CN113137478A - 一种用于高温高粉尘工况的零泄漏组合轴封装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及轴密封技术领域，具体公开了一种用于高温高粉尘工况的零泄漏组合轴封装置，其中，固定端组合密封装置套设于转动轴左侧的驱动端，滑动端组合密封装置设于转动轴右侧的另一端，与固定端组合密封装置相对热解反应器对称设置；当滑动端限位机构随着转动轴一起转动时，滑动端双端面机械密封通过光滑导杆与滑动端限位机构同步转动。本发明可以实现在500℃～1200℃的环境温度下，轴跨度为10～15米长，直径在400mm以上时轴密封稳定可靠运行，保证热解反应器中的固体热载体颗粒粉尘和有毒气体的零泄漏。

Description

一种用于高温高粉尘工况的零泄漏组合轴封装置
技术领域
本发明属于轴密封技术领域，具体涉及一种用于高温高粉尘工况的零泄漏组合轴封装置。
背景技术
热解反应器是生活垃圾热解系统中的关键核心设备，起到输送、混合和搅拌生活垃圾和固体热载体的作用，生活垃圾在高温热载体的作用下，在热解反应器中分解为CO、H2S、H2等易燃易爆的有毒热解气体，由于整个系统处于500～1200℃左右的高温绝氧环境并且固体热载体为细小颗粒，热解反应器的长轴跨度长，运行的时候会引起跳动，存在一定的气体泄漏，热解气溢出反应器会对周围环境造成污染，并形成爆炸性气体环境，且空气进入热解反应器内部则会引起燃烧，所以热解反应器对轴密封装置性能要求是零泄漏而轴密封环境条件苛刻。国内外常用的用于高温的轴密封主要是填料密封和机械密封。
填料密封结构简单，对轴的加工精度要求较低，但填料密封性能较差，使用过程中需要频繁紧固填料压盖，稳定性差，不能完全密封，在热解反应器中使用容易将易燃易爆的有毒热解气泄漏出来，且消耗功率过大，不适合作为热解反应器旋转轴的密封装置。
机械密封虽然密封性能好，稳定性高，但单纯的机械密封在热解反应器中直接暴露直接密封高温固体热载体，会很容易被高温固体热载体进入密封内部，从而造成密封的损坏，而机械密封损坏后，用来冷却机械密封的水容易进入热解反应器，会将热解工艺造成很大的影响。另外，在高温环境下，长轴容易发生膨胀和径向跳动会对传统的机械密封造成动静环之间的挤压和不平衡，从而导致机械密封损坏，所以传统的机械密封也不能作为热解反应器的密封装置。
因此亟需设一种新的密封装置，以满足热解反应器轴的密封需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于高温高粉尘工况的零泄漏组合轴封装置，在高温环境下密封性好且稳定性高。
本发明的技术方案如下：
一种用于高温高粉尘工况的零泄漏组合轴封装置，用于密封热解反应器的双转动轴与热解反应器外壳之间的间隙Q，防止有害气体逃逸出来；包括固定端组合密封装置和滑动端组合密封装置；
所述的固定端组合密封装置套设于转动轴左侧的驱动端，包括固定端隔离气密封、固定端多级迷宫密封、固定端刷式密封、固定端双端面机械密封以及固定端限位机构；
所述的滑动端组合密封装置设于转动轴右侧的另一端，与固定端组合密封装置相对热解反应器对称设置，包括滑动端隔离气密封、滑动端反螺纹密封、滑动端刷式密封、滑动端双端面机械密封以及滑动端限位机构。
所述的滑动端隔离气密封和固定端隔离气密封的结构相同，滑动端多级迷宫密封和固定端多级迷宫密封的结构相同，滑动端刷式密封和固定端刷式密封的结构相同，滑动端双端面机械密封与固定端双端面机械密封的结构相同，固定端限位机构和滑动端限位机构结构不相同。
所述的固定端隔离气密封是固定端组合密封装置与热解反应器外壳接触的第一道密封；所述的固定端隔离气密封为圆环形状，套设于转动轴上；在所述的圆环上加工供气通道，供气通道的进气口位于圆环的外环侧面上，出气口位于圆环的一侧端面上；所述固定端隔离气密封的进气口与隔离气供给端连通，出气口正对间隙Q，连通隔离气供给端和间隙Q；所述的隔离气为与密封介质不反应的惰性气体，隔离气压力高于热解反应器内部压力不超过10kpa。
所述的固定端多级迷宫密封加工于固定端隔离气密封的环形空腔内环侧壁上、与转动轴相接触，形成第二道密封；所述的固定端多级迷宫密封共有4～5道节流齿隙；每个节流齿隙间距为1mm，每个节流齿隙与轴之间间隙为0.5mm。
所述的固定端刷式密封由环形刷子组成，位于固定端隔离气密封的左侧，通过螺栓与固定端隔离气密封相连，形成第三道密封；刷丝采用纳米级技术，在刷丝上涂有耐高温的润滑油脂，长时间运行不会对转动轴产生划痕，同时可以补偿转动轴跳动产生的空隙，其中环形刷子厚度为5mm。
所述的固定端双端面机械密封位于固定端刷式密封的左侧，两者通过螺栓连接；所述的固定端双端面机械密封包括冷却水腔、平衡罐、以及设于冷却水腔两侧的两组动环和静环；其中冷却水腔右侧的一组设为动环A和静环A，冷却水腔左侧的一组设为动环B和静环B；动环A和静环A都采用硬质合金的材料的双硬面密封设计；动环B采用硬质合金，静环B采用石墨材料为软硬面结合的密封设计。同时动环B通过螺栓与固定端双端面机械密封动环座连接；所述的平衡罐通过软管与冷却水腔相连，放置在组合密封装置外部，作为储水罐，同时储水罐有液位报警装置。
所述的固定端限位机构为环形结构，位于固定端双端面机械密封的左侧，套设于转动轴上且通过紧固螺钉沿径向紧固，同时与固定端双端面机械密封动环座的左侧通过螺钉固定在一起。
所述的滑动端限位机构为环形结构，位于滑动端双端面机械密封的右侧，通过紧固螺钉沿径向紧固在转动轴上；在所述的滑动端限位机构外环上沿轴向加工凹槽，用于对光滑导杆限位。
所述光滑导杆的一端与滑动端双端面机械密封动环座的右侧通过螺纹固定，光滑导杆的中部卡设于滑动端限位机构上的凹槽中。
当滑动端限位机构随着转动轴一起转动时，固定端双端面机械密封通过光滑导杆与滑动端限位机构同步转动。
本发明的显著效果在于：
(1)本发明隔离气密封和多级迷宫密封能够确保大量的高温气体灰尘不会进入后面的密封系统，而刷式密封可以适应转轴在一定程度上的跳动量，确保固体粉尘颗粒不会进入后面双端面机械密封内，双端面机械密封可以确保热解气体的零泄漏。
(2)本发明辅助系统中包含有平衡罐和报警装置，确保装置损坏后双端面机械密封中的冷却水不会进入设备内部，影响设备整体运行。
(3)本发明的组合式密封装置分为固定端和滑动端两种形式，通过限位机构上做不同的结构设计，可以使转轴的受热膨胀量向滑动端方向移动，使组合密封装置在受热膨胀轴伸长的情况下稳定工作。
(4)本发明通过组合式密封装置包含隔离气密封，多级迷宫密封，刷式密封，双端面密封、限位机构以及辅助系统，可以实现在500℃～1200℃的环境温度下，轴跨度为10～15米长，直径在400mm以上时轴密封稳定可靠运行，保证热解反应器中的固体热载体颗粒粉尘和有毒气体的零泄漏。
附图说明
图1为本发明组合密封装置上半部分结构示意图；
图2为固定端限位机构示意图；
图3为滑动端限位机构示意图。
图中：1固定端组合密封装置；2滑动端组合密封装置；11固定端隔离气密封；12固定端多级迷宫密封；13固定端刷式密封；14固定端双端面机械密封；141固定端双端面机械密封动环座；15固定端限位机构；21滑动端隔离气密封；22滑动端多级迷宫密封；23滑动端刷式密封；24滑动端双端面机械密封；241滑动端双端面机械密封动环座；25滑动端限位机构；251轴膨胀前的滑动端限位机构；252轴膨胀后的滑动端限位机构；26光滑导杆。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。
如图1所示的一种用于高温高粉尘工况的零泄漏组合轴封装置，包括固定端组合密封装置1和滑动端组合密封装置2。在热解反应器中有两根可以输送、混合固体热载体和生活垃圾的转动轴，本发明组合密封装置用于密封双转动轴与热解反应器外壳之间的间隙Q，防止有害气体逃逸出来。
所述的固定端组合密封装置1套设于转动轴左侧的驱动端，包括固定端隔离气密封11、固定端多级迷宫密封12、固定端刷式密封13、固定端双端面机械密封14以及固定端限位机构15。
所述的固定端隔离气密封11是固定端组合密封装置1与热解反应器外壳接触的第一道密封。所述的固定端隔离气密封11为圆环形状，套设于转动轴上。在所述的圆环上加工供气通道，供气通道的进气口位于圆环的外环侧面上，出气口位于圆环的一侧端面上。所述固定端隔离气密封11的进气口与隔离气供给端连通，出气口正对间隙Q，连通隔离气供给端和间隙Q。通过向固定端隔离气密封11的供气通道内通入隔离气，在间隙Q中形成正压，并吹出从热解反应器内部逃逸到间隙Q中的高温固体热载体，同时也防止热解反应器的高温气体进入固定端组合密封装置1内部破坏组合密封装置，以形成良好的密封。所述的隔离气为N2、CO2、水蒸气中的任意一种，隔离气压力高于热解反应器内部压力不超过10kpa。
所述的固定端多级迷宫密封12加工于固定端隔离气密封11的环形空腔内环侧壁上、与转动轴相接触。所述的固定端多级迷宫密封12共有4～5道节流齿隙，每个节流齿隙间距为1mm，每个节流齿隙与轴之间间隙为0.5mm。由于气流的湍流混合作用，夹杂着固体热载体的热解气在通过固定端迷宫密封12时，有一部分动势能会转化为热能，动势能降低，从而达到密封的目的，形成第二道密封。
所述的固定端刷式密封13由5mm厚的环形刷子组成，位于固定端隔离气密封11的左侧，通过螺栓与固定端隔离气密封11相连。所述固定端刷式密封13的刷丝采用纳米级技术，在刷丝上涂有耐高温的润滑油脂，长时间运行不会对转动轴产生划痕，同时可以补偿转动轴跳动产生的空隙，形成第三道密封。
所述的固定端双端面机械密封14位于固定端刷式密封13的左侧，两者通过螺栓连接。所述的固定端双端面机械密封14包括冷却水腔、平衡罐、以及设于冷却水腔两侧的两组动环和静环。所述的冷却水腔套设于转动轴上，其中冷却水腔右侧的一组设为动环A和静环A，都采用硬质合金的材料双硬面密封设计；冷却水腔左侧的一组设为动环B和静环B，动环B采用硬质合金，静环B采用石墨材料，这样软硬结合密封结构形式可以保证固定端双端面机械密封14在高温固体热载体的环境下能够稳定运行。所述的动环B通过螺栓与固定端双端面机械密封动环座141连接。
通过向所述的冷却水腔中通入循环冷却水以保证固定端双端面机械密封14内部的温度不会超高，防止固定端双端面机械密封14内部的O型圈被高温损坏，使得在高温环境下也能稳定安全运行。所述的平衡罐通过软管与冷却水腔相连，放置在组合密封装置外部，作为储水罐，同时出水罐上有液位报警装置。一旦冷却水泄露就会进入平衡罐，当液位达到警戒线系统会报警，可避免冷却水泄露后通过固定端刷式密封13和固定端多级迷宫密封12进入到热解反应器壳体和固定组合密封装置1之间形成的间隙Q，进而避免冷却水进入热解反应器。
如图2所示，所述的固定端限位机构15为环形结构，位于固定端双端面机械密封14的左侧，套设于转动轴上且通过紧固螺钉沿径向紧固，同时与固定端双端面机械密封动环座141的左侧通过螺钉固定在一起，不仅可以确保转动轴与固定端组合密封装置1同步转动，还可以确保转动轴左侧的驱动端受热膨胀后，膨胀量的方向能够传导到转动轴的右侧另一端，使得固定端组合密封装置1不会受到热应力影响。
所述的滑动端组合密封装置2设于转动轴右侧的另一端，与固定端组合密封装置1相对热解反应器对称设置，包括滑动端隔离气密封21、滑动端反螺纹密封22、滑动端刷式密封23、滑动端双端面机械密封24以及滑动端限位机构25。
所述的滑动端隔离气密封21和固定端隔离气密封11的结构相同，滑动端多级迷宫密封22和固定端多级迷宫密封12的结构相同，滑动端刷式密封23和固定端刷式密封13的结构相同，滑动端双端面机械密封24与固定端双端面机械密封14的结构相同。
所述的滑动端限位机构25为环形结构，位于滑动端双端面机械密封24的右侧，通过紧固螺钉沿径向紧固在转动轴上。在所述的滑动端限位机构25外环上沿轴向加工凹槽，用于对光滑导杆26限位。
所述光滑导杆26的一端与滑动端双端面机械密封动环座241的右侧通过螺纹固定，光滑导杆26的中部卡设于滑动端限位机构25上的凹槽中。当滑动端限位机构25随着转动轴一起转动时，滑动端双端面机械密封24通过光滑导杆26与滑动端限位机构25同步转动。如图3所示，在转动轴受热膨胀后，滑动端双端面机械密封24与滑动端限位机构25通过光滑导杆26相对轴向滑动以抵消转动轴受到高温后带来的影响。

Claims (10)

1.一种用于高温高粉尘工况的零泄漏组合轴封装置，其特征在于：用于密封热解反应器的双转动轴与热解反应器外壳之间的间隙Q，防止有害气体逃逸出来；包括固定端组合密封装置(1)和滑动端组合密封装置(2)；
所述的固定端组合密封装置(1)套设于转动轴左侧的驱动端，包括固定端隔离气密封(11)、固定端多级迷宫密封(12)、固定端刷式密封(13)、固定端双端面机械密封(14)以及固定端限位机构(15)；
所述的滑动端组合密封装置(2)设于转动轴右侧的另一端，与固定端组合密封装置(1)相对热解反应器对称设置，包括滑动端隔离气密封(21)、滑动端反螺纹密封(22)、滑动端刷式密封(23)、滑动端双端面机械密封(24)以及滑动端限位机构(25)。
2.如权利要求1所述的一种用于高温高粉尘工况的零泄漏组合轴封装置，其特征在于：所述的滑动端隔离气密封(21)和固定端隔离气密封(11)的结构相同，滑动端多级迷宫密封(22)和固定端多级迷宫密封(12)的结构相同，滑动端刷式密封(23)和固定端刷式密封(13)的结构相同，滑动端双端面机械密封(24)与固定端双端面机械密封(14)的结构相同，固定端限位机构(15)和滑动端限位机构(25)结构不相同。
3.如权利要求1所述的一种用于高温高粉尘工况的零泄漏组合轴封装置，其特征在于：所述的固定端隔离气密封(11)是固定端组合密封装置(1)与热解反应器外壳接触的第一道密封；所述的固定端隔离气密封(11)为圆环形状，套设于转动轴上；在所述的圆环上加工供气通道，供气通道的进气口位于圆环的外环侧面上，出气口位于圆环的一侧端面上；所述固定端隔离气密封(11)的进气口与隔离气供给端连通，出气口正对间隙Q，连通隔离气供给端和间隙Q；所述的隔离气为与密封介质不反应的惰性气体，隔离气压力高于热解反应器内部压力不超过10kpa。
4.如权利要求1所述的一种用于高温高粉尘工况的零泄漏组合轴封装置，其特征在于：所述的固定端多级迷宫密封(12)加工于固定端隔离气密封(11)的环形空腔内环侧壁上、与转动轴相接触，形成第二道密封；所述的固定端多级迷宫密封(12)共有4～5道节流齿隙；每个节流齿隙间距为1mm，每个节流齿隙与轴之间间隙为0.5mm。
5.如权利要求1所述的一种用于高温高粉尘工况的零泄漏组合轴封装置，其特征在于：所述的固定端刷式密封(13)由环形刷子组成，位于固定端隔离气密封(11)的左侧，通过螺栓与固定端隔离气密封(11)相连，形成第三道密封；刷丝采用纳米级技术，在刷丝上涂有耐高温的润滑油脂，长时间运行不会对转动轴产生划痕，同时可以补偿转动轴跳动产生的空隙，其中环形刷子厚度为5mm。
6.如权利要求1所述的一种用于高温高粉尘工况的零泄漏组合轴封装置，其特征在于：所述的固定端双端面机械密封(14)位于固定端刷式密封(13)的左侧，两者通过螺栓连接；所述的固定端双端面机械密封(14)包括冷却水腔、平衡罐、以及设于冷却水腔两侧的两组动环和静环；其中冷却水腔右侧的一组设为动环A和静环A，冷却水腔左侧的一组设为动环B和静环B；动环A和静环A都采用硬质合金的材料的双硬面密封设计；动环B采用硬质合金，静环B采用石墨材料为软硬面结合的密封设计。同时动环B通过螺栓与固定端双端面机械密封动环座(141)连接；所述的平衡罐通过软管与冷却水腔相连，放置在组合密封装置外部，作为储水罐，同时储水罐有液位报警装置。
7.如权利要求1所述的一种用于高温高粉尘工况的零泄漏组合轴封装置，其特征在于：所述的固定端限位机构(15)为环形结构，位于固定端双端面机械密封(14)的左侧，套设于转动轴上且通过紧固螺钉沿径向紧固，同时与固定端双端面机械密封动环座(141)的左侧通过螺钉固定在一起。
8.如权利要求1所述的一种用于高温高粉尘工况的零泄漏组合轴封装置，其特征在于：所述的滑动端限位机构(25)为环形结构，位于滑动端双端面机械密封(24)的右侧，通过紧固螺钉沿径向紧固在转动轴上；在所述的滑动端限位机构(25)外环上沿轴向加工凹槽，用于对光滑导杆(26)限位。
9.如权利要求8所述的一种用于高温高粉尘工况的零泄漏组合轴封装置，其特征在于：所述光滑导杆(26)的一端与滑动端双端面机械密封动环座(241)的右侧通过螺纹固定，光滑导杆(26)的中部卡设于滑动端限位机构(25)上的凹槽中。
10.如权利要求1～9任一项所述的一种用于高温高粉尘工况的零泄漏组合轴封装置，其特征在于：当滑动端限位机构(25)随着转动轴一起转动时，固定端双端面机械密封(24)通过光滑导杆(26)与滑动端限位机构(25)同步转动。
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