立式搅拌釜R-21机械密封的结构分析与改进.pdf

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1、746化I：机械2012焦立式搅拌釜R一21机械密封的结构分析与改进顾炳其州杨爱军2王磊3(1．中国石化上海石油化工股份有限公司涤纶部；2．中国石油工程建设公司；3．天华化1：机械及自动化研究设计院有限公司)摘要对立式搅拌釜R一2l机械密封的原结构进行了分析，讨论了原结构主要存在的问题，并提出了改进措施，延长了机械密封的使用寿命。关键词搅拌釜机械密封改进措施中图分类号TQ051．7+2文献标识码A文章编号0254-6094(2012)06-0746-03立式搅拌釜R一21足年产20万t钟纺聚酯装置流程中的主要设备，该搅拌釜轴密封采用的

2、是咖180ram双端面非平衡型机械密封，电机功率为45kW。由于该搅拌轴为悬臂式，悬臂长达4000mm，搅拌釜R-21改造后的悬臂长达5500mm，搅拌阻力仅靠机械密封组件上端的轴承固支，底部无支撑轴承，轴的刚度相对较弱，釜工作时轴下端摆动较大，导致下端机械密封的径向跳动较大；釜内温度300。C左右，搅拌轴转速200r／rain，因此要充分考虑机械密封的散热问题。1原机械密封结构分析因原机械密封(图1)使用寿命较短，故对密封失效的原因进行了分析，其主要影响因素为：a．采用双端面非平衡型多弹簧机械密封，下端机械密封在高温条件下，辅助密封

3、圈使用寿命较短，同时该机械密封对轴的摆振适应性较差：b．机械密封离高温区较近，传热路径短，只得在轴上设计了冷却夹套，导致轴的刚性较差，工艺性差，直接影响机械密封的使用寿命；c．原设计为两副角接触向心球轴承，考虑到轴承润滑问题，因此采取了面对面安装，此安装导致轴承的支撑距离短，刚性差，影响机械密封寿命；d．壳体夹套冷却下部腔体较小，冷却不充分；e．冷却液面较低，容易引起上端机械密封冷却和润滑不充分；f．原机械密封的检修维护要对釜进行置换清洗后才能进行，因此极不方便；g．底部无支撑轴承，轴的刚度相对较弱，釜工作时轴下端摆动较大，导致下端机

4、械密封的径向跳动较大。图1搅拌釜R一21原轴密封结构简图+顾炳其，男，1957年11月生，工程师。上海市，200540。第39卷第6期化工机械7472改进措施对搅拌釜轴密封进行5方面的改进(图2)。图2搅拌釜R一2l改进后的轴密封结构简图2．1机械密封结构的改进对于搅拌釜R一2l轴下端面的机械密封，由于釜密封相应部位刚性差、温度高，因此设计成金属波纹管密封，保证机械密封有较强的追随性和耐高温，使辅助密封的结构变化，形式多样，且远离高温区，充分保证机械密封长周期运行。对于搅拌釜R．21轴上端面的机械密封，由于该密封离轴承较近，冈0性较好

5、，同时远离高温区，有较好的密封环境，同时能保证机械密封的长周期运行，因此设计成多弹簧非平衡型机械密封。2．2密封总成的改进根据密封装置的设置情况及检修维护的要求，因此将机械密封、轴承和壳体等组装成一总成，使其能与轴及釜口法兰分离。具体措施是通过设计一轴套，轴承装于轴套上，机械密封设置于轴承下部，由于温度较高，因此保留原来的两套冷却系统，增加壳体夹套下部冷却腔体，使腔体内壁壁厚在保证强度的情况下尽量薄，从而充分阻隔高温热量传人密封部位，保证密封部位的工作环境，润滑冷却密封介质的出口设置高于上密封面，使整个密封系统润滑冷却充分。2．3轴承

6、选择及支撑方式的改进考虑到轴的刚惟和受力问题，轴承选用了圆锥滚子轴承，且采取轴承背对背的安装方式，以达到增加支撑距离，保证轴有较好的刚度。为了保证轴承的润滑，因此在两轴承之间增加导油环，使润滑油通过导油环向两轴承分配，保证润滑充分。轴的悬臂下端增设一辅助支撑轴承，以保汪轴有较好的刚性，降低搅拌轴的振摆值，改善机械密封运行条件。2．4轴结构的改进由于冷却系统的改善、轴承支撑方式的改变，刚性增加，轴的扰动变小，层流的相对稳定，以使机械密封相应部分的温度较低，因此不再需要设计冷却夹套，这样轴的工艺性得到改善，尺寸设计使原有安装尺寸不变，且有

7、效保证轴套与轴的结合和传动。2．5检修密封装置的改进考虑到检修过程中．希望仅更换机械密封，而不对釜进行置换清洗，因此增设了检修密封装置。具体方法是在釜口法兰上设计一锥面作为检修密封座，检修维护时不用拆卸，设计检修密封体及分瓣支撑环，让密封体固定于轴上。其工作原理是：工作时密封体与密封座分离并随轴转动；停车检修时，松开锁紧螺母后检修密封体随轴及搅拌轴在重力作用下自动下移，使密封体与密封座接触并支撑于密封座上，使其达到常压密封，以利于后续检修。密封锥面的设计应充分考虑初始密封状态的形成，保证有效密封。3机械密封的设计计算3．1上、下端面机

8、械密封的设计计算3．1．1弹簧比压弹簧比压P。的作用在于当介质压力很小或者波动时仍能维持一定的端面比压，使介质不致泄漏；同时保证主机在启动、停车时，使密封端面能紧密贴合。此外，它用以克服补偿环辅助密封圈与相关元件表面的摩