文献检索课程大作业

课题研究报告学号：姓名：课题名称：搅拌反应釜用轴封优化设计及有限元分析学院：联系方式：2011年09月01日1、课题研究背景及意义目前国内精细化工发展速度比较快，反应釜的应用已经普及化。

为了使传热和传质加速、提高反应速度，获得最大的经济效益，经常在反应釜上配置机械搅拌浆，为了防止物料泄漏，机械搅拌浆需要轴封来解决密封问题。

而釜用轴封部件因其特有的工作条件主要受到以下因素影响：一、釜用机械密封大部分密封介质是气体而不是液体，故密封端面的工作条件比较苛刻，摩擦面处于干磨状态，端面磨损较大；二、反应釜大多为立式结构，转轴大而长，且一般无底轴承，故轴的摆动量较大，影响动环和静环的紧密结合；四、反应釜的工艺条件是变化的，所以在实际工作中，压力的大小、温度的高低变化等都应服从反应釜中介质工艺要求的需要。

正因为多种因素的综合作用，所以反应釜轴封较易损坏。

而反应釜的轴封泄漏将导致进入设备检修作业的频次增加，增加了不安全的因素，也严重影响反应釜的使用寿命及生产装置的平稳运行，对于大型连续型搅拌反应釜影响就更为严重，由此造成的经济损失非常巨大。

因此反应釜轴封技术的发展趋势的探索变得非常关键。

正是在这样的背景下，我们有必要对搅拌反应釜用轴封进行优化。

而现今随着有限元分析技术的发展，其应用以广泛应用于国民经济建设的许多行业中。

有限元技术的应用可以增加工程的可行性和装备产品的可靠性，在零件设计后就可以通过模拟发现问题，并进行设计优化，减少了试验经费，降低了产品开发的成本。

因而，有必要将有限元分析技术应用到本次课题的研究。

2、文献检索范围及检索策略（1）国内必查数据库1 中国期刊网输入检索词为：“轴封”并且“反应釜”并且“优化”检索结果为0，分析原因可能是检索词设定太严格，放宽检索要求重新检索。

输入检索词为：“轴封”并且“反应釜”检索结果为13，发现检索结果中有7篇符合要求的文献：由于上边的检索只涉及到课题一半的内容，所以需要继续检索没有涉及到的部分，再次输入检索词为：“轴封”并且“反应釜”并且“有限元”发现检索结果中有1篇符合要求的文献：2 万方数据库阅读前边中国期刊网检索出来的相关文章的关键词及摘要，从中发现轴封与泄漏、失效密切相关，所以这次万方数据库检索侧重这方面检索。

输入检索词为：标题:泄漏,关键词：反应釜除去与中国期刊网相同的文献，发现检索结果中有1篇符合要求的：再次将检索词更改为：标题:密封失效,关键词：反应釜发现检索结果中有1篇符合要求的文献：3 google scholar检索阅读前边中国期刊网检索到的文献的参考文献，在其中一篇名为“部分式机械密封结构有限元分析”得到一篇题为”完全剖分式釜用机械密封结构分析”的期刊文献，在google scholar输入该文献，发现其被引次数为3次从中又发现一篇相关的文献：同样的，阅读前边万方数据库检索到的文献的参考文献，在其中一篇名为“催化剂反应釜密封系统失效分析与改造”得到两篇题为”石油化工釜用机械密封的失效分析与对策”和“反应釜用机械密封设计”的期刊文献，在google scholar输入该两篇文献，发现第一篇被引次数为11次，但没有发现一篇与本课题相关的文献；第二篇被引次数为3次从中又发现一篇与课题相关的文献：4 读秀输入检索词为：“反应釜”并且“轴封”并且“优化”，条件设定为“期刊”命中3条期刊信息。

除去前边已经检索到的，其中有1篇与课题有参考价值的文献：再次输入检索词为：“反应釜”并且“轴封”并且“有限元”，条件设定为“期刊”，命中1条期刊信息。

但前边已经检索到，所以不再列出。

更改检索词为：“反应釜”并且“密封”并且“有限元”，条件设定为“期刊”命中4条期刊信息。

除去前边已经检索到的，其中有2篇与课题有参考价值的文献：5国家知识产权局专利数据库采用高级检索，在名称中输入“反应釜轴封”，检索结果为0；重新将名称更改为“轴封”，摘要处输入“反应釜”，但结果仍然为0；再次将名称更改为“密封”，摘要处输入“反应釜”检索到16条发明专利，65条实用新型专利。

其中发明专利均不符合要求，实用新型专利有以下几个符合要求：（2）国外必查数据库1 EI输入检索词为：“Stirred tank reactor”and“seal”and“optimization”，search in 设置为其他保持默认，检索结果为0，分析原因可能是条件设置过于严格。

放宽检索范围，输入检索词为：“Stirred tank reactor”and“seal”，search in 设置为其他保持默认共检索到6篇文献，经筛选只有一篇符合要求的：变换检索词，输入检索词为：“reactor”and“shaft seal”and“failure”，search in 设置为，limit by 设置为，其他保持默认共检索到8篇文献，发现多数均与核电问题相关，其中与课题相关的文献有：2 web of science输入检索词为：“Stirred tank reactor”and“shaft seal”and“failure”，检索范围均设置为“主题”，检索结果为0；后经过各种变换，发现只要设定“Stirred tank reactor”，不管怎么变换后边的检索词，结果都为0，说明关于“Stirred tank reactor”的文章不多，所以有必要先省去该关键词放宽范围检索。

再次输入检索词为：“shaft seal”and“failure”，检索范围均设置为“主题”检索结果为23，经筛选符合要求的文献如下：3 PQDT由于不管怎么变换检索词，要么范围放宽则检索出很大量的无关文章，稍加限定范围检索结果就变为0，所以没有检索到相关文献。

4欧洲专利局数据库首先选择数据库为“worldwide”，检索式及检索词如下所示：检索命中2条相关信息，详细信息如下所示：变换检索词，数据库仍然为“worldwide”，检索式及检索词如下所示：检索命中1条相关信息，详细信息如下所示：5 国家科技图书文献中心输入检索词为：“reactor”and“shaft seal”and“failure”，或者输入检索词为：“reactor”and“shaft seal”and“leakage”，或输入检索词为：“reactor”and“shaft seal”and“optimization”，不管怎么设置“标题”还是“关键字”，结果一直都为0，说明限定太具体了，需要放宽检索条件。

重新检索，检索词及检索式如下：结果只检索到相关的3篇科技报告：变化检索词及检索法，重新检索：结果只检索到相关的1篇会议文献：3、国内外研究现状综述搅拌反应釜用轴封优化设计及有限元分析摘要：反应釜是石油化工等行业的重要设备，其旋转轴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，将给整个工艺流程带来很大的麻烦。

本课题以反应釜旋转轴密封为研究对象，介绍了常用轴封的密封原理、以及导致密封发生泄漏的一些常见原因，同时文章也陈述了目前国内外对反应釜轴密封的研究现状，最终课题定位为借助于有限元分析软件对气流和外流相结合的全封闭密封进行深入研究。

关键字：全封闭密封，泄漏，反应釜，优化，有限元1.前言在石油、化工、医药等行业中，各种搅拌反应釜的应用广泛，是其关键设备。

由于反应工艺的需要，绝大多数搅拌反应釜都是在釜内有压力、温度(有些还是高温、高压)的工况下进行操作的，所以其密封是反应釜能否正常工作的关键所在[1]。

一旦密封发生故障需要检修时，反应釜机械密封装置拆卸麻烦、维修周期长，会造成重大的设备财产损失[2]。

国内外许多企业曾发生过搅拌反应釜轴封泄漏的事件。

例如：上海高桥石化公司炼油厂1993年投产一聚甲基内烯酸装置的醋化反应釜，发现该密封的使用寿命很短，平均运行2个月就需要更换轴密封装置[3]。

锦化化工(集团)有限责任公司4万t/a聚醚车间共有4台反应、中和釜，其中A系反应釜从1998年10月开始发生密封泄漏，使用国产密封但效果不理想，使用寿命短，最长时间4个月，最短只有3天[4]。

此类泄漏事故的例子不胜枚举。

随着有限元技术的发展及其在石化行业的应用，该技术在节约成本、时间方面的作用已毋庸置疑。

国内外的一些学者对反应釜密封环机械变形的数值计算做了许多工作，如：采用边界元法建立了机械密封变形计算模型；采用综合平衡方程、几何方程、物理方程和虚功方程建立了机械密封环轴对称有限元模型；建立了机械密封端面的机械变形方程，为深入进行泄漏量计算和密封结构改进奠定了理论基础[5-7]。

因此，有必要将有限元分析应用到本课题的研究。

2.常用轴封的密封机理填料密封的结构及工作原理。

填料密封的结构是由底环、本体、油环、填料、螺柱、压盖及油杯等组成。

在压盖压力作用下，装在搅拌轴与填料箱本体之间的填料，对搅拌轴表面产生径向压紧力。

由于填料中含有润滑剂，因此，在对搅拌轴产生径向压紧力的同时，形成一层极薄的液膜，一方面使搅拌轴得到润滑，另一方而阻止设备内流体的溢出或外部流体渗入，达到密封的目的[8]。

填料密封是转动设备上最早采用的一种旋转密封，在反应釜上得到广泛应用，填料密封的主要密封性能取决于填料材料性能的好坏。

随着新材料的不断出现，填料结构形式也有很大变化。

机械密封的结构及工作原理。

机械密封的结构由固定在轴上的动环及弹簧压紧装置、固定在设备上的静环以及辅助密封圈组成。

当转轴旋转时，动环和固定不动的静环紧密接触，并经轴上弹簧压紧力的作用，阻止容器内介质从接触面上泄漏[8]。

近年来，随着机械密封的发展和它特有的一系列优点，填料密封大有被机械密封取代的趋势。

机械密封的密封性好、性能稳定、泄露量少、摩擦功耗少、使用周期长、对轴磨损很小，能够满足多种工况的要求，在化工、石油化工等部门已经得到广泛应用，但其结构复杂、制造精度高、价格较贵、维修不方便。

全封闭密封工作原理。

全封闭密封有磁力搅拌密封、气流搅拌和外流体搅拌相结合的两种方式[9]。

磁力搅拌密封的工作原理：套装在输入机械能转子上的外磁转子和套装在搅拌轴上的内磁转子，用隔离套使内外转子隔离，靠内外磁场进行传动，隔离套起到全封闭作用。

气流搅拌的原理：利用气体鼓泡通过液体层，对液体产生搅拌作用，或使气泡群以密集状态上升借所谓气升作用促进液体产生对流循环。

与机械搅拌相比，仅气泡的作用对液体所进行的搅拌是比较弱的，尤其在高黏度的介质时效果更差，这就需要采取与外流体搅拌相结合的途径。

外流体搅拌的原理：利用将反应釜内介质从下部抽出，流经外界动力设备(如机泵)加压后沿着筒体切线方向进入釜内，带压液体进入后将带动釜内的液体沿着切线方向旋转，从而达到搅拌的目的。

搅拌的效果可由动力设备的流量、扬程的变化控制，使化工反应变成可控反应。