專利名稱：一種新型氟橡膠反應釜機械密封機構的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種密封機構，特別涉及一種用于氟橡膠反應釜的機械密封機 構。
背景技術：
在國內高分子材料生產過程中，氟橡膠的生產規模現逐漸擴大，其主要設備聚合 反應釜也隨著規模的擴大而增大，橡膠聚合反應釜從20世紀90年代的50L釜，經過20年 左右的放大，現已用4000L釜來聚合生產氟橡膠。在4000L釜用軸封，隨著釜體積的擴大， 也由原來的磁力驅動密封裝置或填料密封，改為機械密封，因壓力高、介質特殊，設計為雙 端面機械密封，其輔助機構一般采用釜內取壓平衡潤滑方式對機械密封進行潤滑。如圖1 所示，現有的雙端面機械密封體統包括磁力增壓泵、循環緩沖器、反應釜，所述磁力增壓泵、 循環液貯槽、反應釜之間依次連接，形成閉合的回路，而反應釜包括一雙端面機械密封、攪 拌下軸、軸套、攪拌上軸，所述攪拌下軸安裝在攪拌上軸內，攪拌下軸的上端面與攪拌上軸 之間存在一定的間隙，軸套套接在攪拌上的外壁上，攪拌下軸和攪拌上軸同時在空間位置 上與雙端面機械密封之間形成一個腔室；雙端面機械密封通過軸承座與聯軸器連接，但是 這樣的設置存在以下問題1、開停車頻繁，間歇反應，反應周期2 3小時/次。工藝條件變化大，反應釜10 反應初期，壓力在20 30分鐘之內由0逐漸增加到最高操作壓力，后壓力波動較小。反應 釜放料待反應完成泄壓后常壓進行，因放料閥置于反應釜底部攪拌軸側旁，而存在放料不 凈的情況，及下置機械密封的上密封面與介質液固相接觸，且一直與橡膠和橡膠乳液接觸， 即存在液固相狀態密封。2、在該反應釜剛投入使用后，一開始，機械密封輔助機構循環水管道或循環泵經 常堵塞，且堵塞頻率逐漸升高，循環機構失效，四天左右(甚至不到四天)下端面機封開始 泄漏(漏水)，一個星期左右，下端面機封泄漏口開始漏出釜內乳液，機封徹底失效。且機 封失效后，一是在檢修時發現上下機封的零部件損壞很嚴重，而幾乎不能修復，因為大部分 零部件均被固態橡膠所包裹，特別是彈簧，如此只有更換零部件，或更換整套雙端面機械密 封，檢修的費用很高，對正常平穩的生產造成了很大耽延。二是在檢修機封的同時，均發現 循環液管道和磁力增壓泵均被固態橡膠所堵塞，并堵塞嚴重。三是發現在機封上密封端面 與上攪拌軸之間的腔室內積滿了固態橡膠。除了機械密封上端面失效后，橡膠液態膠乳進 入循環液管道而堵塞管道和磁力循環泵外，而循環液由釜內氣相取壓，會存在一定程度的 氣相介質與循環液接觸后的聚合反應，而直接生成橡膠乳液堵塞機構。3、在到機封正常使用的后期，在產品中發現了很多黑點，估計是零部件如石墨等 的磨屑，對產品的質量也產生了很大的影響。整個潤滑液循環機構為閉路機構，有雜質不易 自行排除和檢測，容易累積而堵塞管道。4、磁力增壓泵的功率很小、揚程較低，只能起到循環液的循環作用，產生的壓差較 低，S卩循環液壓力幾乎與釜內氣相壓力相等。而在釜內液固相靜壓的作用下，在機封的上端面密封處，釜內壓力會高于循環液壓力。導致乳液易通過內腔室進入機封上密封端面， 使密封面之間形成的液膜不是我們認為的無離子水液膜，而是乳液形成的液膜。而該液膜 隨時間的變化和外界力的作用等會凝聚成固態橡膠，使機封上密封端面間歇增大，膜壓逐 漸增大，直到最后導致密封面打開，隨后泄漏，乳液便進入機封內，也進入循環系統，污染循 環液；5、機封與反應釜之間存在一內腔室，之間通過攪拌軸軸套隔離，但不起密封隔離 作用，在運行時，乳液會進入該內腔室，導致在反應釜間歇使用的停用階段，因內腔室乳液 無法放凈，而會凝聚成橡膠，而使機封上密封端面被包容在固體橡膠之中，形成固態密封， 會影響動、靜環的徑向及軸向跳動，更促進了上密封端面的失效。6、四氟軸套要承受攪拌軸施加的徑向力與軸向力，該反應釜為錨式攪拌，體積較 大，在使用中，會附著大量的橡膠自聚物，而導致左右不平衡，攪拌運轉時徑向擺動量則逐 漸加大，加之軸向力的施加，所以四氟軸套使用壽命短，磨損量很大，而造成漏入的橡膠來 承擔軸套作用，而橡膠的硬度很差，特別是在使用工況之下，最終使攪拌軸的徑向擺動逐漸 增加并惡化，也導致通過花鍵連接的下軸(機封軸)徑向擺動量增加和運行不平穩，影響機 封的使用壽命。在運行過程中，機封上密封端面首先失效，機封內漏入橡膠乳液，而后凝聚，使機 封內彈簧失效，橡膠乳液并進入輔助循環機構，而逐漸堵塞循環管道和磁力循環泵，使機械 密封缺液，隨后，循環水管道及循環泵堵死，無循環液，上下機封均出現干摩擦，最后徹底失 效，釜內乳液通過上機封、下機封，由下機封處的泄漏觀察口外漏。

實用新型內容本實用新型的目的就在于提供一種新型氟橡膠反應釜機械密封機構，它能有效的 防止釜內介質泄漏出來，并延長了雙端面機械密封的使用壽命。為了實現上述目的，本實用新型采用的技術方案是這樣的一種新型氟橡膠反應 釜機械密封機構，包括機械密封組，所述機械密封組包括磁力增壓泵、循環緩沖器、反應釜， 所述反應釜下軸安裝有雙端面機械密封，所述反應釜中與雙端面機械密封之間形成有一腔 室A ；所述磁力增壓泵、循環緩沖器、反應釜之間依次連接，形成閉合的回路，其特征在于 還包括一輔助機構，所述輔助機構包括自循環液貯槽，計量泵，所述循環液貯槽與計量泵的 進水口連接，計量泵的出水口與帶冷卻盤管的循環緩沖器連通；在循環緩沖器上還安裝有 一電接點壓力表，所述電接點壓力表還和循環緩沖器電聯；所述雙端面機械密封內部的兩 端分別為上機封、下機封，所述上機封、下機封之間形成一腔室B。自循環液貯槽內的循環液 經計量泵增壓后送至循環液緩沖器，在進行冷卻和緩沖后，由循環液緩沖器底部接磁力增 壓泵，經該磁力增壓泵提供循環壓力，至雙端面機械密封中上機封與下機封之間的腔室B， 對上機封、下機封進行潤滑和冷卻后，由腔室B上部接口再回到循環液緩沖器進口管道進 行循環使用。釜用機械密封，一般不同于泵用機械密封，反應釜工藝條件變化大、壓力波動大， 開停車頻繁和間歇操作，且因反應釜操作壓力高、介質特性特殊，即有毒、有害，或易燃易 爆，一般設計為雙端面機械密封，其介質端端面下置冷卻潤滑循環液，該端面承受釜內介質 與循環液之間的密封，并要求該循環液不能與介質產生反應或影響介質的特性及產品質量，并要求無毒、無害、無腐蝕、流動性好、潤滑性能、導熱性能好、氣化溫度高等特點，如軟 水。而另一密封端面則負責循環液與外界大氣之間的密封。該氟橡膠反應釜機械密封機 構，一是保證一定的壓力來平衡上機封，二是有相應的循環液冷卻設備，三是有循環液的流 動驅動設備。如此來確保循環液對密封端面的冷卻與潤滑，且該氟橡膠反應釜機械密封機 構的好壞與是否完全滿足于機械密封的使用要求將直接影響到機械密封的使用壽命和損 壞程度。在結構上，因循環液壓力的存在，循環液與介質壓差較小，其上端面機械密封一般 采用非平衡式結構，而循環液與外界大氣壓差較高，其下端面一般采用平衡式結構。機械密封的結構形式為機械密封裝于攪拌下軸之上，攪拌上軸與攪拌下軸之間 采用花鍵連接，攪拌上軸的支撐即軸向力與徑向力由反應釜中的四氟軸套承受。即，上機封 端面與攪拌上軸之間有一體積約5L的腔室。同時，所述上機封設計為非平衡式機械密封， 并采用外流式，下機封設計為平衡式機械密封，并采用內流式。其密封形式為因上密封端面負責承受反應釜底部液固相壓力與循環液取釜內氣 相平衡壓力之間的密封，其兩側密封壓差小，故為非平衡式機械密封，動環與靜環之間的承 壓作用力由彈簧壓力與介質(循環液及釜介質)壓力施加在密封端面的壓力提供，隨循環 液和釜內介質壓力的變化較大，更有助于密封。而下密封端面負責承受高壓循環液與大氣 常壓之間的密封，其兩側密封壓差大，故為完全平衡式機械密封，動環與靜環之間的承壓作 用力僅由彈簧壓力提供，隨循環液壓力變化較小。在所述反應釜中的攪拌下軸與攪拌上軸之間還設置有支撐環。該支撐環用于傳遞 上攪拌軸及攪拌的軸向力傳遞到下攪拌軸的軸承座之上，使四氟軸套不再承受攪拌軸與攪 拌施加的軸向力，而只承受徑向力，這有助于延長該四氟軸套的使用壽命。減少了因四氟軸 套的損壞而對機封造成的影響。而為了保證支撐環具有良好的彈性、韌性，以及能在處于頻繁振動的工作環境中 長期使用，所述支撐環是用聚四氟乙烯制成。與現有技術相比，本實用新型的優點在于1、循環液壓力便始終高于反應釜內部壓力，特別是在機械密封上密封端面處，使 循環液始終充滿上雙端面機械密封的密封端面形成無離子水的密封液膜，增加機封上密封 端面的使用壽命。這樣，反應釜內的乳液就不易進入上機封端面，而進入循環液系統。因無 離子水可允許少量漏入反應釜內而不會影響工藝和生產。故允許雙端面機械密封的上密封 端面有一定的內泄漏，即在雙端面機械密封的上密封端面有內漏后，機封可繼續使用，直到 計量泵提供的循環液壓力因泄漏而已不能維持高于釜內最高壓力的為止。2、檢查和檢修方便，循環泵和循環管道未出現固態橡膠或其它雜質堵塞；攪拌上 軸的四氟軸套磨損很小，并可繼續使用；上、下機封及其它零部件的磨損較小，不用換件，直 接返修即可。同時，使用后期，因內泄漏而進入反應釜內的循環液，并沒有影響到產品質量。3、本實用新型采用計量泵對輔助機構進行恒供壓和提供循環液，并將原有的循環 閉路系統改為開路系統，循環液通過檢測口可檢查循環液的干凈程度，并可直接外排，同時 循環液緩沖器也不需要間歇補加循環液。4、本實用新型提供了高壓，壓力來源由計量泵提供，取消從循環緩沖器上部引釜 內氣相操作壓力，并通過循環液緩沖器上部的電接點壓力表自動控制循環液壓力磁力增壓 泵仍為循環液提供循環動力。[0022]5、在攪拌下軸上端花鍵處增加了支撐環，用于傳遞上攪拌軸及攪拌的軸向力傳遞 到攪拌下軸的軸承座之上。使四氟軸套不再承受攪拌軸與攪拌施加的軸向力，而只承受徑 向力，減少了因四氟軸套的損壞而對機封造成的影響。6、取消壓力平衡，還可防止反應釜內氣相介質與循環液接觸產生反應而生成橡膠 膠乳，同時將循環液貯罐作循環液緩沖罐使用，以降低計量泵運行時產生的脈動現象；有助 于機械密封的使用。

圖1為現有的氟橡膠反應釜機械密封機構的結構圖；圖2為本實用新型的結構圖。
具體實施方式
下面將結合附圖和具體實施對本實用新型作進一步說明；參見圖2，一種新型氟橡膠反應釜機械密封機構，包括機械密封組，所述機械密封 組，所述機械密封組包括磁力增壓泵8、循環緩沖器7、反應釜10，在該機械密封機構中還設 有一輔助機構，所述輔助機構包括自循環液貯槽16，計量泵17，反應釜10下端連接有雙端 面機械密封3，所述反應釜10中與雙端面機械密封3之間形成有腔室A9 ；所述磁力增壓泵 8、循環緩沖器7、反應釜10之間依次連接，形成閉合的回路，所述自循環液貯槽16與計量泵 17的進水口連接，計量泵17的出水口與循環緩沖器7連通；在計量泵17還電聯有一電接 點壓力表15，所述電接點壓力表15還和循環緩沖器7電聯；所述反應釜10包括攪拌下軸 4、軸套5、攪拌上軸6，所述攪拌下軸4安裝在攪拌上軸6內，攪拌上軸6與攪拌下軸4之間 采用花鍵連接，攪拌下軸4與攪拌上軸6之間存在間隙，并在該間隙中安裝有一聚四氟乙烯 制成的支撐環11，即軸向力與徑向力由反應釜中的支撐環11承受。所述軸套5套接在攪拌 上軸6的外壁上；所述雙端面機械密封3內部的兩端還安裝有上機封13、下機封14，所述上 機封13、下機封14與雙端面機械密封3之間形成腔室B12，上機封13端面與攪拌上軸6之 間形成的腔室A9的體積約5L ；同時，雙端面機械密封3上端面密封設計為外流式，雙端面 機械密封3下端面密封設計為內流式。所述雙端面機械密封3通過軸承座2與聯軸器1連 接。輔助機構壓力源由自循環液貯槽16到計量泵17提供，取消從循環液緩沖器7上部引 釜內氣相操作壓力，自循環液貯槽16內的循環液經計量泵17增壓后送至循環液緩沖器7， 在進行冷卻和緩沖后，由循環液緩沖器7底部接磁力增壓泵8，經該磁力增壓泵8提供循環 壓力，至雙端面機械密封3中上機封13與下機封14之間的腔室B12，對上機封13、下機封 14進行潤滑和冷卻，后由腔室B12上部接口再回到循環液緩沖器7進口管道進行循環使用； 并通過循環緩沖器上電接點壓力表控制來計量泵開停，以確保輔助機構的壓力在一定范圍 之內。計量泵17提供高壓，通過循環液緩沖器7上部的電接點壓力表15自動控制循環 液壓力2. 6 2. 7MPa,以確保上機械密封端面處循環液壓力高于反應釜10底部液固相壓 力0. 1 0. 2MPa為宜，即機械密封上端面的密封壓差相對增大，特別是在反應釜10反應初 期，因釜內壓力會由0逐漸上漲到最高操作壓力2. 5MPa，則初期上端面的密封壓差將達到 2. 6 2. 7MPa之多，而后逐漸減小。如此，循環液壓力便始終高于反應釜10內部壓力，特別是在機械密封的上機封13密封端面處，使循環液始終充滿上機封13密封端面形成無離 子水的密封液膜，增加機封上密封端面的使用壽命。這樣，反應釜10內的乳液就不易進入 上機封端面，而進入循環液系統。因無離子水可允許少量漏入釜內而不會影響工藝和生產。 故允許雙端面機械密封3的上密封端面有一定的內泄漏，即在雙端面機械密封3的上密封 端面有內漏后，機封可繼續使用，直到計量泵17提供的循環液壓力因泄漏而已不能維持高 于反應釜10內最高壓力的0. IMPa(2. 6MPa)為止。計量泵17的最大流量不得高于20L/h，即當雙端面機械密封3的上機封存在內泄 漏時，高壓反應釜10每2. 5h反應一次，生產工藝上所允許的循環液最高泄漏量50L/2. 5h， 即20L/h.這樣在雙端面機械密封3的上機封13密封端面有內漏的情況下，整個雙端面機 械密封3的使用壽命會更長。當然，計量泵17的最大流量在20L/h之內越高越好，其最高 額定操作壓力應為循環液最高操作壓力的1. 15 1. 25倍為宜。計量泵17選用容積式泵，即正位移泵，其出口壓力取決于管路特性，若出口或相 應管道堵塞，循環液壓力會一直上漲，不但會超過循環液緩沖器7的設計壓力，甚至或上漲 到設備或管線損壞為止。且循環液壓力應保持在一定的范圍之內，對機械密封的密封效果 會更好，而不易過高。首先是調節計量泵17內置安全閥壓力，確保壓力不超過2. 8MPa，起到 安全保護作用，但該壓力調節不是很穩定，誤差較大。本實施方式控制循環液壓力在2. 6 2. 7MPa之間，高于反應釜10內氣相最高壓力0. 1 0. 2MPa。即通過裝于循環液緩沖器7 上部的電接點壓力15表來自動控制計量泵17電機，當循環液壓力低于2. 6MPa時，電接點 壓力表15低位觸點接觸，通過中間繼電器自動啟動計量泵17電機，直到循環液壓力達到 2. 7MPa時，電接點壓力表15高位觸點接觸，通過中間繼電器使計量泵17電機斷電。由此來 保證循環液壓力始終在2. 6 2. 7MPa之間。因雙端面機械密封3的上機封13密封端面負責承受反應釜10底部液固相壓力 與計量泵17提供的循環液壓力之間的密封，其兩側密封相對增大，特別是在反應釜10反 應初期，因釜內壓力會由0逐漸上漲到最高操作壓力2. 5MPa,而循環液壓力恒定在2. 6 2. 7MPa之間，則初期上端面的雙端面機械密封3壓差達到2. 6 2. 7MPa之多，而后逐漸減 小。故該雙端面機械密封3端面需改造為平衡式機械密封，上機封13、下機封14的摩擦付 動環、靜環均需采用硬質合金；上下機封通過動環與靜環的接觸形成摩擦付，起密封作用， 動環與靜環之間的承壓作用力僅由彈簧壓力提供，摩擦損耗會更小，且隨循環液和釜內介 質壓力變化的影響較小，更有助于密封。在原有機械密封的使用過程中，在沒有循環液的情況下，先啟動了攪拌，造成了機 封缺液的干摩擦。這樣導致了雙端面機械密封3使用時間太短，如1 2天，且在檢修時發 現，雙端面機械密封3的摩擦付存在干摩擦現象。而本實用新型中采用了電接點壓力表15 上的壓力值范圍對磁力增壓泵8、計量泵17中的壓力調節來對雙端面機械密封3進行聯鎖 控制，防止操作失誤，即確保反應釜10攪拌主電機的啟動需待計量泵17與循環泵均啟動后 才能進行。
權利要求一種新型氟橡膠反應釜機械密封機構，包括機械密封組，所述機械密封組包括磁力增壓泵、循環緩沖器、反應釜，所述反應釜下軸安裝有雙端面機械密封，所述反應釜中與雙端面機械密封之間形成有一腔室A；所述磁力增壓泵、循環緩沖器、反應釜之間依次連接，形成閉合的回路，其特征在于還包括一輔助機構，所述輔助機構包括自循環液貯槽，計量泵，所述循環液貯槽與計量泵的進水口連接，計量泵的出水口與帶冷卻盤管的循環緩沖器連通；在循環緩沖器上還安裝有一電接點壓力表；所述雙端面機械密封內部的兩端分別為上機封、下機封，所述上機封、下機封之間形成一腔室B。
2.根據權利要求1所述的一種新型氟橡膠反應釜機械密封機構，其特征在于所述上 機封設計為非平衡式機械密封，并采用外流式，下機封設計為平衡式機械密封，并采用內流 式。
3.根據權利要求1所述的一種新型氟橡膠反應釜機械密封機構，其特征在于在所述 反應釜中的攪拌下軸與攪拌上軸之間還設置有支撐環。
4.根據權利要求1所述的一種新型氟橡膠反應釜機械密封機構，其特征在于所述支 撐環是用聚四氟乙烯制成。
專利摘要本實用新型公開了一種新型氟橡膠反應釜機械密封機構，它包括機械密封組和輔助機構，所述機械密封組包括磁力增壓泵、循環緩沖器、反應釜，所述反應釜下軸安裝有雙端面機械密封，所述反應釜中與雙端面機械密封之間形成有一腔室A；所述磁力增壓泵、循環緩沖器、反應釜之間依次連接，形成閉合的回路，所述輔助機構包括自循環液貯槽，計量泵，所述循環液貯槽與計量泵的進水口連接，計量泵的出水口與帶冷卻盤管的循環緩沖器連通；在循環緩沖器上還安裝有一電接點壓力表；所述雙端面機械密封內部的兩端分別為上機封、下機封，所述上機封、下機封之間形成一腔室B。本實用新型能有效的防止釜內介質泄漏出來，并延長了雙端面機械密封的使用壽命。
文檔編號F16J15/20GK201714981SQ201020297968
公開日2011年1月19日 申請日期2010年8月19日 優先權日2010年8月19日
發明者李劍 申請人:中昊晨光化工研究院