专利名称：蒸球轴头端密封装置的制作方法
技术领域：
蒸球轴头端密封装置涉及蒸煮器和旋转密封技术。
蒸球是一种迥转式间歇蒸煮设备，蒸球内的蒸煮药液和原料按一定比例配制，在蒸煮反应过程中不允许有介质泄漏，以免影响产品质量和污染环境；同时，蒸球在运行中，其轴头允许有一定值的轴向，径向及角度位移量，蒸球轴头与介质输送管道之间的密封装置，不仅要保证密封效果，而且不允许限制上述位移量；尤其是介质释放端，其加荷面积约为介质输入端的2－3倍左右，因而释放端的密封要求和难度更大，其密封性能对蒸煮生产和蒸球运行工况影响也大。
长期以来，蒸球两轴头端一直沿用与蒸球同步带压运行的全压式密封，一般采用螺纹迫紧填料函密封，密封材料一般为石棉盘根。在高温和强腐蚀药液作用下，填料函老化速度快，更换周期短，一般为一周左右；同时迫紧螺母的调节不仅繁复，且松紧度也难掌握，螺母调节松则介质泄漏严重，影响蒸煮质量，紧则限制轴头的自由位移量，加速传动构件的磨损，加重电机负荷，影响蒸球正常生产运行。
近年来，蒸球轴头端的密封技术不断改进，某些厂采用弹簧压紧聚四氟乙烯汽头，密封性能和密封元件使用寿命有所改善，但密封装置仍与蒸球同步带压运行，蒸球的轴头位移影响汽头的对中性能和补偿性能，且密封元件造价较高，介质泄漏未根本解决，影响蒸球运行的因素也未根本消除。山东某县生产的旋转接头采用机械密封和金属软管连接技术，密封效果较好，但价格较高，泄漏后处理较难，且目前还只有用于蒸球进汽端的报导。
本设计旨在保证允许蒸球轴头的位移量前提下，解决蒸球轴头的迥转密封，延长密封元件的使用寿命，降低制造精度和成本，易于安装维护，方便密封元件的更换。
实现上述任务的技术方案是将蒸球原轴头释放端的释放轴头→密封接头→控制阀门的结构改为蒸球释放轴头→控制阀门→密封接头。进汽轴头端采用双重柔性软密封，释放端为无压运行式组合柔性软密封。
以下结合附图详述本设计的具体结构。
蒸球释放轴头端密封装置根据旋转密封装置液体渗漏量公式Q＝ (π△PC3do)/(12WL) 可知，泄漏量Q与压差ΔP.轴直径d成正比。现有密封构件在整个蒸煮反应过程中，都与蒸球同步带压迥转，压差ΔP为蒸煮最高压力和常压之差，在蒸球进汽轴头端使用填料函密封；聚四氟乙烯密封和旋转接头尚能生产，但是由于蒸球释放轴头的介质导出管一般为进汽轴头介质输入管直径的1－2倍，如在释放轴头使用上述密封技术则很难达到生产要求。
本设计的蒸球介质释放轴头端密封装置的主要特征是改同步带压的全压式密封为无压式运行式密封，即将控制阀门——浮动式球阀(18)直接与蒸球的释放轴头(2a)相接，密封室与控制阀门呈柔性配合形式，这样蒸煮反应过程中密封元件不接触压力源，只在介质释放时受压，随着释放时间的延伸，介质压力急速下降，ΔP值大大小于全压式密封，因而使用一般的密封技术即可达到生产要求。
由图1、图2可知，蒸球释放轴头端的密封装置中的控制阀门为浮动式球阀(18)，其入口端直接与释放轴头(2a)连接，球阀的副阀体由法兰(17a)和密封连接管(16a)取代，法兰(17a)与密封连接管(16a)之间为永久性钢性连接，并互相垂直，由密封皮碗(10)、密封圈(4a)、(14a)，密封衬板(15a)和壳体(7a)形成的密封室与密封连接管(16a)之间为柔性连接，密封圈(14a)与连接管(16a)为过盈配合，密封圈(14a)的内孔直径一般可比连接管(16a)的外直径过盈2－3mm，密封圈(4a)与连接管(16a)之间以及密封皮碗(10)的唇口与壳体(7a)的内壁之间均采用间隙配合，其间隙值约为所用材料的热膨胀值的0.8～0.9倍左右，密封衬板(15a)与连接管(16a)的间隙配合值为蒸球释放轴头径向或角度最大位移量的1.2倍左右，上述配合处接触面的表面粗糙度均应达到Ra0.8～0.4左右，密封连接管(16a)的出口端面应大于或等于密封皮碗(10)唇口外端面的轴向长度。由锥度管(3a)和过渡管(9)组成的过渡接头，其一端通过密封室与密封连接管(16a)相接，另一端与释放网络连接，在连接的管道中可采用管道伸缩补偿器(图四)，这是参照密封室的结构设计的，鉴于补偿器属静密封范围，所以取消了密封皮碗，即由密封连接管(16c)和密封衬板(15c)，密封圈(4c)、(14c)组成的密封室二部份组成，衬板(15c)的内孔直径与密封连接管(16c)外直径之间的间隙可适当减小，连接管出口端面与密封元件的轴向距离应等于或大于连接管直径。
由于本设计的控制阀门与蒸球轴头直接相连，因此，将阀门入口端法兰的凸台面密封改为止口定位，平面密封连接形式，实现阀体与蒸球轴头内孔的定位连接，球阀的付阀体取消，由法兰和密封连接管取代，这样使浮动球阀的重量和长度都减少了30％左右，减轻了蒸球的外加载荷和控制阀的制造成本。并保证了密封连接管与释放轴头之间的同轴度要求。现行球阀的前后密封座多为同一材料制成，并且同一精度要求，根据释放网络没有反应源的特征，本设计的球阀前阀座(18c)可在阀体(18a)上直接加工，也可用金属材料加工，也可采用与后阀座(18d)相同的材料加工。它的主要作用是导控球形关闭件(18b)，减小阀体入口通道与球形关闭体通道的压力差，减少开阀扭矩。后阀座与现行阀座要求一致，以保证蒸煮全压下的顺利开阀释放。为使浮动球阀在常压至蒸煮全压下都有良好的密封性，必须扩大其浮动值，即使阀杆在金属球形阀体的椭弧形槽内的浮动量减小。本阀在装配后应进行动、静平衡校正，以保证控制阀随蒸球轴头同步迥转时不影响蒸球平衡工况；为减少工作介质对后密封座的作用力和减少操作扭矩，本阀的流体通道可采用“缩径”技术，即球体孔道截面积比管道内孔截面积缩小0.6～0.7倍左右，并使球体通道两端呈20～25°角的锥度以补偿缩径后增加的阻力，从而保证密封。为防止操作失误造成热能和浆料的损失，可采取在阀杆上安装时控保安装置；本阀的专用板手(3)在阀门非开启状态时应与阀体分开，不允许带板手运转。本设计中的控制阀门既用于介质释放轴头端的密封，又用于蒸煮结束后的介质释放导控以及密封元件的支承。
密封室和过渡接头组成的密封连接装置在蒸煮反应过程中均处于无压运行工况，因此可采用较低的工艺技术指标。本设计中的密封连接装置采用了双重组合密封技术及射流技术。由密封皮碗(10)与密封座(11)组成第一道密封，密封衬板与密封圈构成第二道密封，两道密封之间形成一个缓冲区，缓冲区不仅减轻密封衬板与密封圈的压力，也给密封皮碗一个反压力，使其受压平衡，当介质从密封连接管出口处喷出后，经锥度管加速，通过过渡管进入释放网络。在介质从密封连接管喷出时，产生一个向后的压力，把密封皮碗向后压迫，使其与密封座(11)贴紧，形成第一道密封，如第一道密封尚有泄漏，介质又被第二道密封所阻。保证了密封效果。
密封圈(4a)、(14a)均采用耐高温、耐腐蚀、耐磨损，并具有一定弹性的柔性材料，密封圈(14a)可设计为内、外二层，外层采用形变量小的耐热型、耐腐蚀性胶、塑制品，内层采用热膨胀值较大的耐高温耐酸碱的胶、塑制品，密封衬板可采用A3材料制作。
由手轮法兰(5)可动管(12)及手轮(13)组成的手轮结构，旋入壳体的内螺纹中，可以在固定的壳体内旋动。当采用手轮结构时，密封圈和密封衬板固定在手轮法兰上，可以随手轮旋转，以便使密封圈和密封衬板能沿密封连接管作轴向移动，从而防止由于密封元件只在密封连接管的固定部位摩擦所造成的局部磨损，产生泄漏；手轮结构还便于密封连接装置与控制阀门、释放网络的连接安装，保证安装工艺的同轴度要求。在蒸煮生产运行过程中，手轮必须与壳体法兰(6a)固定。
蒸球进汽轴头端密封装置蒸球进汽轴头端密封装置是根据释放端密封装置的结构设计的，从图3可知，它由控制阀门(21)，密封连接管(16b)和密封室组成，密封室由密封衬板(15b)、密封圈(4b)、(14b)和平法兰(6b)、壳体(7b)构成，密封连接管(16b)出口端面与密封圈(4b)的最短距离应等于或大于密封连接管直径，它与释放端密封装置不同之处为1、控制阀门为普通截止阀；2、密封室内取消了密封皮碗，在壳体两端的平法兰端面都设置了双层层软密封结构；3、本装置的密封连接管(16b)的介质出口端可以直接插入位于蒸球轴头(2b)内孔中的定位管(20)内，也可再设计一个过渡接头，经缓冲后再由定位管(20)导入蒸球(1)内。
综上所述，本设计是造纸、纺织、化工、轻工等使用迥转式间歇蒸煮设备的行业，在提高蒸球轴头端密封装置的密封性能，消除介质泄漏和保证蒸球正常运行的实用技术，同时它还可降低密封装置的制造精度和成本，延长使用寿命，是较理想的蒸球轴头端密封装置。
使用如图一、二、三、四所述的蒸球轴头端密封装置和管道补偿器与专利号为87204056的“蒸煮废汽回收设备”配套，在湖南省南县造纸厂投产后，运行正常，在整个蒸煮反应历程中以及介质释放过程中，介质不泄漏，密封元件使用寿命已达8个月以上，还在继续使用。
使用上述设备作浆料全压喷放试验，证明密封效果良好，符合生产要求。
图1，蒸球释放轴头端密封装置结构图；图2，蒸球释放轴头端控制阀结构图；图3，蒸球进汽轴头端密封装置结构图；图4，管道伸缩补偿器结构图。
1、蒸球；2a、释放轴头；2b、进汽轴头；3、板手；4、密封圈；其中4a、释放密封圈；4b、进汽密封圈；4c、补偿密封圈；5、手轮法兰；6a、释放平法兰；6b、进汽平法兰；6c、补偿平法兰；7、壳体；其中7a、释放壳体；7b、进汽壳体；7c、补偿壳体；8a、释放锥管；8b、补偿锥管；9、过渡管；10、密封皮碗；11、密封座；12、可动管；13、手轮法兰；14、密封圈；其中14a、释放密封圈；14b、进汽密封圈；14c、补偿密封圈；15a、释放密封衬板；15b、进汽密封衬板；15c、补偿密封衬板；16、密封连接管；其中16a、释放密封连接管；16b、进汽密封连接管；16c、补偿密封连接管；17a、释放密封法兰；17b、进汽密封法兰；18、浮动球阀；18a、阀体；18b、关闭件；18c、前阀座；18d、后阀座；19a、蒸汽进汽管；19b、外管道；20、定位管；21、截止阀。
权利要求1.一种蒸球轴头端密封装置，分为进汽轴头端密封装置和释放轴头端密封装置二部分，主要结构包括控制阀门，密封接头及其接头上安装的密封元件，本设计的特征在于释放轴头端密封装置中的控制阀门为浮动式球阀(18)，其入口端直接与释放轴头(2α)连接，球阀的副阀体由法兰(17α)和密封连接管(16α)取代，法兰(17α)与密封连接管(16α)之间为永久性钢性连接，并互相垂直，由密封皮碗(10)、密封圈(4α)、(14α)、密封衬板(15α)和壳体(7α)组成的密封室与密封连接管(16α)之间为柔性连接，锥度管(8α)和过渡管(9)组成过渡接头，其一端通过密封室与密封连接管(16α)相接，另一端与释放网络连接，进汽轴头端密封装置中的密封室由密封衬板(15b)、密封圈(4b)、(14b)和平法兰(6b)构成，密封连接管(16b)介质出口端可以直接插入位于蒸球轴头(2b)内孔中的定位管(20)中。
2.按照权利要求1所述的蒸球轴头端密封装置，其特征在于球阀(18)入口端法兰与蒸球轴头(2a)之间采用止口定位，平面密封形式连接。
3.按照权利要求1所述的蒸球轴头端密封装置，其特征在于球阀的前阀座(18c)可以从阀体(18a)上直接加工。
4.按照权利要求1所述的蒸球轴头端密封装置，其特征在于密封圈(14)与密封连接管(16)采用过盈配合，密封圈(4)与密封连接管(16)之间和密封衬板(15)与密封连接管(16)之间以及密封皮碗(10)的唇口与壳体(7)的内壁之间均采用间隙配合。
5.按照权利要求1或4所述的蒸球轴头端密封装置，其特征在于释放端密封连接管(16a)的出口端面应大于或等于密封皮碗(10)唇口外端面的轴向长度。
6.按照权利要求1所述的蒸球轴头端密封装置，其特征在于释放端密封室壳体(7a)上可安装一个由手轮法兰(5)可动管(12)和手轮(13)组成的可使密封圈(4a)、(14a)和密封衬板(15a)沿密封连接管(16a)作轴向移动的手轮结构，进汽端密封室也可安装类似的手轮结构。
7.按照权利要求1所述的蒸球轴头端密封装置，其特征在于释放端过渡接头与释放网络连接的管道中，可以采用由密封连接管(16c)和密封衬板(15c)、密封圈(4c)、(14c)形成的密封室组成的管道伸缩补偿器。
8.按照权利要求1所述的蒸球轴头端密封装置，其特征在于进汽端密封连接管(16b)出口端面与密封圈(4b)的最短距离应等于或大于密封连接管直径。
9.按照权利要求1所述的蒸球轴头端密封装置，其特征在于密封圈(14)可以设计为内外二层，外层可采用形变量小的，耐热、耐腐蚀型的胶、塑制品，而内层可采用热膨胀值较大的，耐热、耐腐蚀的胶、塑制品。
专利摘要蒸球轴头端密封装置涉及蒸煮器和旋转密封技术。蒸球轴头端密封装置包括释放端和进汽端两部份，本设计采用介于填料函密封和机械密封之间的柔性组合软密封，进汽端为双重柔性软密封，释放端的结构为释放轴头——控制阀门——密封接头，是一种无压运行式柔性组合软密封。本设计提高了蒸球轴头端密封装置的密封性能，清除了介质泄漏，是较理想的蒸球轴头端密封装置。
文档编号D21C7/16GK2036963SQ8821805
公开日1989年5月3日 申请日期1988年6月20日 优先权日1988年6月20日
发明者徐建华 申请人:湖南省南县造纸厂