一、前言

　　目前密封装置形式很多，有垫片密封、机械密封、填料密封、干气密封、磁力密封、迷宫密封等,在只有高压或者高温的情况下,这样的密封好用,如果高温高压同时存在,特别是温度超过300℃时就很难保证其性能。机械密封、干气密封、迷宫密封一般适用于高转速情况;填料密封、磁力密封一般适用于中、低转速情况。磁力密封是一种无泄漏密封,但温度超过300℃时磁铁消磁很快;机械密封、干气密封需要润滑,温度超过250℃“O”型橡胶密封圈就会焦化而失效。

　　在现有技术中,压力容器用的动密封填料箱的结构如资料所述,包括箱体,箱体中心是主轴,主轴周围设置软质填料,填料旁接加油管,填料的外侧设置冷却水箱和冷却水进出口,填料外端安装填料压盖,压盖由调节螺栓固定在箱体上。这种动密封填料箱耐压能力为0.6～1.2MPa,工作温度为150～250℃,只适用于低压容器。工作时需经常向填料箱加入润滑油,部分润滑油会顺着主轴间隙流入到容器内,污染物料。另外,润滑油油管易堵塞,会引起主轴表面磨损而失效。

　　二、改进与发明

　　本文提供一种适用于旋转或往复运动主轴的碟簧自紧高温高压密封装置,该装置在工作压力为2.0～20.0 MPa,温度为200～650℃时,可以起到密封效果,保 证设备的正常工作。

　　该高温高压密封装置,在靠近高压侧的主轴上先装背环,背环靠近高压一侧开有环隙(背环的环隙深度是0.5mm.),环隙直径小于填料的安装直径,使高压侧产生的压力可进入的环隙,环隙内的压力与容器内压力相等,这样对主轴上填料产生一定推力,可起到自密封的作用,而且随压力的上升,密封效果更好。背环装完后装支撑环,支撑环的材质是高强度碳纤维盘根,低模量碳纤维具有较高的韧性和较高的强度,克服了传统碳密封材料脆而易碎的缺点,支撑环不仅可以起到支撑作用,还对主轴起到密封作用。

　　支撑环装完后装压环,压环一侧具有一定锥度,所述锥度θ为150°,其作用在于:当密封材料被压紧时,力作用在压环上,压环上的锥度将力分解,使密封填料向主轴方向压紧,起到很好的密封效果。

　　压环装完后装石墨盘根填料,采用ChestertonTwo超级石墨盘根,在非氧化环境下,使用温度2760℃,承受转速23m/s,耐化学腐蚀pH0～14。该盘根是由交叉编织的纯净优质石墨线制成,能够把密封剂锁定在盘根间,可防止气体或液体透过盘根,再经过特殊的高温磨合润滑剂处理。采用这些特殊的牺牲型多温润滑剂可轻松地完成磨合过程，并迅速达到令人满意的泄漏率。一旦磨合润滑剂消耗完毕,所剩的超级石墨产品具有几乎能抵挡所有化学品的耐化学性能。这种盘根的高传导率及自动自润滑性能使其在使用中基本对主轴不产生划痕。

　　石墨盘根填料装完后装气体分布环,该环周围开有均布的6个圆孔,6个圆孔使气体分布均匀作用在填料与主轴上。气体分布环上接充气气管,充气的压力一般高于容器内的压力0.1～0.5kPa。如果容器内温度高于400℃时,一般充的气体为惰性气体,该气体的作用主要在于:一是对填料有冷却效果;二是使填料周围处于无氧环境,保护填料不被氧化;三是阻止容器内气体外泄,起到辅助密封作用。

　　气体分布环装完后装支撑环和压环,再装石墨盘根填料和球面压环。球面压环相配对的是球面压盖,它们的接触面采用球面形式,保证压盖的作用力完全分布在球面压环上,让被压填料均匀受压,起到更好的密封效果。

　　另外球面压盖上采用碟簧的压紧螺栓,主要承受机械冲击、压力波动或热胀冷缩,通过碟簧的弹性来补偿,确保填料受挤压,减小填料与主轴之间的间隙,提高密封效果。如下图1为密封装置装配示意图。

1 主轴 2背环 3支撑环 4压环 5石墨填料盘根 6气体分布环 7球面压环 8带球面的压盖 9碟簧 10压盖螺栓 11填料函
图1 密封装置装配示意图

　　三、与现有技术相比具有以下优点

　　1、耐压耐温能力高:此装置工作压力为2.0～20.0MPa,在高压的同时,还可耐温为200～650 ℃,而现有的技术适用工作状态是:1.0MPa、450 ℃或5.0MPa、250℃。

　　2、不采用水冷夹套:由于有的设备内物料在反应时温度不能降低,否则物料反应不能进行,这就对密封结构和材料的选取带来更高的要求,对于材料来说一般超过450℃,其机械和化学性能就会下降。

　　3、密封性能好:本装置采用ChestertonTwo超级石墨盘根,在非氧化环境下使用温度2760℃,承受转速23m/s,耐化学腐蚀pH0～14。具有耐温高、高传导率及自动自润滑性能使其在使用中基本对主轴不产生划痕。

　　4、受压均匀提高密封性能:本装置采用带有环隙的背环、球面压环、球面压盖,主要保证高压和低压两侧对填料压缩时均匀受压,并对填料起到自密封的作用,提高密封性能。

　　5、高压低温气体辅助密封:一般充的气体为惰性气体,其压力一般高于容器内的压力0.1～0.5kPa,该气体的作用主要在于:一是对填料有冷却效果;二是使填料周围处于无氧环境,保护填料不被氧化;三是阻止容器内气体外泄。

　　6)自紧碟簧:球面压盖上采用带碟簧的压紧螺栓,主要承受机械冲击、压力波动或热胀冷缩,通过碟簧的弹性来补偿,确保填料受挤压,减小填料与主轴之间的间隙,提高密封效果。

　　四、效果检查和结论

　　2009年1月,我们在低温炭化炉上使用,低温炭化炉工作条件是:压力4.4MPa、工作温度500℃,搅拌器转速20～40r/min,容器内的温度最低不能低于480℃,含少量粉尘和有毒气体。这种工况国内少有,只有在生物质气化方面用到,到目前为止未出现泄漏情况,也无需更换填料,采用碟簧自紧无需人工预紧,减少劳动强度。这就说明了该密封装置适用于主轴为旋转或往复运动高温高压、无润滑、中、低转速的立式或卧式反应釜、热处理炉、炭化炉或其它带搅拌的压力容器上。它广泛应用于化工、医药、染料、橡胶等行业,是一种耐压耐温能力高,密封性能好,结构简单,可靠性强,安全性好的高温高压无润滑密封装置。

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