專利名稱:攪拌軸密封裝置的制作方法
本裝置適用于化工和其他行業中廣泛使用的罐外有驅動裝置，罐內帶有懸掛型攪拌的反應罐或儲罐，攪拌軸與反應罐的密封。本裝置可以作為正壓、負壓或正負壓兼有的設備使用。具有正壓型和正負壓兼有型。作正壓密封時壓力泛圍是0～4公斤／厘米2，作負壓密封時真空度泛圍是0～600毫米·汞柱。攪拌軸轉數泛圍是0～280轉／分。反應罐內允許溫度是0～105℃。反應罐內可以是任何介質。
對于懸掛型攪拌攪拌軸與反應罐的密封，雖然轉數較低，但是攪拌軸相對于反應罐具有很大的徑向晃動，并且這種晃動是一種復合運動。即攪拌以支承部分(壓力軸承)為球心的球面晃動和因攪拌軸彎曲，攪拌軸的偏心晃動為基本運動的復合運動。這種運動的復合程度與攪拌軸彎曲程度，攪拌整體偏心距，攪拌軸轉數，被攪拌介質的湍動情況等因素有關。并且隨時都在變化。被密封處攪拌軸上某一點相對于反應罐的運動是不規則的隨時在變的圓周運動。因此對懸掛型攪拌軸密封具有一定難度。采用填料箱、液封、通用型機械密封等一般方法都不能對攪拌軸進行有效的密封，尤其在載壓情況下更是如此。
本裝置出現前后，檢索了國內大量有關的刊物、書籍和近幾年國外主要國家的專利都未發現與本裝置相似的攪拌軸密封裝置。國內部分刊物上反映該項技術，并具有參考作用的刊物有1982年7月第一次印刷的化工設計手冊，材料與零部件(上)。統一書號15119、2144中第三篇機械密封、第二章機械密封的分類和結構設計、第三節各種傳動設備的機械密封、反應釜(773頁)提到“部分式機械密封，采用部分式結構的機械密封，攪拌器的傳動裝置及連軸節都不必拆卸，就可以直接裝拆摩擦副。部分式機械密封目前國內尚無使用實例，是一個值得研究的課題”(776頁)中。另外該手冊第三篇機械密封，第一章概論是對現有軸密封技術一個概括和總結。本篇第二章、第四章、第五章、第六章也具有參考作用。密封與防腐刊物1984年第1期(28頁)，攪拌機軸的新型真空密封一文中提到“英國的Laminated Plastic Products公司成功的研制了一種新型密封裝置，并獲得了專利權。……”本文繪有該裝置的剖面圖并有圖面說明。
化工和其他行業中的跑、冒、滴、漏現象不僅使消耗增加，成本上升，降低了經濟效益，而且也危及操作者安全，給操作者增加了多余的工作量。同時跑、冒、滴、漏也嚴重影響著化工和其他行業的文明生產。造成跑、冒、滴、漏現象其中軸洩漏有著經常的危害性。軸洩漏在跑、冒、滴、漏中占有較大比重。解決攪拌軸的洩漏問題不僅有防止跑、冒、滴、漏的意義而且也為在反應罐中進行的化學反應或物理過程創造了一個必須的壓力、溫度條件。作為對旋轉軸密封較為系統的研究，解決目前國內尚無使用實例的可拆卸型，同時還要具備很高的密封性，較長的使用周期，廣泛的適應性，能耐很大的徑向擺動，造價不高于機械密封的攪拌軸密封問題。這是本實用新型的目的。
本實用新型的主要特征是避免了一般軸密封方法不能適應的很大的徑向擺動，而采取了攪拌軸與反應罐的柔性連接與自密封、端面密封相結合的并具有“外壓式”攪拌軸密封裝置。“外壓式”方法是基于下面的道理而采用的。當對一個圓柱形橡膠筒(與攪拌軸和反應罐柔性連接件相似)內充氣后橡膠筒將比未充氣前強度明顯增加。就象柔軟的自行車胎充氣后能負重一樣。但是如果在橡膠筒外面加壓，即外面壓力大于里面，并且在橡膠筒里襯有螺旋彈簧鋼絲為使橡膠筒不至于被壓扁。那么情況會和前面相反橡膠筒的強度(挺度)比未加壓前反而下降了，即筒體的柔性增加了。這就決定了反應罐與攪拌軸的連接是采用“外壓式”(在反應罐為正壓時)。以使在載壓情況下，柔性連接部分對攪拌軸較大徑向晃動具有更大的適應性。另外采用“外壓式”對密封部分進行水冷也理為有利。“外壓式”也可充分利用反應罐內介質上層空間，而不占有反應罐外部空間，不必對攪拌進行較大改進就可以使用本裝置密封。
圖1是這一軸密封裝置作為正壓使用時(正壓型)總裝剖視圖。圖2是這一軸密封裝置作為負壓使用時(正負壓兼有型)總裝剖視圖。圖1中序號(1)是伸向反應罐內的攪拌軸在密封處部分。圖中(11)是這一裝置的主要部件——V形密封套。這一密封套是以橡膠或其他材質為主體，橡膠中夾有螺旋彈簧鋼絲和線網。V形密封套的作用是抗外壓、抗扭轉、抗拉伸和適應攪拌軸的晃動。V形密封套上端由壓蓋(15)、止漲蓋(14)通過壓緊螺絲(16)(8個)與控制架(10)和橡膠墊圈(19)固定在反應罐密封口(17)處，與反應罐形成靜密封。V形密封套下端通過軸套瓦(6)和(5)(軸套瓦(6)和(5)為一體)與自密封套(4)用緊固架(7)連接緊。軸套瓦(5)與卡瓦(12)構成端面密封，是此密封裝置的“第二道防線”，也起到防止V型密封套被往上壓的作用。(13)是合緊卡瓦的螺栓。緊固架(7)在控制架(10)的下面與之配合還起防止V形密封套扭轉和上移的作用。然而一般情況緊固架(7)是不與控制(10)接觸的，只有當V形密封套使用到后期自身抗扭轉能力下降后和端面密封被嚴重磨損后，緊固架和控制架才起到保護V形密封套的作用。圖中(8)是鎖緊緊固架的螺栓，(9)是臥在緊固架上端可轉動的滾珠。(18)是固定在反應罐密封口外邊冷卻水擋圈，(3)是固定在攪拌軸上隨軸一起轉動的冷卻水收集罐。(2)是固定收集罐的喉箍和膠圈。(20)是預套在軸上的備用自密封圈。(21)和(22)分別是冷卻水外加管和過量冷卻水壓出管。
攪拌軸(1)在密封處(從自密封套(4)的下端到卡瓦(12)的上端)應為不銹鋼材質(ZG1Cr18Ni9Ti)在密封處不圓度不低于0.03，在密封處不直度不低于5毫米／米，在密封處摩擦部分光潔度在
9－
10為好。自密封套(4)材質為天然橡膠或合成橡膠，具體材質根據介質情況和溫度選定。為了保證自密封套的自密封作用，要使自密封套與攪拌軸和軸套瓦(6)和(5)的配合為過盈配合，過盈量為0.06。下端尖角在15°～20°。軸套瓦(6)和(5)為一體，但是為兩半型，以利于更換和安裝。軸套瓦(5)與攪拌軸為動配合，間隙量為0.5～2.5毫米，材質為聚四氟乙烯SFBN－2或橡膠。軸套瓦(5)下端的尖角為15°～20°，以利用聚四氟乙烯的“冷流”性起一定的自密封作用和減少自密封套(4)的磨損作用。軸套瓦(5)下端外緣有軸向數條溝槽以增強與自密封套(4)的配合。軸套瓦(5)的上端面與卡瓦(12)構成端面密封，故上端面表面光潔度應在
7－
8，端面平直度不低于0.0005毫米。軸套瓦(6)材質為A3即可。軸套瓦(6)與(5)是用模壓成型貼合的。V形密封套(11)是這一密封裝置主要部件。V形密封套受有較為復雜的力。可以把這種力分解為三種基本的力1.在載壓情況下受有從套外往里的均勻的壓力。2.在載壓情況下因卡瓦(12)的反作用力使V形密封套受有軸向的拉力。3.在攪拌旋轉時，因自密封套(4)尖部、軸套瓦(5)內徑和上端面對攪拌軸的摩擦力而使V形密封套受有與攪拌軸旋轉方向一致的扭轉作用。除了這三種基本的力之外，V形密封套上口和下口還受有靜壓力，某些局部地方還受有彎曲力。故由此而決定了V形密封套的結構和材質。V形密封套的主體為天然橡膠、合成橡膠，較為柔軟的塑料或金屬波紋管式。具體材質要根據介質和罐內溫度選定。V形密封套軸向斷面靠里面 1/3 位置繞有直徑0.8－3毫米(根據壓力和套直徑選定)，若干圈彈簧鋼絲(YB248－64)。每圈鋼絲中心間距為8－20毫米(根據壓力和套直徑選定)。夾在橡膠中的螺旋彈簧鋼絲，將使V形密封套能夠承受預定的外壓而不變形，并且仍具有一定的柔性。但是V開密封套中只夾有支撐螺旋彈簧鋼絲還不能承受較大的外壓。因為當外壓足夠大時，整個套將會沿彈簧鋼絲旋轉方向扭轉。這時因為當外壓足夠大時，將迫使彈簧圈直徑縮小，彈簧圈將會沿原纏繞方向繼續纏繞從而帶動整個套扭轉。故V形密封套斷面里 2/3 位置(在螺旋彈簧外側)夾在左旋和右旋各一層，與周向(水平方向)成30°夾角的螺旋棉線網。密度為線徑0.5毫米，2－3根／厘米。另外為使V形密封套能夠承受軸向拉力，要在斷面里面 1/4 位置(在螺旋彈簧里側)夾有軸向棉線網。密度為線徑0.5毫米，3－4根／厘米，一層，上端口和下端口為二層。當V形密封套作負壓使用時，即為“內壓式”時，與周向(水平方向)成30°夾角的左旋和右旋各一層棉線網將起到防止V形密封套膨脹變形。故V形密封套夾層里共有三層(上端口和下端口各為四層)不同方向的線網和若干圈螺旋彈簧鋼絲。緊固架(7)為兩半型，用螺栓(8)連接。緊固架與螺栓的材質根據介質情況可選為A3或不銹鋼等。緊固架上端面滾珠與緊固架是動配合。控制架(10)為兩半型，上端壓緊緊面接口處為
形子口連接并用鉛油或油灰密封，下端面與滾珠(9)相對的底面為球面的一部分。球面是以支承部分(壓力軸承)為球心，從壓力軸承到控制架底面為半徑的球體，控制架(10)材質為25號或30號普通碳鋼或不銹鋼，要根據介質選定。卡瓦(12)為兩半型，下端有V形對中槽，與軸套瓦(5)端面配合部分的光潔度為
9－
10，端面平直度不低于0.0004毫米。卡瓦的兩半在安裝時下端接觸部分應墊上1－2層聚四氟乙烯生料帶，以填充兩半卡瓦之間，卡瓦(12)與攪拌軸(1)之間的間隙提高密封性。卡瓦(12)在安裝時與軸套瓦(5)的配合以輕壓為準，以避免載壓較高時，端面密封有過大的比壓。止漲蓋(14)與壓蓋(15)均為兩半形，并使斷口錯開，接口處為
形子口連接，材質為普通低碳鋼。(19)為橡膠密封墊，橡膠種類根據介質及濕度選定。冷卻水擋圈(18)高度及直徑根據反應罐口情況、冷卻水多少而定。如果不需冷卻或冷卻水很少則可以不設，外冷卻水管(21)、過量冷卻水壓出管(22)和冷卻水收集罐(3)只有當反應罐內溫度較高超過85℃，V形密封套(11)和自密封套(4)是天然橡膠，反應罐內介質又不允許水混入時才有必要安裝使用。如必須安裝上述管路，管路材質為普通低碳鋼或不銹鋼，公稱直徑4－8毫米。冷卻水的供給量根據罐內溫度靈活控制。
整個密封裝置除V形密封套(11)和自密封套(4)外均為兩半、可拆卸型。自密封套(4)尖端易被磨損，V型密封套壽命較長。在攪拌設備安裝時可將1－2個自密封套預套在攪拌軸上作備用件。如果密封裝置作負壓或正負壓兼有的反應罐使用要注意自密封套套入時的方向。
用于負壓或正負壓兼有的反應罐攪拌軸密封裝置大體與用于正壓的相仿。不同之處為軸套瓦(6)和(5)上、下兩端相同，均可套上自密封套(4)。上端起負壓密封，下端起正壓密封，沒有卡瓦(12)及緊卡瓦螺栓(13)。作為正壓時緊固架(7)滾珠(9)與控制架(10)接觸，控制V形密封套(11)上移。作為負壓時，V形密封套處于“內壓”狀態。
本實用新型解決了具有很大徑向擺動的攪拌軸密封問題。它不僅具有機械密封所具有的一般性能，如可靠的密封性、較長的使用周期，對介質廣泛的適應性等。而且具有它自己的特征和更為優異的方面1.對攪拌軸的徑向擺動有很大的適應性，可以是設備允許的最大擺動量。不需要對攪拌軸的徑向擺動進行任何約束。2.大部分密封件是可拆卸型。只有兩個密封件不可拆卸，但是可以在攪拌安裝時預套在軸上。在需要檢修或更換密封裝置時不必拆卸整個攪拌就可進行。3.利用本裝置的原理可以根據具體的需要設計各種類型的密封裝置。例如反應罐內壓力低于1.2公斤／平方厘米時可以采用簡易型密封裝置V形密封套(11)和自密封套(4)為一體，不需要軸套瓦(6)和(5)、卡瓦(12)、緊固架(7)、控制架(10)，這就使結構大大減化，造價降低許多。又如當壓力在4－7公斤／平方厘米、攪拌軸擺動量不太大時，可以強化V形密封套結構適應較高壓力。4.按各種情況平均值計算本密封裝置造價稍低于機械密封。
實施例本裝置經1981——1983年多次試驗和修改后確定了一個較為合理的結構。完全實施上述攪拌軸密封方法證明，它不僅具有機械密封所具有的一般性能，而且具有它自己的特征和更為優異的方面。本裝置實施過程如下圖1和圖2中比例為11.5。其中攪拌軸直徑為36毫米、V型密封套(11)上口直徑為170毫米、下口外徑為66毫米、高150毫米，其他尺寸略。
攪拌為懸掛型罐口最大擺動量16毫米。攪拌軸轉數為90轉／分和300轉／分。反應罐內最大壓力為4公斤／平方厘米(充有壓縮空氣和蒸汽的混合氣體)；最大真空度為600毫米·汞柱；反應罐內最高溫度為105℃。反應罐內介質為氫氧化鉀與錳酸鉀混合液。這一裝置在多次較長時間實驗中密封可靠，無任何洩漏。整個密封裝置運轉正常。并且端面密封處、自密封尖角部分、軸套瓦(6)和(5)內徑均無明顯磨損。V型密封套(11)完好，無任何變化。
權利要求
1.一種攪拌軸密封裝置(正壓型)，它具有構成自密封的自密封套(4)、軸套瓦(6)和(5)、攪拌軸，構成自密封式端面密封的軸套瓦(5)、卡瓦(12)，本實用新型的特征是采用了攪拌軸與反應罐的柔性連接件V型密封套(11)。
2.如權利要求
1所述的裝置，正負壓兼有型具有兩個方向相反的自密封套(4)、軸套瓦(6)和(5)、V型密封套(11)。
3.如權利要求
1所述的裝置，簡易型具有一個自密封套(4)和V型密封套(11)，并且兩者為一體。
4.如權利要求
1所述的裝置，其中軸套瓦(6)和(5)，卡瓦(12)、緊固架(7)、控制架(10)、止脹蓋(14)、壓蓋(15)均為兩半的可拆卸型。
5.如權利要求
1，權利要求
2或權利要求
3所述的裝置，其中自密封套(4)材質為天然橡膠或合成橡膠。
6.如權利要求
1或權利要求
2所述的裝置，其中軸套瓦(5)材質為聚四氟乙烯或橡膠。卡瓦(12)材質為不銹鋼或各種低、中碳鋼。
7.如權利要求
1、權利要求
2或權利要求
3所述的裝置，攪拌軸與反應罐的柔性連接件V型密封套(11)材質為天然橡膠、合成橡膠、柔軟塑料，其中夾有彈簧鋼絲和線網，或者是金屬波紋管式。
8.如權利要求
1或權利要求
2所述的裝置，V型密封套(11)下端與自密封套(4)和軸套瓦(6)和(5)的連接是靠緊固架(7)箍緊的。其材質為不銹鋼或各種低、中碳鋼。
9.如權利要求
1或權利要求
2所述裝置，控制架(10)材質為不銹鋼或各種低、中碳鋼。
專利摘要
在化工和其他行業中廣泛使用的罐外有驅動裝置，罐內帶有懸掛型攪拌的反應罐或儲罐。因為懸掛型攪拌運轉時具有很大的徑向擺動，所以在載壓情況下對攪拌軸與反應罐的密封是一個較為困難的問題。本裝置是采用攪拌軸與反應罐的柔性連接，自密封和自密封式端面密封相結合的方法。這一裝置的特征是很大的徑向擺動適應性；可拆卸性；類型多樣性和造價低于機械密封。本裝置可以作為正壓、負壓或正負壓兼有的設備使用。具有一般的溫度和壓力適用范圍。并適用于任何介質。
文檔編號F16J15/54GK85201118SQ85201118
公開日1986年2月19日 申請日期1985年4月21日
發明者朱雨秀 申請人:朱雨秀導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan