用于向进气分布环13内输送密封气体，调压阀18用于自动调节气体输送管路17内密封气体的压力。其中，气体输送管路17内密封气体的压力大于搅拌罐2顶部气体的压力。

优选的，调压阀18可以选用微调式自力调节阀。

具体的，在搅拌罐2的顶部设置有引出室外的排气阀3，少量的氢气可以随着密封气体可以从排气阀3排出室外。在搅拌罐2的顶部还安装一只压力表4，用以随时监测搅拌罐2顶部气体的压力。

设置在气体输送管路17上的调压阀18能够自动地调节气体输送管路17内密封气体的流量，从而调节气体输送管路17内密封的气体的压力，使得进入搅拌罐填料密封装置1的密封气体的压力始终大于搅拌罐2顶部气体的压力，这样能够能保证搅拌罐顶部处于正压，以隔离空气，避免在搅拌罐2内出现闪爆。此外，由于搅拌罐2顶部处于正压，可以使一部分氯硅烷和氯化氢进一步溶解在搅拌罐2内的液体中，从而减少了介质气体(例如氯硅烷和氯化氢气体)从搅拌罐填料密封装置1溢出。

本发明利用气体输送系统向搅拌罐填料密封装置1内输送比介质气体泄漏压力略高的密封气体来阻隔介质气体(包括：氯硅烷、氯化氢、沙量氢气)泄漏，延长了填料函11内的软填料环12和填料硬环15的使用寿命，从而大大增强了搅拌罐填料密封装置1的稳定性和可靠性。

优选的，气体输送管路17内密封气体的压力比搅拌罐2顶部气体的压力高10-50KPa。

优选的，气体输送管路17向进气分布环13内输送的密封气体可以为常温氮气。采用常温氮气作为密封气体，可以降低搅拌罐填料密封装置1内填料(包括填料硬环、软填料环)的温度，使得填料处的温度相对稳定，有利于延长软填料环12和填料硬环15的使用寿命。

为了避免氢气在搅拌罐2内发生闪爆，现有技术是通过在搅拌罐2的顶部开孔充入氮气，保证搅拌罐2内的压力略高于大气压，并在搅拌罐2的顶部开孔，将多余的气体引出室外。此种方法消耗的氮气量较大。为减少氮气的消耗，本发明在填料函11内增设进气分布环13，将用于密封介质气体的常温氮气输送至进气分布环13内，并控制进入进气分布环13的氮气的压力始终比搅拌罐2顶部气体的压力高10－50KPa，利用氮气阻止搅拌罐2顶部的气体从搅拌罐填料密封装置1处泄漏。

如图5所示，所述气体输送系统还可以包括用于旁路调压阀的旁路阀19，旁路阀19的两端分别连接气体输送管路17，并分别位于调压阀18的前后两端。当调压阀18失灵时，操作人员可以手动打开旁路阀19，确保搅拌罐2内维持正压。

进一步的，为了维护方便，可以适当增加填料函11的总长度，例如，由原来的67mm左右增加至210mm左右。

需要说明的是，进气分布环13位于隔环16与O形密封圈14之间，这样从进气分布环13的内环槽腔132与搅拌轴21之间的间隙出来的密封气体的大部分被O形密封圈14挡住，而向填料函11底部的方向运动，从而使密封气体可以有效阻止介质气体向软填料环12的方向泄漏。

搅拌罐填料密封装置的压盖通过螺栓压紧填料函，从而压紧软填料环，而螺栓所施加给软填料环的预紧力是恒定的，只要软填料环的压缩变形量稍有减少，就会加剧其应力松弛，从而降低软填料环的密封稳定性。本发明在螺母与压盖之间还设置有弹簧垫(图中未绘示)，相当于增加了软填料密封的自动补偿能力，能够改善软填料环的应力松弛，增强密封的稳定性和可靠性。

本发明通过增设填料硬环、O形密封圈、进气分布环，改变了填料径向压力分布不均匀的现象，避免了软填料环的摩擦磨损，使软填料环的自动补偿能力得到改善，软填料环的应力松弛现象得到改变；采用微调式自力调压阀自动控制密封气体的压力，增强了密封的可靠性和稳定性；通过向填料函内引入常温氮气，解决了软填料环和填料硬环的散热及冷却问题。通过对搅拌罐填料密封装置进行上述改进，使得密封效果得到明显提高，大大降低了对环境的污染及对其周围环境的设备管道的腐蚀。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种搅拌罐填料密封装置，设置在搅拌罐的顶部，包括套设在搅拌轴上的填料函，填料函内容置有多个套设在搅拌轴上的软填料环，其特征在于，填料函内还容置有：进气分布环、O形密封圈和填料硬环，从软填料环到填料函的底部，填料硬环、O形密封圈和进气分布环依次套设在搅拌轴上；

进气分布环和填料硬环的外表面与填料函的内壁过盈配合，以避免介质气体从填料函的内壁处向外泄漏，进气分布环和填料硬环的内表面与搅拌轴间隙配合，以使介质气体沿搅拌轴向软填料环方向泄漏的压力逐渐降低；

O形密封圈的外径小于填料硬环的外径，O形密封圈与搅拌轴过盈配合，并与填料硬环间隙配合，以使介质气体只能从O形密封圈与填料硬环之间的缝隙中通过；

所述填料函内还容置有隔环，隔环套设在搅拌轴上并设置在填料函的底部，隔环的外表面与填料函的内壁过盈配合，隔环的内表面与搅拌轴间隙配合；

进气分布环位于隔环与O形密封圈之间，从进气分布环出来的密封气体能够被O形密封圈挡住，而向填料函底部的方向运动，以使密封气体有效阻止介质气体向软填料环的方向泄漏。

2.如权利要求1所述的搅拌罐填料密封装置，其特征在于，所述填料硬环的内表面的底部开设有矩形环槽，矩形环槽在轴向和径向上开口；

O形密封圈位于所述矩形环槽内，且O形密封圈的外表面与填料硬环的矩形环槽的侧槽壁之间、以及O形密封圈的上表面与填料硬环的矩形环槽的顶壁之间间隙配合。

3.如权利要求1所述的搅拌罐填料密封装置，其特征在于，O形密封圈采用耐高温且防腐蚀的材料制成。

4.如权利要求3所述的搅拌罐填料密封装置，其特征在于，O形密封圈采用氟橡胶制成。

5.如权利要求1所述的搅拌罐填料密封装置，其特征在于，填料硬环的内表面的上部开设有多个三角形环槽，所述三角形环槽平行且连续设置。

6.如权利要求1所述的搅拌罐填料密封装置，其特征在于，

隔环的内表面开设有多个三角形环槽，所述三角形环槽平行且连续设置。

7.如权利要求6所述的搅拌罐填料密封装置，其特征在于，隔环采用填充聚四氟乙烯制成。

8.如权利要求1-7任一项所述的搅拌罐填料密封装置，其特征在于，填料函上与进气分布环相对应的位置设置有进气孔；

所述装置还包括用于向填料函内输送密封气体的气体输送系统，所述气体输送系统包括：用于向进气分布环内输送密封气体的气体输送管路和用于自动调节气体输送管路内密封气体压力的调压阀，气体输送管路与填料函上的进气孔相连；

其中，气体输送管路内密封气体的压力大于搅拌罐顶部气体的压力。

9.如权利要求8所述的搅拌罐填料密封装置，其特征在于，所述气体输送系统还包括用于旁路调压阀的旁路阀，旁路阀的两端分别连接气体输送管路，并分别位于调压阀的前后两端。

10.如权利要求8所述的搅拌罐填料密封装置，其特征在于，气体输送管路向进气分布环内输送的密封气体为常温氮气。