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東莞市東晟密封件科技有限公司
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帶旋轉(zhuǎn)軸塔的塔的軸用密封件問題

來源：東莞市東晟密封件科技有限公司更新時間：2015-11-04
    帶旋轉(zhuǎn)軸塔的塔的軸用密封件問題是進行設(shè)計或設(shè)備改造時常困擾我們的難點。這是由于塔類設(shè)備本身的技術(shù)結(jié)構(gòu)，使解決這類問題具有一定的難度。
    第一，塔的軸用密封件一般安裝在塔頂處，高度均在20m以上，這就要求軸封在結(jié)構(gòu)形式上必須簡單，便于拆卸和安裝。 
    第二，塔的主軸長徑之比非常懸殊，往往形成超細長軸，其剛性差，偏擺性大，所以在要求軸端密封時，要盡可能減小軸端密封中心線與塔主軸同軸度之間的誤差。
    第三，塔的工藝條件決定了塔的運轉(zhuǎn)周期必須在1年以上，不允許中間有更換或檢修塔的軸用密封件的可能性，所以軸端密封設(shè)計必須能保持其長期運轉(zhuǎn)，而不泄漏。因此，我們在設(shè)計塔的軸封時，必須盡可能考慮塔設(shè)備的工作特點，不但要求在密封結(jié)構(gòu)上合理可行，而且能確保運行中的可靠。
1、結(jié)構(gòu)與特點
    一般塔的軸封有2種形式：填料密封件和機械密封件。由于塔主軸的振動和擺動大，僅用填料密封達不到良好的密封效果，而且填料密封件用于塔的軸密封，其維護費用很高，一般要高出機械密封件20倍左右。所以機械密封件比填料密封件好，能滿足其可靠和技術(shù)要求。在機械密封中又有單端面和雙端面2種密封形式。這2種密封結(jié)構(gòu)相比，雙端面密封有如下優(yōu)點：
    ①能滿意地封住氣體或真空條件下的流體。
    ②密封含有懸浮物溶液的操作能力比單端面密封要高。
    ③其結(jié)構(gòu)具有防止有毒流體逸散到外界大氣的特性。
    ④是能處理很高壓差的設(shè)計結(jié)構(gòu)，其密封壽命較長。可見，雙端面密封比單端面密封更能滿足塔的軸封要求，根據(jù)塔的工藝與結(jié)構(gòu)確定其具體結(jié)構(gòu)形式。
    糠醛轉(zhuǎn)盤塔是某裝置的主要設(shè)備，原設(shè)計利用水力內(nèi)驅(qū)動，因水力驅(qū)動產(chǎn)生湍流影響佳提淬率，改造后采用外部電動機驅(qū)動，改造后的轉(zhuǎn)盤塔比負荷達到42～44m3/m2時，提高精制油收率65%～80%，滿足了工藝生產(chǎn)的需要。在實現(xiàn)由內(nèi)動力驅(qū)動改為外部電動機驅(qū)動的過程中，如何解決塔的軸封，成為改造中主要問題。
    轉(zhuǎn)盤塔工藝條件：操作壓力0.6MPa，操作溫度150℃，主軸轉(zhuǎn)速0.5r/s,介質(zhì)為10%的糠醛溶劑和減二、三、四線混合物料，安裝位置在塔頂部(高27m)。主軸直徑80mm，長15m，直徑與長度之比為1∶190，屬超細長軸，剛性差，偏擺性大?？紤]到塔內(nèi)物料含有10%的糠醛溶劑，糠醛溶劑遇空氣中的氧產(chǎn)生強氧化物，油變粘稠狀，而且具有腐蝕性。塔內(nèi)物料不能漏出來，而空氣也不允許進入塔內(nèi)。所以雙端面多彈簧、非平衡型密封形式作塔的軸封，如圖1

    由于密封安裝在塔高27m處，則使結(jié)構(gòu)拆裝簡單方便至關(guān)重要。雙端面密封可以構(gòu)成1個單一整體結(jié)構(gòu)形式，密封腔內(nèi)裝有2組摩擦體，連同軸套和彈簧，構(gòu)成1個直徑260mm，高256mm的整體，總質(zhì)量約為20kg,1人可以扛到塔頂，因此方便了檢修和安裝較為方。根據(jù)細長軸偏擺性大，剛性差的特點，多彈簧結(jié)構(gòu)(彈簧直徑9mm，彈簧鋼直徑1.3mm，圓周均布，1面12個，2面共24個)，壓力均勻，密封的追隨性好。主軸轉(zhuǎn)速0.5r/s，比較低。彈簧比壓Ps=13Pa。所以，即使主軸擺動在0.5mm時，也能保持良好的密封性。另外，為了保持在主軸擺動情況下摩擦體面永遠貼合，動環(huán)摩擦面95.4×9
，靜環(huán)摩擦面 99×9(單位均為mm)，達到了要求的密封性。
    密封件材料：動環(huán)為2Cr13，基體上堆焊69A-鉻基1#焊條，硬度為Rc49～53(成品硬度)。靜環(huán)為石墨浸呋喃樹脂，抗壓160MPa，肖氏硬度HS87.25，密封圈為4FV型，彈簧材質(zhì)為65Mn，密封面接觸寬度4.5mm，面積14.62cm2，密封壓縮量3.5mm。
    雙端面密封結(jié)構(gòu)通常配有加壓噴射液供應(yīng)系統(tǒng)，又稱阻封液系統(tǒng)，用來壓送來自外部的液體。這種輔助液必須滿足2項基本要求。首先，必須具有良好的潤滑性，其次，必須在化學(xué)性質(zhì)上與物料相溶。系統(tǒng)還必須滿足下列要求：
    ①為了使雙端面密封結(jié)構(gòu)的阻封系統(tǒng)能很好工作，必須在密封室內(nèi)保持正壓，以便向密封接觸面提供適宜的潤滑，正壓還可以防止外來顆粒進入密封室，一般高出塔內(nèi)操作壓力0.2MPa。
    ②雙端面密封結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的熱量，也能由阻封液將其失散。該雙端面密封阻封液體選30#機械油，油壓保持在1MPa(塔操作壓力為0.6MPa)，高出塔內(nèi)操作應(yīng)力，塔內(nèi)物料漏不出來。由于高于空氣壓力，大氣也進不到密封腔內(nèi)，而密封件全部浸在30#機械油中，介質(zhì)情況良好，摩擦阻力小，密封壽命長。若單端面密封，阻封液體只能靜壓，塔內(nèi)壓力波動大，密封面容易被沖開而造成密封失效。
    雙端面密封阻封液的注入方法，也經(jīng)過詳細的考慮和計算。密封腔裝在塔高27m的塔頂處，安裝1條阻封液管線，不僅工作量大，而且不經(jīng)濟?？紤]到轉(zhuǎn)盤塔的轉(zhuǎn)速為0.5r/s，摩擦熱量和攪拌熱量均比較小，所以改用固定式氣壓注油法代替阻封液管線，見圖2。

    罐容量25～30L3，內(nèi)裝4/5油量，油罐上部空間用氮氣充壓1MPa，油罐下面裝有8mm紫銅管接頭和開關(guān)閥，當密封腔壓力下降時，用罐內(nèi)油補充進去，罐內(nèi)油減少時，可在罐蓋加油孔補充油量。油罐氣壓下降時，可用小氣瓶充壓，小氣瓶是用長500mm的76.2mm不銹鋼管，兩頭加上封頭焊接而成。小氣瓶內(nèi)充氮氣，壓力5MPa，由減壓閥把氣壓調(diào)到1MPa后充到罐內(nèi)，保持油罐壓力。
    一般的阻封系統(tǒng)注入流體時常需冷卻，所以系統(tǒng)需裝換熱器。而該塔密封腔體裝在塔高27 m塔頂，有空氣自然冷卻，另外主軸轉(zhuǎn)速僅0.5r/s，密封接觸面寬4.5m，平均線速度僅0.168m/s，因此摩擦熱和攪拌熱量很少，塔內(nèi)物料的正常溫度為150℃，密封腔裝在塔頂外面，傳熱溫度在100℃以下(冬天密封腔溫度在60℃以下，夏天溫度不超過75℃)，所以不用安裝冷卻設(shè)施。
2、安裝
    整體密封腔體裝配完成后，必須進行靜壓試驗。靜壓試驗的要求：油壓保持1MPa，24h不滲不漏，1MPa油壓不能自泄0.2MPa(由溫度影響的油壓下降因素除外)，這樣將可能發(fā)生的滲漏都暴露在上塔之前。整體密封腔體調(diào)試合格后，用螺栓與塔口法蘭連接。密封腔法蘭固定后，把塔盤的主軸提起，加上短節(jié)和對輪固定，把軸套和主軸用頂絲固定，絲帽在軸套上旋緊。軸套隨軸轉(zhuǎn)動，絲帽和軸套端面用4FV形密封圈封死軸套和軸間的間隙，使其不漏。
    轉(zhuǎn)盤塔軸封的密封性能，除取決于機械密封本身的合理結(jié)構(gòu)和科學(xué)調(diào)試以外，還與安裝時機械密封件與塔主軸的同軸度和垂直度密切相關(guān)。由于轉(zhuǎn)盤塔(塔盤1200mm，共28層)的動力機構(gòu)由外部電動機帶動，電動機馬力17kW，經(jīng)過蝸輪蝸桿減速，與塔主軸相接，塔主軸全長15m，上段長4m，下段長11mm，中間用卡瓦聯(lián)軸器相接。所以必須在安裝時找好機械密封與主軸的同軸度，保證密封處主軸的晃動值在0.2mm以內(nèi)。
    轉(zhuǎn)盤塔運轉(zhuǎn)時，塔內(nèi)工作壓力一般起伏波動大，由于塔內(nèi)壓力和溫度的變化，容易把下端面的密封沖開，使大量阻封液流入塔內(nèi)或塔內(nèi)物料漏出密封腔外，改變了原有的密封工作條件，導(dǎo)致密封失效。所以，為防止下端面密封被沖開，必須時刻注意密封腔內(nèi)油壓的變化，保持密封腔內(nèi)油壓高于塔內(nèi)的操作壓力，才能維持機械密封正常的工作條件。 

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