反应釜用剖分式机械密封设计要点.docx

本科毕业设计开题报告

题目：反应釜用剖分式机械密封设计

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单　　位
西南石油大学

目录
目录 1
1、设计目的 2
2、国内外现状 2
3、方案拟定 4
4、后续的设计的进程安排 5
参考文献 6
反应釜用剖分式机械密封设计
1、设计目的
反应釜是石油化工等行业的重要设备，是整个化工工艺流程的主要生产装置之一。其旋转轴机械密封装置是反应釜乃至整个工艺流程可能发生故障最频繁的部位之一，一旦密封发生故障需要检修时整体式机械密封装置拆卸麻烦、维修周期长，因此人们一直致力于研究开发剖分式机械密封，以求在不拆卸轴上零部件的情况下完成机械密封件的更换。而现有剖分式密封相对整体式密封在结构上保证密封的可靠性存在一些问题，从而难以满足工作环境对密封性能的要求，对在高压、高温、腐蚀工况下工作的大型反应釜更是如此。为此，本文针对某大型反应釜用密封进行了剖分式密封结构设计
2、国内外现状
反应釜的旋转轴密封装置是反应釜乃至整个工艺流程发生故障最频繁的关键部位之一，一旦整体式密封发生故障需要检修时，整体式机械密封装置拆卸十分麻烦，维修周期长，因此密封界一直致力于研究开发剖分式机械密封件，以求在不拆卸轴承、减速机、电机等部件的情况下完成机械密封件的更换。剖分式机械密封即将密封装置主要的密封件，包括密封端盖、密封副、传动套、橡胶圈等，都设计成剖分式的结构，密封件剖分面通过螺钉链接或插接式连接。这种结构形式的密封装置无须拆卸反应釜的其他装置即可直接进行安装、拆卸等工作，大大的降低了设备的安装、维修成本。
下面简单介绍国内外研究状况：
2.1国外现状：
1、1991年日本Nagai Yataro等发明了“带有剖分环的机械密封”, 其密封环被一个带预制沟槽的支撑环覆盖住, 用“O”环镶嵌在预制的槽中。[1]
图1
2、1997年Bessette等发明的“完全剖分集装式机械密封”, 由两个部分组成, 每部分依据集装式设计标准设计。装配采用定位螺丝把密封装配固定在转轴上, 用套筒和槽来固定静组件于密封腔上。结构非常简单、操作方便、安装时无需测量或推测工作。[2]
图1
3、尽管如此, 剖分式机械密封并未获得真正的应用。直到2003年才由德国Burgmann公司生产出产品并应用于水处理、制浆和发电等工业装置中[3]（图1）。
2.2国内现状：
1、马卫东开展剖分式机械密封研究较早, 2000 年发明了一种用于大型反应釜和大型泵的分体式机械密封, 其动环通过推环、传动环固定成一体, 动环、推环、传动环均由对称两部分组成、且分别由具有斜面的两个半夹紧环固定; 静环、静环座、压紧螺母固定为一体, 静环、静环座上的具有斜面的两个半夹紧环夹紧。[4]
2、2003年合肥通用机械研究所对剖分式机械密封进行试验和工程应用研究后,
参照德国博格曼公司研究和生产部分剖分式机械密封产品。共设计制造了20多套单端面、小弹簧结构剖分式机械密供石化行业使用(图2)，但是试验证明，该完全剖分式机械密封装置在釜内压力为0.05MPa、常温的工况下运转良好，在将釜内压力升高至0.1MPa时，有大量气泡逸出，但是将釜内压力升高至0.15MPa时，有大量的气泡逸出。故该剖分式机械密封适合于工作参数低的工况下使用，不适用于压力大于的0.1MPa反应釜轴封。[5] [6]
图2
3、2008年杨启明开展了反应釜用剖分式机械密封设计研究, 利用有限元法分析了辅助密封圈的应力应变状况, 提出了分型面连接结构本
设计方案主要针对剖分式机械密封装置中密封圈的结构进行了改进，并对相关零部件进行优化设计 [7]
3、方案拟定
一般地，机械密封主要由以下三大部分组成：a．由静止环(静环)及旋转环(动环)组成的端面，二者通常为研磨面，被称为摩擦副；b．辅助密封圈，也是机械密封装置中较为关键的密封件；C．使旋转环同轴一起作旋转运动的传动机构。
方案一：具有扣形结构的剖分式机械密封圈
扣式密封圈：接口处采用扣式结构。如图3所示，密封圈接口的两端相问地分布有扣和相同形状的密封腔，接口两端分布相反。另外，密封腔底部设有一层粘胶，以保证扣形结构和密封腔的紧密接合，并能有效防止扣形结构脱离密封腔，保证了密封圈工作的可靠性。图4分别为扣式密封圈接口示意图。

优点：保证了密封的紧密性与可靠性。采用一端剖分式，结构简单，安装、维修与更换方便。无须拆卸反应釜轴上的其他装置即可直接进行安装、维修等工作，减少维修时间，节约维修成本，有效地解决了某些釜用密封件不易拆卸的困难。
缺点;制作工艺稍复杂
方案二：嵌入方式
嵌入的那头（图中1）有一个小方块，小方块下边有一条弹簧，可以上下伸入伸出，安装时嵌入2的上方和方块吻合的小开口，并且伸出后刚好缩回金属外圈内，
1

图5

优点：直接进行安装、维修等工作，减少维修时间。
缺点：制造较复杂，且在实际工作中，图中的设计使得强度降低，在使用过程中极易出现问题。
方案三：搭接式弹性密封
密封机理:该环依靠自身弹力的作用, 上搭接头有突出部分与相对应的搭接头的凹槽相契合，使其外圆与安装孔内表面紧密贴合而达到预紧式密封。（如图6）
优点：1、密封可靠。搭接式弹性密封环受修配精度、工作温度、磨损和转速等工况因素的影响较小, 使用寿命长, 密封可靠;
2、装配简捷。搭接式弹性密封环装配工艺简单, 方便快捷, 在基本安装尺寸选准、径向间隙贴合度好的前提下,装配过程简化、省时、
易行, 大大缩短了选配时间, 维修效率得到很大提高。
图6
3、效费比高。搭接式弹性密封环不仅初装成功率
高,
而且使用寿命较长, 不易失效, 所以更换率较低, 损耗
较小。
综合各方面因素考虑，比较优缺点后，我认为方案三是最合理的选择，
4、后续的设计的进程安排
1．利用2周时间查阅相关资料，确定设计方案和论文结构，准备开题答辩
2. 在开题答辩之后，用7周时间进行设计计算、绘图、英文翻译。
3．用1周设计计算说明书、抄写翻译稿、进一步完善图纸。
4．用1周交出所有文件，供指导老师审阅。
5．用1周改错，准备答辩。
参考文献
[1] Nagai Yataro, MitsuyoshiMatsushita, Yuji Yamauchi. Mechanical seal including a sp lit ring: US, 5067733A [P]. 1991 - 11 -26.
[2]拉多萨夫J J,杜迪克D M,布劳尔Q T,等. 剖分式机械密封:中国, 1094139A[ P ]. 1994 - 10 - 26.
[3] Burgmann p resents sp litex2a fully sp lit single mechanical seal in cartridge design for pump s[ J ]. Scandinavian Oil2GasMagazine, 2003 (7 /8): 128.
[4] Giard B. Mechanical seal assembly: US, 2007267818 [ P ]. 2007
- 11 - 22.
[5]马卫东. 分体式机械密封: 中国, 2378578Y[ P ]. 2000 - 05- 17.
[6]邵嘉兴,姚黎明,李鲲,等. 完全剖分式釜用机械密封结构分析[ J ]. 流体机械, 2003, 31 (8) : 36 - 38.
Shao J iaxing, Yao Liming, Li Kun, et al. Research of All Sp lit Caldron Mechanical Seal [J]. Fluid Machinery, 2003, 31 (8):36 - 38.
[7]李振环，李妍.釜用剖分密封结构的设计特点及应用[ J ].流体机械，2002， (l):42
[8]杨启明,张圆. 反应釜用剖分式机械密封设计[ C ] / /中国化工学会化工机械专业委员会. 化工机械新技术研究进展(2008年化工机械年会) , 上海: 华东理工大学出版社,2008: 566 - 569.