权利要求
1.一种
锂电负极高温回转窑用集成模块化高压机械密封装置，包括：外盖板以及固定安装在外盖板一侧的密封载体;其特征在于，
所述密封载体一侧设置有密封动环，所述密封动环的顶部与所述密封载体之间设置有多个圆柱滚动体;
所述密封载体上安装有第一陶瓷纤维盘根与聚四氟乙烯盘根，所述陶瓷纤维盘根用于阻挡高温热烟;
所述第一陶瓷纤维盘根与聚四氟乙烯盘根一侧均设置有环形板，所述环形板一侧设置有滑动块;
所述外盖板一侧设置有多个氮气入口与至少一个排气口。
2.根据权利要求1所述的锂电负极高温回转窑用集成模块化高压机械密封装置，其特征在于，所述外盖板与所述密封载体之间设置有第一O型橡胶圈。
3.根据权利要求2所述的锂电负极高温回转窑用集成模块化高压机械密封装置，其特征在于，所述圆柱滚动体顶部设置有直通式压注油杯。
4.根据权利要求1所述的锂电负极高温回转窑用集成模块化高压机械密封装置，其特征在于，所述密封载体与所述密封动环之间设置有矩形橡胶圈，所述矩形橡胶圈的下侧垫衬有第二O型橡胶圈。
5.根据权利要求1所述的锂电负极高温回转窑用集成模块化高压机械密封装置，其特征在于，所述密封载体与密封动环之间设置有游动间隙，所述游动间隙尺寸为2-5mm。
6.根据权利要求1所述的锂电负极高温回转窑用集成模块化高压机械密封装置，其特征在于，所述滑动块内部设置有联通孔，所述联通孔与氮气入口连通。
7.根据权利要求1所述的锂电负极高温回转窑用集成模块化高压机械密封装置，其特征在于，所述滑动块外侧设置有矩形弹簧，所述矩形弹簧的一端抵持至所述外盖板一侧。
8.根据权利要求1所述的锂电负极高温回转窑用集成模块化高压机械密封装置，其特征在于，所述外盖板一端设置有第二陶瓷纤维盘根，所述第二陶瓷纤维盘根设置在所述密封载体与密封动环底部，所述第二陶瓷纤维盘根一端设置有盘根压板。
9.根据权利要求1所述的锂电负极高温回转窑用集成模块化高压机械密封装置，其特征在于，所述密封载体上设置有圆柱滚动体以及聚四氟乙烯隔离块，所述聚四氟乙烯隔离块置于两个圆柱滚动体之间，用于限制密封动环运动自由度。
10.根据权利要求1所述的锂电负极高温回转窑用集成模块化高压机械密封装置，其特征在于，还包括氮气控制调节回路，所述氮气控制调节回路包括多个子回路，多个子回路与多个氮气入口一一对应，所述子回路分别控制氮气入口的氮气量与氮气压力。
说明书
技术领域
[0001]本发明涉及密封技术领域，更具体的，涉及一种锂电负极高温回转窑用集成模块化高压机械密封装置。
背景技术
[0002]随着
新能源汽车和
储能产业的快速发展，
锂电池负极材料(如
人造石墨、硅碳
复合材料等)的处理工艺需求激增。人造石墨的制造一般是由易石墨化的
针状焦、
石油焦、沥青焦等原材料经过预处理、粉碎、整形、混料、二次造粒、石墨化高温热处理等工序制得。前期造粒和石墨化是人造石墨制造的核心环节，行业壁垒就在石墨化环节。而回转窑作为负极材料高温石墨化的核心设备，其密封性能直接决定了生产能耗、工艺稳定性及设备使用寿命。在硅碳复合材料生产时，使用回转窑设备进行气相沉积(CVD)，具有效率高、产量大等优点，但由于其反应气氛中还有大量危险易爆气体，回转窑的密封性更是尤其不可忽略。
[0003]在生产过程中，由于工艺的不同分别面临着高温(1000-1100℃)、高粉尘、连续运转等其中一项或多项问题的挑战，传统机械密封系统在目前逐渐不再适应工程生产的需求。
[0004]现有的密封结构主要为以下几种：鱼鳞片密封、软填料密封、端面密封，这几种密封形式在使用上各有优缺，其中鱼鳞片密封和软填料密封使用最为广泛，端面密封使用成本相对较高，密封效果也有一定的提升，目前大多数厂家在负极领域使用时基本均为这几种密封形式的组合式密封。
[0005]就目前这几种密封主要存在有以下几项主要缺陷：
[0006]极端工况适应性不足：鱼鳞片密封密封效果差，其广泛使用在水泥窑等一系列内热窑上，密封性差，在窑体负压运行时，无法保证负极材料生产的低氧含量要求。软填料密封在大尺寸密封上由于窑体的跳动、高温、膨胀等因素影响，在运行过程中易产生间隙泄漏，端面密封在高温下易出现密封偏磨导致泄露量增加。密封泄露量大，一方面不仅增加惰性气体消耗成本(占比可达总成本的5-15%)，另一方面更会引发材料氧化劣化问题。特别是在正压运行时，窑内的有毒有害气体(乙炔、硫化氢等)易发生泄露，危及安全生产。
[0007]高负压密封效能受限：目前连续式回转窑普遍采用正压操作(0-300Pa)，但在真空窑上运行时压力需要达到绝对气压100Pa左右，并满足氧含量小于50ppm，传统的密封结构在高负压工况下存在显著渗漏，难以满足工艺要求的氧含量小于50ppm指标。
[0008]维护修理时间长：现有密封组件采用分散式布局，更换需停机拆卸相对应的辅助组件，单次维护耗时长达48-72小时，严重影响设备运行效率。
[0009]模块化设计缺失：传统密封系统缺乏标准化接口设计，无法适配不同规格回转窑的快速改造需求，在生产设计时大量使用非标组件，需求时间长，无法快速响应市场需求，产品质量管理难度大。
发明内容
[0010]为了解决上述至少一个技术问题，本发明提出了一种锂电负极高温回转窑用集成模块化高压机械密封装置。
[0011]本发明第一方面提供了一种锂电负极高温回转窑用集成模块化高压机械密封装置，包括：外盖板以及固定安装在外盖板一侧的密封载体;
[0012]所述密封载体一侧设置有密封动环，所述密封动环的顶部与所述密封载体之间设置有多个圆柱滚动体;
[0013]所述密封载体上安装有第一陶瓷纤维盘根与聚四氟乙烯盘根，所述陶瓷纤维盘根用于阻挡高温热烟;
[0014]所述第一陶瓷纤维盘根与聚四氟乙烯盘根一侧均设置有环形板，所述环形板一侧设置有滑动块;
[0015]所述外盖板一侧设置有多个氮气入口与至少一个排气口。
[0016]本发明一个较佳实施例中，所述外盖板与所述密封载体之间设置有第一O型橡胶圈。
[0017]本发明一个较佳实施例中，所述圆柱滚动体顶部设置有直通式压注油杯。
[0018]本发明一个较佳实施例中，所述密封载体与所述密封动环之间设置有矩形橡胶圈，所述矩形橡胶圈的下侧垫衬有第二O型橡胶圈。
[0019]本发明一个较佳实施例中，所述密封载体与密封动环之间设置有游动间隙，所述游动间隙尺寸为2-5mm。
[0020]本发明一个较佳实施例中，所述滑动块内部设置有联通孔，所述联通孔与氮气入口连通。
[0021]本发明一个较佳实施例中，所述滑动块外侧设置有矩形弹簧，所述矩形弹簧的一端抵持至所述外盖板一侧。
[0022]本发明一个较佳实施例中，所述外盖板一端设置有第二陶瓷纤维盘根，所述第二陶瓷纤维盘根设置在所述密封载体与密封动环底部，所述第二陶瓷纤维盘根一端设置有盘根压板。
[0023]本发明一个较佳实施例中，密封载体上设置有圆柱滚动体以及聚四氟乙烯隔离块，聚四氟乙烯隔离块置于两个圆柱滚动体之间，用于限制密封动环运动自由度。
[0024]本发明一个较佳实施例中，还包括氮气控制调节回路，所述氮气控制调节回路包括多个子回路，多个子回路与多个氮气入口一一对应，所述子回路分别控制氮气入口的氮气量与氮气压力。
[0025]本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
[0026]本申请采用多级组合密封结构，构建了有高温至低温的缓冲回路，对于微小粉尘多次隔离减弱，实现高效耐用的密封机构，在密封性和寿命上有极大的提升。
[0027]通过设置氮气控制调节回路，有效的减少了使用气体的浪费，实时反馈调节，提高整体降温效率。
[0028]通过排气口带走密封圈与硬质合金面摩擦产生的热量，增加密封圈使用寿命，同时将因剧烈压力波动时，渗入气密带的油脂或者粉尘等快速排除。
[0029]高度集成化的组件设计，将密封组件的自适应调节、空间限位、隔离圈等形成组件模块，在需要更换时，整体拆卸换新，施工时间显著缩短。
[0030]模块化设计可在设计时统一设计标准，实现标准化系列制做，集中快速生产各类型号、统一检测标准，有效的提高生产效率和产品质量。
[0031]第二O型橡胶圈与矩形橡胶圈组合叠加设置，同时兼顾了磨损自动补偿以及高密封能力。
[0032]密封装置的间隙保持，采取了圆柱滚动体与聚四氟乙烯隔离块的设计，通过圆柱滚动体滚动实现动静分离，并通过连接的软连接吸收跳动量。
附图说明
[0033]为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的一些附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0034]图1是本发明实施例锂电负极高温回转窑用集成模块化高压机械密封装置截面示意图;
[0035]图2是本发明实施例圆柱滚动体局部方法示意图;
[0036]图3是本发明实施例氮气控制调节回路连接示意图。
[0037]图中：1、外盖板，2、矩形弹簧，3、滑动块，4、环形板，5、第一陶瓷纤维盘根，6、聚四氟乙烯盘根，7、第一O型橡胶圈，8、密封载体，9、直通式压注油杯，10、圆柱滚动体，11、骨架油封，12、V型密封圈，13、密封动环，14、矩形橡胶圈，15、第二O型橡胶圈，16、盘根压板，17、第二陶瓷纤维盘根，18、聚四氟乙烯隔离块。
具体实施方式
[0038]为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0039]在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
[0040]实施例一
[0041]参见图1-图3所示，本发明提出一种锂电负极高温回转窑用集成模块化高压机械密封装置，包括：外盖板1以及固定安装在外盖板1一侧的密封载体8;
[0042]密封载体8一侧设置有密封动环13，密封动环13的顶部与密封载体8之间设置有多个圆柱滚动体10;
[0043]密封载体8上安装有第一陶瓷纤维盘根5与聚四氟乙烯盘根6，陶瓷纤维盘根用于阻挡高温热烟;
[0044]第一陶瓷纤维盘根5与聚四氟乙烯盘根6一侧均设置有环形板4，环形板4一侧设置有滑动块3;
[0045]外盖板1一侧设置有多个氮气入口与至少一个排气口。
[0046]需要说明的是，多个氮气入口包括A口、B口、C口与D1口，排气口为D2口，D1口与D2口并排设置多个，D1口与D2口一一对应，内部设有独立流道。外盖板1与卸料罩上的软连接相互连接。密封载体8通过螺钉安装于外盖板1上，外盖板1与密封载体8之间设置有第一O型橡胶圈7，阻止从D1/D2口通入的氮气(0.4-0.5MPa)从其接合面之间泄露。密封载体8上安装有第一陶瓷纤维盘根5、聚四氟乙烯盘根6、矩形密封圈、第二O型密封圈以及滚动体。
[0047]D1/D2口为气密带进出送气口，D1进气，D2排气，通入氮气后在聚四氟乙烯盘根6与矩形橡胶圈14之间形成正压带，压力一般在0.4-0.5Mpa之间，并需要大于B/C口压力(0.2-0.3Mpa)，通入的气体经内部间隙导流后带走渗入的少量油脂与粉尘。由于聚四氟乙烯的导热系数极低，且橡胶圈与合金面摩擦会产生大量的摩擦热量，D口通入的氮气也同时对这些结合面进行降温处理。端面高压气密带的设计，形成一道正压保护区，避免外界气体侵入，隔离内部粉尘以及危害气体渗漏。
[0048]其中第一陶瓷纤维盘根5用于阻挡高温热烟气，避免压力波动时，热烟气直接与外侧聚四氟乙烯盘根6接触，导致盘根烧毁，密封失效。聚四氟乙烯具有自润滑性，与结合面摩擦具有较高的耐磨性，是机械端面密封的常用材料之一，但由于聚四氟乙烯的安全使用温度一般应低于150摄氏度，短期可在200℃左右时使用，而高温回转窑运转时内部热烟气的温度在900-1000℃之间，故而需要采取一定的措施对密封载体8以及密封动环13降温，且由于窑内氛围需要维持极低的氧含量，不得有其他污染性的物质渗入，本申请选用氮气作为降温手段。
[0049]根据本发明实施例，外盖板1与密封载体8之间设置有第一O型橡胶圈7。
[0050]根据本发明实施例，圆柱滚动体10顶部设置有直通式压注油杯9。
[0051]根据本发明实施例，密封载体8与密封动环13之间设置有矩形橡胶圈14，矩形橡胶圈14的下侧垫衬有第二O型橡胶圈15。用于产生形变提高磨损补偿量，胶圈材质均为氟橡胶或者硅橡胶，在200℃温度下保持良好的橡胶特性，并维持极好的的密封性。
[0052]根据本发明实施例，密封载体8与密封动环13之间设置有游动间隙，游动间隙尺寸为2-5mm。
[0053]需要说明的是，通过密封载体8与密封动环13之间的游动间隙，用于吸收安装、加工与运行时的误差。
[0054]需要说明的是，第一陶瓷纤维盘根5和聚四氟乙烯盘根6均通过氮气加压，并在滑动块3上设有联通孔，使得两侧压力相同，但由于一侧的作用面积相对较大，则对滑动块3形成差动力，推动滑块顶紧环形板4，环形板4将滑动块3的顶紧力均匀作用到密封盘根上去，使得盘根与密封动环13紧密贴合。滑动塞与盖板之间设置矩形弹簧2(直径大、刚度高)，用以在无气压作用时稳定塞块，并对需要压紧的盘根提供预紧。采用合金钢制作密封动环13，与盘根结合处的凸台宽度需大于盘根宽度，避免因磨损导致硬环嵌入软环内。
[0055]根据本发明实施例，滑动块3内部设置有联通孔，联通孔与氮气入口连通。
[0056]根据本发明实施例，滑动块3外侧设置有矩形弹簧2，矩形弹簧2的一端抵持至外盖板1一侧。
[0057]根据本发明实施例，外盖板1一端设置有第二陶瓷纤维盘根17，第二陶瓷纤维盘根17设置在密封载体8与密封动环13底部，第二陶瓷纤维盘根17一端设置有盘根压板16。
[0058]需要说明的是，从A口通入一定量的氮气，压力0.05Mpa-0.2Mpa，经过密封载体8与密封动环13上的导流孔带走元件上的热量，配合第二陶瓷纤维盘根17与盘根压盖阻塞间隙形成一定的压差，通过密封动环13上的导流孔内泄入转动筒体与软连接之间的间隙中，将间隙内的热烟气吹开。并且转动筒体上需要填充一定的内保温材料，用以隔绝热量。经过氮气系统降温后，密封处温度基本能够稳定在100℃上下。
[0059]根据本发明实施例，密封载体上设置有滚动体以及聚四氟乙烯隔离块，聚四氟乙烯隔离块置于两个圆柱滚动体之间，用于限制密封动环13运动自由度，如图2所示，聚四氟乙烯隔离块与圆柱滚动体间隔设置。
[0060]需要说明的是，密封动环13通过滚动体配合聚四氟乙烯隔离块18固定，仅留有绕中心轴旋转的自由度，密封动环13转动时，其圆跳动会随着筒体的温度升高而升高，密封动环13配合滚动体转动带动密封载体8与外盖板1一起跳动并通过与外盖板1连接的软连接吸收其跳动。滚动体需要通过直通式油杯(负压时可更换其他种类油杯)加入适量的高温润滑脂润滑，在滚动槽与滚动体还有聚四氟乙烯隔离块18之间形成油膜减少磨损，并用骨架油封11、V型密封圈12和矩形密封圈隔离油脂。
[0061]根据本发明实施例，还包括氮气控制调节回路，氮气控制调节回路包括多个子回路，多个子回路与多个氮气入口一一对应，子回路分别控制氮气入口的氮气量与氮气压力。
[0062]需要说明的是，在密封动环13一侧设有红外温度传感器，实时监测动环温度，通过检测到的温度模拟信号判定所需要的氮气流量，再通过比例调节阀与流量检测器形成闭环控制回路，在回转窑低温运行时通入少量氮气降温，在温度升高时根据温度多少，逐步提高氮气使用量。
[0063]在氮气控制调节回路上，B/C接口前使用双电控的两位两通电磁阀(可掉电后保持原位)控制氮气通入，同时电磁阀设手阀旁通留作备用。A/D 1接口前均使用比例电磁阀以及流量检测器，根据降温需要协同控制输入流量大小，同时设置手阀旁通留作备用。D2为气密带排气出口，排气口外接气体过滤器、油污分离器，过滤气密带泄压过程中带出的油脂、粉尘、磨屑等杂质，避免堵塞后续处理元件。在D2排气口过滤装置后安装减压阀用以稳定密封带压力，形成密封高压区，随后排出的氮气可做额外的回收系统再次利用，也可直接排放入主体设备的废气处理系统中，避免直接泄放至周边环境中。
[0064]综上所述，本申请采用多级组合密封结构，构建了有高温至低温的缓冲回路，对于微小粉尘多次隔离减弱，实现高效耐用的密封机构，在密封性和寿命上有极大的提升。
[0065]通过设置氮气控制调节回路，有效的减少了使用气体的浪费，实时反馈调节，提高整体降温效率。
[0066]通过排气口带走密封圈与硬质合金面摩擦产生的热量，增加密封圈使用寿命，同时将因剧烈压力波动时，渗入气密带的油脂或者粉尘等快速排除。
[0067]高度集成化的组件设计，将密封组件的自适应调节、空间限位、隔离圈等形成组件模块，在需要更换时，整体拆卸换新，施工时间显著缩短。
[0068]模块化设计可在设计时统一设计标准，实现标准化系列制做，集中快速生产各类型号、统一检测标准，有效的提高生产效率和产品质量。
[0069]第二O型橡胶圈15与矩形橡胶圈14组合叠加设置，同时兼顾了磨损自动补偿以及高密封能力。
[0070]密封装置的间隙保持，采取了圆柱滚动体10与聚四氟乙烯隔离块18的设计，圆柱滚动体10与聚四氟乙烯隔离块18间隔设置，通过圆柱滚动体10滚动实现动静分离，并通过连接的软连接吸收跳动量。
[0071]以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
[0072]对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对上述实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的上述实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
[0073]以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
说明书附图(3)
声明：
“锂电负极高温回转窑用集成模块化高压机械密封装置” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
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编辑：中冶有色网
来源：苏州中材非金属矿工业设计研究院有限公司
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2025年05月08日 ~ 10日 
