CN201714981U - 一种新型氟橡胶反应釜机械密封机构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种新型氟橡胶反应釜机械密封机构，它包括机械密封组和辅助机构，所述机械密封组包括磁力增压泵、循环缓冲器、反应釜，所述反应釜下轴安装有双端面机械密封，所述反应釜中与双端面机械密封之间形成有一腔室A；所述磁力增压泵、循环缓冲器、反应釜之间依次连接，形成闭合的回路，所述辅助机构包括自循环液贮槽，计量泵，所述循环液贮槽与计量泵的进水口连接，计量泵的出水口与带冷却盘管的循环缓冲器连通；在循环缓冲器上还安装有一电接点压力表；所述双端面机械密封内部的两端分别为上机封、下机封，所述上机封、下机封之间形成一腔室B。本实用新型能有效的防止釜内介质泄漏出来，并延长了双端面机械密封的使用寿命。

Description

一种新型氟橡胶反应釜机械密封机构

技术领域

本实用新型涉及一种密封机构，特别涉及一种用于氟橡胶反应釜的机械密封机构。

背景技术

在国内高分子材料生产过程中，氟橡胶的生产规模现逐渐扩大，其主要设备聚合反应釜也随着规模的扩大而增大，橡胶聚合反应釜从20世纪90年代的50L釜，经过20年左右的放大，现已用4000L釜来聚合生产氟橡胶。在4000L釜用轴封，随着釜体积的扩大，也由原来的磁力驱动密封装置或填料密封，改为机械密封，因压力高、介质特殊，设计为双端面机械密封，其辅助机构一般采用釜内取压平衡润滑方式对机械密封进行润滑。如图1所示，现有的双端面机械密封体统包括磁力增压泵、循环缓冲器、反应釜，所述磁力增压泵、循环液贮槽、反应釜之间依次连接，形成闭合的回路，而反应釜包括一双端面机械密封、搅拌下轴、轴套、搅拌上轴，所述搅拌下轴安装在搅拌上轴内，搅拌下轴的上端面与搅拌上轴之间存在一定的间隙，轴套套接在搅拌上的外壁上，搅拌下轴和搅拌上轴同时在空间位置上与双端面机械密封之间形成一个腔室；双端面机械密封通过轴承座与联轴器连接，但是这样的设置存在以下问题：

1、开停车频繁，间歇反应，反应周期2～3小时/次。工艺条件变化大，反应釜10反应初期，压力在20～30分钟之内由0逐渐增加到最高操作压力，后压力波动较小。反应釜放料待反应完成泄压后常压进行，因放料阀置于反应釜底部搅拌轴侧旁，而存在放料不净的情况，及下置机械密封的上密封面与介质液固相接触，且一直与橡胶和橡胶乳液接触，即存在液固相状态密封。

2、在该反应釜刚投入使用后，一开始，机械密封辅助机构循环水管道或循环泵经常堵塞，且堵塞频率逐渐升高，循环机构失效，四天左右(甚至不到四天)下端面机封开始泄漏(漏水)，一个星期左右，下端面机封泄漏口开始漏出釜内乳液，机封彻底失效。且机封失效后，一是在检修时发现上下机封的零部件损坏很严重，而几乎不能修复，因为大部分零部件均被固态橡胶所包裹，特别是弹簧，如此只有更换零部件，或更换整套双端面机械密封，检修的费用很高，对正常平稳的生产造成了很大耽延。二是在检修机封的同时，均发现循环液管道和磁力增压泵均被固态橡胶所堵塞，并堵塞严重。三是发现在机封上密封端面与上搅拌轴之间的腔室内积满了固态橡胶。除了机械密封上端面失效后，橡胶液态胶乳进入循环液管道而堵塞管道和磁力循环泵外，而循环液由釜内气相取压，会存在一定程度的气相介质与循环液接触后的聚合反应，而直接生成橡胶乳液堵塞机构。

3、在到机封正常使用的后期，在产品中发现了很多黑点，估计是零部件如石墨等的磨屑，对产品的质量也产生了很大的影响。整个润滑液循环机构为闭路机构，有杂质不易自行排除和检测，容易累积而堵塞管道。

4、磁力增压泵的功率很小、扬程较低，只能起到循环液的循环作用，产生的压差较低，即：循环液压力几乎与釜内气相压力相等。而在釜内液固相静压的作用下，在机封的上端面密封处，釜内压力会高于循环液压力。导致：乳液易通过内腔室进入机封上密封端面，使密封面之间形成的液膜不是我们认为的无离子水液膜，而是乳液形成的液膜。而该液膜随时间的变化和外界力的作用等会凝聚成固态橡胶，使机封上密封端面间歇增大，膜压逐渐增大，直到最后导致密封面打开，随后泄漏，乳液便进入机封内，也进入循环系统，污染循环液；

5、机封与反应釜之间存在一内腔室，之间通过搅拌轴轴套隔离，但不起密封隔离作用，在运行时，乳液会进入该内腔室，导致：在反应釜间歇使用的停用阶段，因内腔室乳液无法放净，而会凝聚成橡胶，而使机封上密封端面被包容在固体橡胶之中，形成固态密封，会影响动、静环的径向及轴向跳动，更促进了上密封端面的失效。

6、四氟轴套要承受搅拌轴施加的径向力与轴向力，该反应釜为锚式搅拌，体积较大，在使用中，会附着大量的橡胶自聚物，而导致左右不平衡，搅拌运转时径向摆动量则逐渐加大，加之轴向力的施加，所以四氟轴套使用寿命短，磨损量很大，而造成漏入的橡胶来承担轴套作用，而橡胶的硬度很差，特别是在使用工况之下，最终使搅拌轴的径向摆动逐渐增加并恶化，也导致通过花键连接的下轴(机封轴)径向摆动量增加和运行不平稳，影响机封的使用寿命。

在运行过程中，机封上密封端面首先失效，机封内漏入橡胶乳液，而后凝聚，使机封内弹簧失效，橡胶乳液并进入辅助循环机构，而逐渐堵塞循环管道和磁力循环泵，使机械密封缺液，随后，循环水管道及循环泵堵死，无循环液，上下机封均出现干摩擦，最后彻底失效，釜内乳液通过上机封、下机封，由下机封处的泄漏观察口外漏。

实用新型内容

本实用新型的目的就在于提供一种新型氟橡胶反应釜机械密封机构，它能有效的防止釜内介质泄漏出来，并延长了双端面机械密封的使用寿命。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是这样的：一种新型氟橡胶反应釜机械密封机构，包括机械密封组，所述机械密封组包括磁力增压泵、循环缓冲器、反应釜，所述反应釜下轴安装有双端面机械密封，所述反应釜中与双端面机械密封之间形成有一腔室A；所述磁力增压泵、循环缓冲器、反应釜之间依次连接，形成闭合的回路，其特征在于：还包括一辅助机构，所述辅助机构包括自循环液贮槽，计量泵，所述循环液贮槽与计量泵的进水口连接，计量泵的出水口与带冷却盘管的循环缓冲器连通；在循环缓冲器上还安装有一电接点压力表，所述电接点压力表还和循环缓冲器电联；所述双端面机械密封内部的两端分别为上机封、下机封，所述上机封、下机封之间形成一腔室B。自循环液贮槽内的循环液经计量泵增压后送至循环液缓冲器，在进行冷却和缓冲后，由循环液缓冲器底部接磁力增压泵，经该磁力增压泵提供循环压力，至双端面机械密封中上机封与下机封之间的腔室B，对上机封、下机封进行润滑和冷却后，由腔室B上部接口再回到循环液缓冲器进口管道进行循环使用。

釜用机械密封，一般不同于泵用机械密封，反应釜工艺条件变化大、压力波动大，开停车频繁和间歇操作，且因反应釜操作压力高、介质特性特殊，即有毒、有害，或易燃易爆，一般设计为双端面机械密封，其介质端端面下置冷却润滑循环液，该端面承受釜内介质与循环液之间的密封，并要求该循环液不能与介质产生反应或影响介质的特性及产品质量，并要求无毒、无害、无腐蚀、流动性好、润滑性能、导热性能好、气化温度高等特点，如软水。而另一密封端面则负责循环液与外界大气之间的密封。该氟橡胶反应釜机械密封机构，一是保证一定的压力来平衡上机封，二是有相应的循环液冷却设备，三是有循环液的流动驱动设备。如此来确保循环液对密封端面的冷却与润滑，且该氟橡胶反应釜机械密封机构的好坏与是否完全满足于机械密封的使用要求将直接影响到机械密封的使用寿命和损坏程度。在结构上，因循环液压力的存在，循环液与介质压差较小，其上端面机械密封一般采用非平衡式结构，而循环液与外界大气压差较高，其下端面一般采用平衡式结构。

机械密封的结构形式为：机械密封装于搅拌下轴之上，搅拌上轴与搅拌下轴之间采用花键连接，搅拌上轴的支撑即轴向力与径向力由反应釜中的四氟轴套承受。即，上机封端面与搅拌上轴之间有一体积约5L的腔室。同时，所述上机封设计为非平衡式机械密封，并采用外流式，下机封设计为平衡式机械密封，并采用内流式。

其密封形式为：因上密封端面负责承受反应釜底部液固相压力与循环液取釜内气相平衡压力之间的密封，其两侧密封压差小，故为非平衡式机械密封，动环与静环之间的承压作用力由弹簧压力与介质(循环液及釜介质)压力施加在密封端面的压力提供，随循环液和釜内介质压力的变化较大，更有助于密封。而下密封端面负责承受高压循环液与大气常压之间的密封，其两侧密封压差大，故为完全平衡式机械密封，动环与静环之间的承压作用力仅由弹簧压力提供，随循环液压力变化较小。

在所述反应釜中的搅拌下轴与搅拌上轴之间还设置有支撑环。该支撑环用于传递上搅拌轴及搅拌的轴向力传递到下搅拌轴的轴承座之上，使四氟轴套不再承受搅拌轴与搅拌施加的轴向力，而只承受径向力，这有助于延长该四氟轴套的使用寿命。减少了因四氟轴套的损坏而对机封造成的影响。

而为了保证支撑环具有良好的弹性、韧性，以及能在处于频繁振动的工作环境中长期使用，所述支撑环是用聚四氟乙烯制成。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于：

1、循环液压力便始终高于反应釜内部压力，特别是在机械密封上密封端面处，使循环液始终充满上双端面机械密封的密封端面形成无离子水的密封液膜，增加机封上密封端面的使用寿命。这样，反应釜内的乳液就不易进入上机封端面，而进入循环液系统。因无离子水可允许少量漏入反应釜内而不会影响工艺和生产。故允许双端面机械密封的上密封端面有一定的内泄漏，即在双端面机械密封的上密封端面有内漏后，机封可继续使用，直到计量泵提供的循环液压力因泄漏而已不能维持高于釜内最高压力的为止。

2、检查和检修方便，循环泵和循环管道未出现固态橡胶或其它杂质堵塞；搅拌上轴的四氟轴套磨损很小，并可继续使用；上、下机封及其它零部件的磨损较小，不用换件，直接返修即可。同时，使用后期，因内泄漏而进入反应釜内的循环液，并没有影响到产品质量。

3、本实用新型采用计量泵对辅助机构进行恒供压和提供循环液，并将原有的循环闭路系统改为开路系统，循环液通过检测口可检查循环液的干净程度，并可直接外排，同时循环液缓冲器也不需要间歇补加循环液。

4、本实用新型提供了高压，压力来源由计量泵提供，取消从循环缓冲器上部引釜内气相操作压力，并通过循环液缓冲器上部的电接点压力表自动控制循环液压力磁力增压泵仍为循环液提供循环动力。

5、在搅拌下轴上端花键处增加了支撑环，用于传递上搅拌轴及搅拌的轴向力传递到搅拌下轴的轴承座之上。使四氟轴套不再承受搅拌轴与搅拌施加的轴向力，而只承受径向力，减少了因四氟轴套的损坏而对机封造成的影响。

6、取消压力平衡，还可防止反应釜内气相介质与循环液接触产生反应而生成橡胶胶乳，同时将循环液贮罐作循环液缓冲罐使用，以降低计量泵运行时产生的脉动现象；有助于机械密封的使用。

附图说明

图1为现有的氟橡胶反应釜机械密封机构的结构图；

图2为本实用新型的结构图。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施对本实用新型作进一步说明；

参见图2，一种新型氟橡胶反应釜机械密封机构，包括机械密封组，所述机械密封组，所述机械密封组包括磁力增压泵8、循环缓冲器7、反应釜10，在该机械密封机构中还设有一辅助机构，所述辅助机构包括自循环液贮槽16，计量泵17，反应釜10下端连接有双端面机械密封3，所述反应釜10中与双端面机械密封3之间形成有腔室A9；所述磁力增压泵8、循环缓冲器7、反应釜10之间依次连接，形成闭合的回路，所述自循环液贮槽16与计量泵17的进水口连接，计量泵17的出水口与循环缓冲器7连通；在计量泵17还电联有一电接点压力表15，所述电接点压力表15还和循环缓冲器7电联；所述反应釜10包括搅拌下轴4、轴套5、搅拌上轴6，所述搅拌下轴4安装在搅拌上轴6内，搅拌上轴6与搅拌下轴4之间采用花键连接，搅拌下轴4与搅拌上轴6之间存在间隙，并在该间隙中安装有一聚四氟乙烯制成的支撑环11，即轴向力与径向力由反应釜中的支撑环11承受。所述轴套5套接在搅拌上轴6的外壁上；所述双端面机械密封3内部的两端还安装有上机封13、下机封14，所述上机封13、下机封14与双端面机械密封3之间形成腔室B12，上机封13端面与搅拌上轴6之间形成的腔室A9的体积约5L；同时，双端面机械密封3上端面密封设计为外流式，双端面机械密封3下端面密封设计为内流式。所述双端面机械密封3通过轴承座2与联轴器1连接。辅助机构压力源由自循环液贮槽16到计量泵17提供，取消从循环液缓冲器7上部引釜内气相操作压力，自循环液贮槽16内的循环液经计量泵17增压后送至循环液缓冲器7，在进行冷却和缓冲后，由循环液缓冲器7底部接磁力增压泵8，经该磁力增压泵8提供循环压力，至双端面机械密封3中上机封13与下机封14之间的腔室B12，对上机封13、下机封14进行润滑和冷却，后由腔室B12上部接口再回到循环液缓冲器7进口管道进行循环使用；并通过循环缓冲器上电接点压力表控制来计量泵开停，以确保辅助机构的压力在一定范围之内。

计量泵17提供高压，通过循环液缓冲器7上部的电接点压力表15自动控制循环液压力2.6～2.7MPa，以确保上机械密封端面处循环液压力高于反应釜10底部液固相压力0.1～0.2MPa为宜，即机械密封上端面的密封压差相对增大，特别是在反应釜10反应初期，因釜内压力会由0逐渐上涨到最高操作压力2.5MPa，则初期上端面的密封压差将达到2.6～2.7MPa之多，而后逐渐减小。如此，循环液压力便始终高于反应釜10内部压力，特别是在机械密封的上机封13密封端面处，使循环液始终充满上机封13密封端面形成无离子水的密封液膜，增加机封上密封端面的使用寿命。这样，反应釜10内的乳液就不易进入上机封端面，而进入循环液系统。因无离子水可允许少量漏入釜内而不会影响工艺和生产。故允许双端面机械密封3的上密封端面有一定的内泄漏，即在双端面机械密封3的上密封端面有内漏后，机封可继续使用，直到计量泵17提供的循环液压力因泄漏而已不能维持高于反应釜10内最高压力的0.1MPa(2.6MPa)为止。

计量泵17的最大流量不得高于20L/h，即当双端面机械密封3的上机封存在内泄漏时，高压反应釜10每2.5h反应一次，生产工艺上所允许的循环液最高泄漏量50L/2.5h，即20L/h.这样在双端面机械密封3的上机封13密封端面有内漏的情况下，整个双端面机械密封3的使用寿命会更长。当然，计量泵17的最大流量在20L/h之内越高越好，其最高额定操作压力应为循环液最高操作压力的1.15～1.25倍为宜。

计量泵17选用容积式泵，即正位移泵，其出口压力取决于管路特性，若出口或相应管道堵塞，循环液压力会一直上涨，不但会超过循环液缓冲器7的设计压力，甚至或上涨到设备或管线损坏为止。且循环液压力应保持在一定的范围之内，对机械密封的密封效果会更好，而不易过高。首先是调节计量泵17内置安全阀压力，确保压力不超过2.8MPa，起到安全保护作用，但该压力调节不是很稳定，误差较大。本实施方式控制循环液压力在2.6～2.7MPa之间，高于反应釜10内气相最高压力0.1～0.2MPa。即通过装于循环液缓冲器7上部的电接点压力15表来自动控制计量泵17电机，当循环液压力低于2.6MPa时，电接点压力表15低位触点接触，通过中间继电器自动启动计量泵17电机，直到循环液压力达到2.7MPa时，电接点压力表15高位触点接触，通过中间继电器使计量泵17电机断电。由此来保证循环液压力始终在2.6～2.7MPa之间。

因双端面机械密封3的上机封13密封端面负责承受反应釜10底部液固相压力与计量泵17提供的循环液压力之间的密封，其两侧密封相对增大，特别是在反应釜10反应初期，因釜内压力会由0逐渐上涨到最高操作压力2.5MPa，而循环液压力恒定在2.6～2.7MPa之间，则初期上端面的双端面机械密封3压差达到2.6～2.7MPa之多，而后逐渐减小。故该双端面机械密封3端面需改造为平衡式机械密封，上机封13、下机封14的摩擦付动环、静环均需采用硬质合金；上下机封通过动环与静环的接触形成摩擦付，起密封作用，动环与静环之间的承压作用力仅由弹簧压力提供，摩擦损耗会更小，且随循环液和釜内介质压力变化的影响较小，更有助于密封。

在原有机械密封的使用过程中，在没有循环液的情况下，先启动了搅拌，造成了机封缺液的干摩擦。这样导致了双端面机械密封3使用时间太短，如1～2天，且在检修时发现，双端面机械密封3的摩擦付存在干摩擦现象。而本实用新型中采用了电接点压力表15上的压力值范围对磁力增压泵8、计量泵17中的压力调节来对双端面机械密封3进行联锁控制，防止操作失误，即确保反应釜10搅拌主电机的启动需待计量泵17与循环泵均启动后才能进行。

Claims (4)

1.一种新型氟橡胶反应釜机械密封机构，包括机械密封组，所述机械密封组包括磁力增压泵、循环缓冲器、反应釜，所述反应釜下轴安装有双端面机械密封，所述反应釜中与双端面机械密封之间形成有一腔室A；所述磁力增压泵、循环缓冲器、反应釜之间依次连接，形成闭合的回路，其特征在于：还包括一辅助机构，所述辅助机构包括自循环液贮槽，计量泵，所述循环液贮槽与计量泵的进水口连接，计量泵的出水口与带冷却盘管的循环缓冲器连通；在循环缓冲器上还安装有一电接点压力表；所述双端面机械密封内部的两端分别为上机封、下机封，所述上机封、下机封之间形成一腔室B。

2.根据权利要求1所述的一种新型氟橡胶反应釜机械密封机构，其特征在于：所述上机封设计为非平衡式机械密封，并采用外流式，下机封设计为平衡式机械密封，并采用内流式。

3.根据权利要求1所述的一种新型氟橡胶反应釜机械密封机构，其特征在于：在所述反应釜中的搅拌下轴与搅拌上轴之间还设置有支撑环。

4.根据权利要求1所述的一种新型氟橡胶反应釜机械密封机构，其特征在于：所述支撑环是用聚四氟乙烯制成。

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