【文章內(nèi)容簡介】 上。結(jié)構(gòu)非常簡單、操作方便、安裝時(shí)無需測量或推測工作。 Reagan 發(fā)明了“剖分式機(jī)械密封環(huán)及其使用” ,這種環(huán)至少分為兩瓣 , 并用特殊對(duì)準(zhǔn)夾具對(duì)齊。在每個(gè)環(huán)段剖分面上有一個(gè)弧形凹槽 , 把對(duì)準(zhǔn)夾具放入一個(gè)環(huán)段剖分面上的弧形凹槽內(nèi)并固定 ,以便 能進(jìn)行另一環(huán)段剖分面的固定。安裝時(shí) , 必須確保每個(gè)環(huán)段對(duì)中 , 以便在安裝操作時(shí) , 盡可能地減少對(duì)準(zhǔn)夾具對(duì)密封環(huán)損害 , 并盡可能地減少泄漏造成的不對(duì)中。盡管如此 , 剖分式機(jī)械密封并未獲得真正的應(yīng)用。 盡管如此 , 剖分式機(jī)械密封并未獲得真正的應(yīng)用。直到 2021 年才由德國 Burgmann 公司生產(chǎn)出產(chǎn)品并應(yīng)用于水處理、制漿和發(fā)電等工業(yè)裝置中 [3]（圖 1）。 2021年美國 Giard[ 4]發(fā)明了“剖分式機(jī)械復(fù)合密封裝置” ,同年 Boyson提出了離心流體裝置用剖分式密封技術(shù)的可靠性問題 , 指出要使得剖分式 密封能被廣泛使用 , 需要尋找更大的密封壓力適用范圍。然而 , 提高密封壓力所增加的應(yīng)力不僅導(dǎo)致整個(gè)組件產(chǎn)生較大變形 , 而且也使剖分環(huán)瓣產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng) ,需要對(duì)所使用的材料進(jìn)行非線性變形和應(yīng)力計(jì)算。 國內(nèi)現(xiàn)狀 馬衛(wèi)東開展剖分式機(jī)械密封研究較早 , 2021 年發(fā)明了一種用于大型反應(yīng)釜和大型泵的分體式機(jī)械密封 , 其動(dòng)環(huán)通過推環(huán)、傳動(dòng)環(huán)固定成一體 , 動(dòng)環(huán)、推環(huán)、傳動(dòng)環(huán)均由對(duì)稱兩部分組成、且分別由具有斜面的兩個(gè)半夾緊環(huán)固定 。 靜環(huán)、靜環(huán)座、壓緊螺母固定為一體 , 靜環(huán)、靜環(huán)座上的具有斜面的兩個(gè)半夾緊環(huán)夾緊 [5]。 2021 年合肥通用機(jī)械研究所對(duì)剖分式機(jī)械密封進(jìn)行試驗(yàn)和工程應(yīng)用研究后 , 參照德國 博格曼公司 研究和生產(chǎn)部分剖分式機(jī)械密封產(chǎn)品。 共 設(shè)計(jì)制造了 20 多套單端面、小彈簧結(jié)構(gòu)剖分式機(jī)械密供石化行業(yè)使用 (圖 )，但是試驗(yàn)證明，該完全剖分式機(jī)械密封裝置在釜內(nèi)壓力為 、常溫的工況下運(yùn)轉(zhuǎn)良好，在將釜內(nèi)壓力升圖 1 反應(yīng)釜剖分式機(jī)械密封裝置的設(shè)計(jì) 3 高至 時(shí)，有大量氣泡逸出，但是將釜內(nèi)壓力升高至 時(shí)，有大量的氣泡逸出。故該剖分式機(jī)械密封適合于工作參數(shù)低的工況下使用，不適用于壓力大于的 反應(yīng)釜軸封 [6] 。 2021 年艾志工業(yè)技術(shù)集團(tuán)公司報(bào)道了其成功地 CHESTERTON442[7]。 剖分式機(jī)械密封應(yīng)用于大亞灣核電站工況為出口壓力 015 MPa, 溫度小于 50℃的冷卻循環(huán)水泵的情況 2021 年楊啟明開展了反應(yīng)釜用剖分式機(jī)械密封設(shè)計(jì)研究 , 利用有限元法分析了輔助密封圈的應(yīng)力應(yīng)變狀況 , 提出了分型面連接結(jié)構(gòu)本 設(shè)計(jì)方案主要針對(duì)剖分式機(jī)械密封裝置中密封圈的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)，并對(duì)相關(guān)零部件進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì) [8] 。 本文以 反應(yīng)釜的剖分式機(jī)械密封 設(shè)計(jì)理論為基礎(chǔ)，介紹了 從聚合式反應(yīng)釜到機(jī)械密封裝置 設(shè)計(jì)的 全過程。其中第 二 章講述了 設(shè)備方案工作原理 和結(jié)構(gòu)選材等內(nèi)容 ，第 三章結(jié)合理論基礎(chǔ)介紹了 反應(yīng)釜及剖分式機(jī)械密封 設(shè)計(jì) 。第四章介紹了本鉆井井身設(shè)計(jì)軟件的 本次設(shè)計(jì)的總結(jié)，最后參考文獻(xiàn)與附圖紙 西南石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 2 設(shè)備方案 工作原理 簡單介紹 機(jī)械攪拌反應(yīng)釜 攪拌容器分罐體和換熱元件兩部分，主要有封頭和筒體組成，多為中、低壓壓力容器；攪拌裝置有攪拌器和攪拌軸組成，其形式通常由工藝而定；傳動(dòng)裝置是為帶動(dòng)攪拌裝置設(shè)置的，主要有電動(dòng)機(jī)、減速器、聯(lián)軸器和傳動(dòng)軸等組成；軸封裝置為動(dòng)密封，一般采用機(jī)械密封或填料密封；它們與支座、 人孔、工藝接管等附件一起，構(gòu)成完整的夾套反應(yīng)釜。一臺(tái)機(jī)械攪拌反應(yīng)釜主要有攪拌容器、攪拌裝置、傳動(dòng)裝置、軸封裝置、支座、人孔、工藝接管和一些附件組成。 換熱元件 常用的換熱元件有夾套和內(nèi)盤管。所謂夾套就是在罐體的外側(cè)，用焊接或法蘭連接的方式裝設(shè)各種形狀的鋼結(jié)構(gòu)，使其與容器外壁形成密閉的空間。在此空間內(nèi)通入加熱或冷卻介質(zhì)，可加熱或冷卻容器內(nèi)的物料。夾套的主要結(jié)構(gòu)型式有：整體夾套、型鋼夾套、半圓管夾套和蜂窩夾套等。本設(shè)計(jì)采用整體夾套，常用的整體夾套形式有圓筒型和 U 型兩種。圓筒型夾套是圓筒部分由夾套，傳 熱面積小，適用于換熱量要求不大的場合。 U 型夾套是圓筒部分和下封頭都包有夾套，傳熱面積大，是最常用的結(jié)構(gòu)。 根據(jù)夾套與罐體的連接方式不 圖 反應(yīng)釜剖分式機(jī)械密封裝置的設(shè)計(jì) 5 同，夾套可分為可拆卸式和不可拆 1— 攪拌器 2－ 罐體 3－夾套 4－攪拌軸 5－壓 卸式。可拆卸式用于夾套內(nèi)載熱介 出管 6－支座 7－人孔 8－軸封 9－傳動(dòng)裝置 質(zhì)易結(jié)垢、需經(jīng)常清洗的場合。工 程中使用較多的是不可拆卸式夾套。夾套肩與罐體的聯(lián)接處，做成錐形的稱為封口錐，做成環(huán)形的稱為封口環(huán)。當(dāng)下封頭底部有接管時(shí)，夾套底與罐體 封頭的連接方式也有封口錐和封口環(huán)兩種。內(nèi)盤管當(dāng) 反應(yīng)器的熱量僅靠外夾套傳熱，換熱面積不夠時(shí)常采用內(nèi)盤管。它浸沒在物料中，熱量損失小，傳熱效果好，但檢修較困難。內(nèi)盤管可分為螺旋形盤管和豎式蛇管。 罐體 罐體的作用是為物料反應(yīng)提供合適的空間。罐體的筒體基本上是圓筒，封頭常采用橢圓形封頭、錐形封頭和平蓋，以橢圓形封頭應(yīng)用最廣。根據(jù)工藝需要，罐體上裝有各種接管，以滿足進(jìn)料、出料、排氣等要求。為對(duì)物料加熱或取走反應(yīng)熱，常設(shè)置外夾套或內(nèi)盤管。上封頭焊有凸緣法蘭，用于攪拌機(jī)器與機(jī)架的聯(lián)接。操作過程中為了對(duì)反應(yīng)進(jìn)行 控制，以及測量反應(yīng)物的溫度、壓力、成分及其他參數(shù)，容器上還設(shè)有溫度、壓力等傳感器。支座選用時(shí)應(yīng)考慮罐體的大小和安裝位置，小型的反應(yīng)釜一般用懸掛式支座，大型的用裙式支座或支撐式支座。 傳動(dòng)裝置 攪拌設(shè)備具有單獨(dú)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，一般包括電動(dòng)機(jī)，減速裝置，聯(lián)軸節(jié)及攪拌軸等。在比電動(dòng)機(jī)速度低得多的攪拌器上常用的減速裝置是裝在設(shè)備上的齒輪減速機(jī)，渦輪減速機(jī)，三角皮帶及擺線針齒行星減速機(jī)等。其中最常用的是固定和可移動(dòng)的齒輪減速攪拌器，這是憂郁他們加工費(fèi)用低，結(jié)構(gòu)簡單，裝配檢修簡單。減速機(jī)價(jià)格較貴，制造困難，因此， 如果速比不大，可采用三角皮帶減速但不要在用爆炸危險(xiǎn)場合使用。 電動(dòng)機(jī)的選用 反應(yīng)釜用的電動(dòng)機(jī)絕大部分與減速機(jī)配套使用，只在攪拌轉(zhuǎn)速很高時(shí)，才見到電動(dòng)機(jī)不經(jīng)減速機(jī)而直接驅(qū)動(dòng)攪拌軸。因此電動(dòng)機(jī)的選用一般應(yīng)與減速機(jī)的選用相互配合考慮。很多場合下，電動(dòng)機(jī)與減速機(jī)一并配套供應(yīng)，設(shè)計(jì)時(shí)可根據(jù)選定的減速機(jī)選用配套的電動(dòng)機(jī)。 電動(dòng)機(jī)的選用需考慮以下幾方面：根據(jù)機(jī)械的負(fù)載條件和生產(chǎn)工藝對(duì)電動(dòng)機(jī)的啟西南石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 動(dòng)、制動(dòng)、反轉(zhuǎn)、調(diào)速等要求，選擇電動(dòng)機(jī)類型；根據(jù)負(fù)載轉(zhuǎn)矩、速度變化范圍和啟動(dòng)頻繁程度等要求，選擇電動(dòng)機(jī)容量；根據(jù)使用 場所的環(huán)境條件，如溫度、濕度、腐蝕和易燃易爆氣體等考慮必要的保護(hù)條件，選擇電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)形式。此外，選擇電動(dòng)機(jī)還必須考慮符合節(jié)能要求，考慮運(yùn)行的可靠性，設(shè)備的供貨情況等。備用備件的通用性，安裝檢修的難易，以及產(chǎn)品的價(jià)格，建設(shè)費(fèi)用及考慮生產(chǎn)過程中前后期電動(dòng)機(jī)容量變化等因素。 減速機(jī)的選用 常用的減速機(jī)有齒輪減速機(jī)、圓柱蝸桿減速機(jī)、三角皮帶減速機(jī)及擺線針輪行星減速機(jī)等。其中最常用的是固定和可移動(dòng)的齒輪減速機(jī)，這是由于它們的加工費(fèi)用低、結(jié)構(gòu)簡單、裝配檢修方便。減速機(jī)在各類機(jī)器中應(yīng)用極其廣泛，它結(jié)構(gòu)緊湊 ，維護(hù)維修方便。 目前化工部標(biāo)準(zhǔn)釜用立式減速機(jī)有以下 4 種類型： a 擺線針齒行星減速器； b 兩級(jí)齒輪減速器（有直 聯(lián) 和非直 聯(lián)兩 種形式）； c 三角皮帶減速器； d 諧波減速器。 攪拌軸 攪拌軸一般要用聯(lián)軸節(jié)與減速機(jī)相聯(lián)，傳遞來自電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力。攪拌軸需穿過封頭，為保證攪拌反應(yīng)器筒體空間的密閉，要采用密閉裝置及軸封。 攪拌軸在滿足強(qiáng)度計(jì)算要求的同時(shí)也要滿足對(duì)軸的撓度要求。軸的撓度對(duì)攪拌軸的壽命有很大影響，特別是采用密封裝置時(shí)，與軸封的性能直接相關(guān)。因此在設(shè)計(jì)中要盡量減少軸端部位的撓度，對(duì)軸封部位的偏 擺量必須控制在容許的范圍內(nèi)，一般采用填料箱的場合應(yīng)控制在 ～ 左右，機(jī)械密封控制在 ～ 以內(nèi)。 設(shè)計(jì)攪拌軸時(shí)，應(yīng)考慮四個(gè)因素：扭轉(zhuǎn)變形；臨界轉(zhuǎn)速；轉(zhuǎn)矩和彎矩聯(lián)合作用下的強(qiáng)度；軸封處允許的徑向位移?？紤]上述因素計(jì)算所得的軸徑是指危險(xiǎn)截面處的直徑。確定軸的實(shí)際直徑時(shí)，通常還得考慮腐蝕裕量，最后把直徑圓整為標(biāo)準(zhǔn)軸徑。 一般攪拌軸的支承是靠與之相連的減速器內(nèi)的一對(duì)軸承來實(shí)現(xiàn)的。它是兩個(gè)滾動(dòng)軸承，用以承受徑向載荷和軸向載荷。攪拌軸往往較長，因懸伸在反應(yīng)罐內(nèi)，進(jìn)行攪拌操作。因此，攪拌軸的 支承條件較差。當(dāng)攪拌軸很長且很細(xì)時(shí)，常常會(huì)使軸彎曲變形，而離心力也將隨之遞增，使反應(yīng)器發(fā)生振動(dòng)，動(dòng)密封性能破壞，壽命降低，甚至引起破壞。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，要使攪拌軸穩(wěn)定的工作，兩軸承間距 B和下端軸承至攪拌器之反應(yīng)釜剖分式機(jī)械密封裝置的設(shè)計(jì) 7 間的懸臂長度 L 應(yīng)保持如下關(guān)系： 5~4?BL ； 50~40?dL 。 適用以上兩式時(shí)，根據(jù)下列條件取值： a 軸徑 d 計(jì) 算后，若裕量 較 大， 則 BL 和 dL 取偏大值，反之取偏小值。 b 適用 經(jīng)過 平衡 試驗(yàn) 的 攪 拌器， 則 BL 和 dL 取偏大值，反之取偏小值。 c 低轉(zhuǎn)速下 BL 和 dL 取偏大值，高轉(zhuǎn)速下取偏小值。 如上述條件不能滿足，可增加 B 或 d 。如果軸封處能起軸承作用（ 如采用帶軸套的填料箱軸封后帶帶制成的機(jī)械封箱）時(shí)， B 可算至軸封處，此時(shí)增加機(jī)座高度，也可增加 B 。增大軸徑 d 固然改善支承條件，但在某些場合下是不經(jīng)濟(jì)的。如果不能采 用增加 B 或 d 來滿足上述條件時(shí)，可采用增加底軸承后中間軸承的辦法。罐內(nèi) 軸承對(duì)提高軸的臨界轉(zhuǎn)速、降低軸的繞曲變形、保證軸在密封中的垂直運(yùn)轉(zhuǎn)、防止軸過大的徑向擺動(dòng)是有利的，但這將使整個(gè)軸系變得復(fù)雜，給檢修帶來不便，且物料可能進(jìn)入軸承造成堵住咬死。此外支承點(diǎn)過多，若軸承安裝不好，其偏心會(huì)使軸卡住或使軸承單側(cè)磨損。因此，一般盡可能避免在罐內(nèi)安裝軸承。 圖 聯(lián)軸器 聯(lián)軸器的作用是將兩個(gè)獨(dú)立設(shè)備的軸牢固地聯(lián)接在一起，以傳遞運(yùn)動(dòng)和功率。聯(lián)軸器除了將兩軸連在一起外，為確保傳動(dòng)質(zhì)量，要求被連接的軸要安裝在同一軸心線西南石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 上。另一方面，要求傳動(dòng)中的一方工作如有振動(dòng)、沖擊，盡量不要傳給另一方。為此，在聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)上，要采用一定的形式加以解決。所以聯(lián)軸器隨不同的連接要求有不同的結(jié)果。根據(jù)對(duì)各種相對(duì)位移有無補(bǔ)償能力（即能否在發(fā)生相對(duì)位移條件下保持聯(lián)接的功能），聯(lián)軸器可分為剛性聯(lián)軸器（無補(bǔ)償能力）和撓性聯(lián)軸器（有補(bǔ)償能力）兩大類。剛性聯(lián)軸器有套筒式、夾 殼式和凸緣式等；撓性聯(lián)軸器又可分為無彈性元件撓性聯(lián)軸器和有彈性元件撓性聯(lián)軸器兩個(gè)類別。 根據(jù)傳遞載荷的大小，軸轉(zhuǎn)速的高低，被聯(lián)接兩部件的安裝精度等參考各類聯(lián)軸器的特性，選擇一種合用的聯(lián)軸器類型。具體選擇時(shí)要考慮以下幾點(diǎn)： a 所需傳遞的轉(zhuǎn)矩大小和性質(zhì)以及對(duì)緩沖減振功能的要求。 b 聯(lián)軸器的工作轉(zhuǎn)速高低和引起的離心力大小。對(duì)于告訴傳動(dòng)軸，應(yīng)選用平衡精度高的聯(lián)軸器，而不宜選用存在偏心的滑塊聯(lián)軸器等。 c 兩軸相對(duì)位移的大小和方向。當(dāng)安裝調(diào)整后，難以保持兩軸嚴(yán)格精確對(duì)中，或工作過程中兩軸將產(chǎn)生較大的附加相對(duì)位移時(shí) ，應(yīng)選用撓性聯(lián)軸器。 d 聯(lián)軸器的可靠性和工作環(huán)境。 e 聯(lián)軸器的制造、安裝、維護(hù)和成本。在滿足使用性能的前提下，應(yīng)選用拆裝方便、維護(hù)簡單、成本低的聯(lián)軸器。 聯(lián)軸器的選擇包括類型和尺寸的選擇。首先根據(jù)工作條件，如軸的同心條件、載荷條件、速度條件、安裝維修和使用條件來選擇類型；然后根據(jù)傳遞的轉(zhuǎn)矩、軸徑和轉(zhuǎn)速直接從有關(guān)手冊中查取。對(duì)于立式攪拌器聯(lián)軸器，需視攪拌軸的支撐情況合理選用。當(dāng)減速器輸出軸有牢固的支承，而攪拌軸本身沒有任何支承并設(shè)計(jì)成懸臂狀態(tài)時(shí)，必須選用剛性聯(lián)軸器，并注意要有牢固的軸向固定結(jié)構(gòu)，以保證兩軸 連接可靠、同心，避免震動(dòng)。如果軸較長，則應(yīng)有自己牢固的支承，如在上端配備兩個(gè)軸承成外伸狀態(tài)；或兩個(gè)軸承組成兩支點(diǎn)的支承，只有在這種情況下，攪拌軸同減速器的輸出軸才可采用撓性連接軸。 機(jī)架 機(jī)架一般有無支點(diǎn)機(jī)架、單支點(diǎn)機(jī)架和雙支點(diǎn)機(jī)架。無支點(diǎn)機(jī)架一般僅適用于傳遞小功率和小的軸向載荷的條件。單支點(diǎn)機(jī)架適用于電動(dòng)機(jī)或減速機(jī)可作為一個(gè)支點(diǎn)，或容器內(nèi)可設(shè)置中間軸承和底軸承的情況。雙支點(diǎn)機(jī)架適用于懸臂軸。 底座 在反應(yīng)釜設(shè)計(jì)時(shí)，一般要求畫出傳動(dòng)裝置底座的零件圖。為了易于保證既與減速機(jī)連接又穿 過軸封裝置的攪拌軸運(yùn)轉(zhuǎn)順利，要求軸封裝置與減速機(jī)機(jī)座安裝時(shí)有一定反應(yīng)釜剖分式機(jī)械密封裝置的設(shè)計(jì) 9 的同心度，一般都將兩者的定位安裝面做在同一塊底座上，車削時(shí)，應(yīng)在同一裝夾位置上將兩者的定位安裝面車成。視釜內(nèi)物料的腐蝕情況，底座有襯里或無襯里二種，無襯里的底座材料可用 或 Q235A,要求襯里的，則在與物料可能接觸的表面襯一層耐腐蝕材料，通常為不銹鋼以便于與座體焊接。安裝時(shí)，先將攪拌軸、減速機(jī)座與軸封裝置同底座裝配好放在封頭上，位置找準(zhǔn)試轉(zhuǎn)順利后才將底座點(diǎn)焊定位于封頭上，然后卸去整個(gè)傳動(dòng)裝置（包括機(jī)座）和軸封裝置，再將底座與封頭 焊牢。 軸封是攪拌設(shè)備的一個(gè)重要組成部分，密封的形式很多，攪拌器旋轉(zhuǎn)軸的密封結(jié)構(gòu)有填料密封和機(jī)械密封兩種。軸封的目的是避免介質(zhì)通過