CN112642377B

CN112642377B - 用于化工反应釜动密封装置

Info

Publication number: CN112642377B
Application number: CN202011576139.2A
Authority: CN
Inventors: 宋伟新
Original assignee: Mudanjiang Normal University
Current assignee: Mudanjiang Normal University
Priority date: 2020-12-28
Filing date: 2020-12-28
Publication date: 2022-09-30
Anticipated expiration: 2040-12-28
Also published as: CN112642377A

Abstract

本发明属化工反应釜输出轴端旋转动密封领域，尤其涉及一种用于化工反应釜动密封装置，包括轴套（3）；在轴套（3）侧壁固定设有壳体（4）；在壳体（4）内固定设有环状弹性复合材料动密封体（1）；环状弹性复合材料动密封体（1）与壳体（4）内壁静密封；在环状弹性复合材料动密封体（1）上，与轴套（3）侧壁结合处固定设有环状过渡密封层（9）；环状过渡密封层（9）与轴套（3）侧壁动密封。在环状弹性复合材料动密封体（1）内，与轴套（3）侧壁结合处固定设有环状聚四氟乙烯蜂窝状海绵体（2）。在环状聚四氟乙烯蜂窝状海绵体（2）内设有磁流体（10）。本发明结构简单、致密性好、可靠性高、使用寿命长、节能环保效能理想。

Description

用于化工反应釜动密封装置

技术领域

本发明属化工反应釜输出轴端旋转动密封领域，尤其涉及一种用于化工反应釜动密封装置。该密封装置可防止危害人体安全的有害气体泄漏，避免相关设备对生产环境造成污染。

背景技术

目前为止，国内外化工、制药等相关企业生产流程中反应釜输出轴端旋转动密封主要采用传统式轴封（包括填料密封）或机械密封。在密封材料方面，主要采用石棉、橡胶、尼龙等，石棉材料中含有致癌物，对人体有害，橡胶材料则存在尺寸稳定性、导热性、耐高温性、蠕变性及耐腐蚀性差等问题，在动密封条件下工作寿命短、硬度低、易磨损、可靠性差。对于机械密封类结构由于使用中待密封部位处于干摩擦状态，配合件在磨损中易产生间隙，如果没有冷却措施将很难实现动密封目的。

发明内容

本发明旨在克服现有技术的不足之处而提供一种结构简单、致密性好、可靠性高、使用寿命长、节能环保效能理想的用于化工反应釜动密封装置。

为解决上述技术问题，本发明是这样实现的：

一种用于化工反应釜动密封装置，包括轴套；在所述轴套侧壁固定设有壳体；在所述壳体内固定设有环状弹性复合材料动密封体；所述环状弹性复合材料动密封体与壳体内壁静密封；在所述环状弹性复合材料动密封体上，与轴套侧壁结合处固定设有环状过渡密封层；所述环状过渡密封层与轴套侧壁动密封。

作为一种优选方案，本发明在所述环状弹性复合材料动密封体内，与轴套侧壁结合处固定设有环状聚四氟乙烯蜂窝状海绵体。

进一步地，本发明在所述环状聚四氟乙烯蜂窝状海绵体内接近轴套侧壁区域设有磁流体；在所述环状弹性复合材料动密封体两侧分别固定嵌有第一永磁体及第二永磁体。

进一步地，本发明所述轴套侧壁动密封面尺寸精度≥IT6；表面粗造度为：Ra0.4。

进一步地，本发明所述环状过渡密封层的层厚0.2mm≤h≤0.5mm。

进一步地，本发明所述环状过渡密封层制备方法如下：a、将聚四氟乙烯进行干燥粉碎处理，再加入碳素纤维、改性石墨烯纳米片、青铜粉、氧化镁及氧化锌，搅拌混合后在室温下冷压成型；b、对步骤a所得产物进行烧结，程序升温40～70℃/小时，达到300～320℃时，恒温保持1.5～2.5小时，然后再降至室温；c、将步骤b烧结后的制品进行整形即得目的产品。

进一步地，本发明以重量百分含量计，所述聚四氟乙烯、碳素纤维、改性石墨烯纳米片、青铜粉、氧化镁及氧化锌的含量依次为：80～90%、2～10%、2～10%、1～5%、1～3%及1～3%。

进一步地，本发明所述改性石墨烯纳米片的制备方法如下：采用质量百分含量为0.5～1.5％的无水乙醇与质量浓度为1.5～2mg／mL的十二烷基苯磺酸钠水溶液对石墨烯纳米片进行表面处理，再经超声分散、真空抽滤、干燥后即得改性石墨烯纳米片。

进一步地，本发明所述环状弹性复合材料动密封体径向开有切口。

本发明结构简单、致密性好、可靠性高、使用寿命长、节能环保效能理想。本发明环状过渡密封层中加入碳素纤维可增强材料强度，加入青铜粉可改善密封材料的热冲击性。氧化镁及氧化锌属于硫化剂。本发明环状过渡密封层具有优异的抗蠕变松弛能力及良好的压缩回弹性能，可显著提高材料的密封性能。环状过渡密封层的压缩率和回弹率相比传统聚四氟乙烯材料分别提高20.36％和64.54％。聚四氟乙烯材料的蠕变松弛率可下降30.6％。摩擦系数（对钢）为0.2。在实际使用时，环状弹性复合材料动密封体套在铁质轴套侧壁，作为导磁材料的轴套与第一永磁体及第二永磁体之间的间隙小，磁场强，磁流体在磁力作用下可填充在待密封的缝隙间，从而达到良好的密封效果。环状聚四氟乙烯蜂窝状海绵体相当于磁流体存储库，在强磁场的束缚下不会造成磁流体的无谓损失。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。本发明的保护范围不仅局限于下列内容的表述。

图1为本发明整体结构示意图；

图2为本发明环状弹性复合材料动密封体俯视图；

图3为本发明环状弹性复合材料动密封体图2中C-C向剖视图；

图4为本发明环状聚四氟乙烯蜂窝状海绵体结构示意图；

图5为本发明密封工作状态示意图。

图中：1、环状弹性复合材料动密封体；2、环状聚四氟乙烯蜂窝状海绵体；3、轴套；4、壳体；5、第一永磁体；6、第二永磁体；7、主轴；8、反应釜；9、环状过渡密封层；10、磁流体。

具体实施方式

如图所示，用于化工反应釜动密封装置，包括轴套3；在所述轴套3侧壁固定设有壳体4；在所述壳体4内固定设有环状弹性复合材料动密封体1；所述环状弹性复合材料动密封体1与壳体4内壁静密封；在所述环状弹性复合材料动密封体1上，与轴套3侧壁结合处固定设有环状过渡密封层9；所述环状过渡密封层9与轴套3侧壁动密封。本发明在所述环状弹性复合材料动密封体1内，与轴套3侧壁结合处固定设有环状聚四氟乙烯蜂窝状海绵体2。本发明在所述环状聚四氟乙烯蜂窝状海绵体2内接近轴套3侧壁区域设有磁流体10；在所述环状弹性复合材料动密封体1两侧分别固定嵌有第一永磁体5及第二永磁体6。本发明所述轴套3侧壁动密封面尺寸精度≥IT6；表面粗造度为：Ra0.4。本发明所述环状过渡密封层9的层厚0.2mm≤h≤0.5mm。环状弹性复合材料动密封体1径向开有切口A、B。切口A、B的功能主要是更换、拆卸维护非常方便不用拆卸电机和主轴。环状弹性复合材料动密封体1置于壳体4内,切口A、B自动闭合静密封。

环状弹性复合材料动密封体1上，环状过渡密封层9的内孔与轴套3动配合形成闭合动密封切线；磁流体10与轴套侧壁形成闭合补偿动密封环。磁流体10是由直径为纳米量级（10纳米以下）的磁性固体颗粒、基载液以及界面活性剂三者混合而成的一种稳定的胶状液体。该流体在静态时无磁性吸引力，当外加磁场作用时，才表现出磁性，其由具有高弹性、移动性和高机械稳定性的液态金属置于环状聚四氟乙烯蜂窝状海绵体2内。磁流体10在第一永磁体5及第二永磁体6的磁场中形成稳定的动密封环且不流淌不流失。

实施例1

本发明所述环状过渡密封层9制备方法如下：a、将聚四氟乙烯进行干燥粉碎处理，再加入碳素纤维、改性石墨烯纳米片、青铜粉、氧化镁及氧化锌，搅拌混合后在室温下冷压成型；b、对步骤a所得产物进行烧结，程序升温55℃/小时，达到300℃时，恒温保持1.5小时，然后再降至室温；c、将步骤b烧结后的制品进行整形即得目的产品。本发明以重量百分含量计，所述聚四氟乙烯、碳素纤维、改性石墨烯纳米片、青铜粉、氧化镁及氧化锌的含量依次为：85%、5%、5%、3、1%及1%。

所述改性石墨烯纳米片的制备方法如下：采用质量百分含量为0.8％的无水乙醇与质量浓度为1.8mg／mL的十二烷基苯磺酸钠水溶液对石墨烯纳米片进行表面处理，再经超声分散、真空抽滤、干燥后即得改性石墨烯纳米片。

实施例2

本发明所述环状过渡密封层9制备方法如下：a、将聚四氟乙烯进行干燥粉碎处理，再加入碳素纤维、改性石墨烯纳米片、青铜粉、氧化镁及氧化锌，搅拌混合后在室温下冷压成型；b、对步骤a所得产物进行烧结，程序升温60℃/小时，达到320℃时，恒温保持1.9小时，然后再降至室温；c、将步骤b烧结后的制品进行整形即得目的产品。本发明以重量百分含量计，所述聚四氟乙烯、碳素纤维、改性石墨烯纳米片、青铜粉、氧化镁及氧化锌的含量依次为：87%、4%、4%、2%、2%及1%。本发明所述改性石墨烯纳米片的制备方法如下：采用质量百分含量为1.5％的无水乙醇与质量浓度为2mg／mL的十二烷基苯磺酸钠水溶液对石墨烯纳米片进行表面处理，再经超声分散、真空抽滤、干燥后即得改性石墨烯纳米片。

当本发明与反应釜8匹配后，其上的主轴7工作旋转时，环状弹性复合材料动密封体1上的环状过渡密封层9与轴套3侧壁形成闭合动密封切线；环状弹性复合材料动密封体1内环状聚四氟乙烯蜂窝状海绵体2吸附磁流体10与轴套3侧壁形成闭合补偿动密封环。环状过渡密封层9及环状聚四氟乙烯磁流包覆体与轴套3侧壁动配合形成了动态坚硬的闭合动密封楔。参见图5所示，上述闭合动密封楔分为三道密封防线，环状聚四氟乙烯蜂窝状海绵体2下部的环状过渡密封层9作为第一道防线，吸附磁流体10的环状聚四氟乙烯蜂窝状海绵体2作为第二道防线，环状聚四氟乙烯蜂窝状海绵体2上部的环状过渡密封层9作为第三道防线。

磁流体10在第一永磁体5、第二永磁体6的磁场中形成稳定的动密封楔且不流淌不流失。由于环状过渡密封层9具有吸附和脱附及超润滑特性，与磁场中的磁流体10始终形成稳定的动密封楔以此实现了有效阻止气体（包括其它流体）的泄漏。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语 “设置”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims

1.一种用于化工反应釜动密封装置，包括轴套（3）；其特征在于，在所述轴套（3）侧壁固定设有壳体（4）；在所述壳体（4）内固定设有环状弹性复合材料动密封体（1）；所述环状弹性复合材料动密封体（1）与壳体（4）内壁静密封；在所述环状弹性复合材料动密封体（1）上，与轴套（3）侧壁结合处固定设有环状过渡密封层（9）；所述环状过渡密封层（9）与轴套（3）侧壁动密封；在所述环状弹性复合材料动密封体（1）内，与轴套（3）侧壁结合处固定设有环状聚四氟乙烯蜂窝状海绵体（2）；在所述环状聚四氟乙烯蜂窝状海绵体（2）内接近轴套（3）侧壁区域设有磁流体（10）；在所述环状弹性复合材料动密封体（1）两侧分别固定嵌有第一永磁体（5）及第二永磁体（6）。

2.根据权利要求1所述用于化工反应釜动密封装置，其特征在于：所述轴套（3）侧壁动密封面尺寸精度≥IT6；表面粗造度为：Ra0.4。

3.根据权利要求2所述用于化工反应釜动密封装置，其特征在于：所述环状过渡密封层（9）的层厚0.2mm≤h≤0.5mm。

4.根据权利要求3所述用于化工反应釜动密封装置，其特征在于：所述环状过渡密封层（9）制备方法如下：a、将聚四氟乙烯进行干燥粉碎处理，再加入碳素纤维、改性石墨烯纳米片、青铜粉、氧化镁及氧化锌，搅拌混合后在室温下冷压成型；b、对步骤a所得产物进行烧结，程序升温40～70℃/小时，达到300～320℃时，恒温保持1.5～2.5小时，然后再降至室温；c、将步骤b烧结后的制品进行整形即得目的产品。

5.根据权利要求4所述用于化工反应釜动密封装置，其特征在于：以重量百分含量计，所述聚四氟乙烯、碳素纤维、改性石墨烯纳米片、青铜粉、氧化镁及氧化锌的含量依次为：80～90%、2～10%、2～10%、1～5%、1～3%及1～3%。

6.根据权利要求5所述用于化工反应釜动密封装置，其特征在于：所述改性石墨烯纳米片的制备方法如下：采用质量百分含量为0.5～1.5％的无水乙醇与质量浓度为1.5～2mg／mL的十二烷基苯磺酸钠水溶液对石墨烯纳米片进行表面处理，再经超声分散、真空抽滤、干燥后即得改性石墨烯纳米片。

7.根据权利要求6所述用于化工反应釜动密封装置，其特征在于：所述环状弹性复合材料动密封体（1）径向开有切口（A、B）。