某制藥公司生產的藥霜工藝流程裝置核心設備 IH／R03攪拌釜是意大利pressinduspria公司提供的，結構如圖1所示。通過攪拌釜高速的旋轉，將不同成分原料藥進行充分混合，制成藥霜成品。2001年開工后，在攪拌過程中，經常有黑色石墨污染白色藥霜，造成產品的成批報廢。不但影響了產品的交貨期，而且增加了產品的成本。嚴重地影響了產品的品質及公司信譽。
1 問題描述
經分析認為，是該釜使用的機械密封石墨磨損后， 落入罐體內，造成了污染。該公司立即通知了意大利 pressinduspria公司。隨后，意大利專家對摩擦副、潤滑系統等做了多次的改進，但問題始終沒有得到解決。該 問題困擾該廠長達4年。2005年，該公司找到我們，希望解決這個難題。
2 問題分析
2．1 密封的使用情況分析
該設備的型號為：te3—4000， 攪拌直徑約為 1500mm，罐體容量為4000L。壓力：一0．5～3MPa (A)溫 度：20℃～84℃；工作轉：12～16r／min。從攪拌釜示意圖 (圖1)中可以看出，該釜的較大軸為空心攪拌軸，裝有錨式攪拌頭，軸徑為 φ160，軸與反應釜之間有一套密封裝在反應釜的上部(見圖2)，為上部機封(件號1)； 第二根軸也是空心攪拌軸，裝有槳式攪拌頭，軸徑為φ 120，裝在較大軸里面，較大軸與第二根軸之間有相對運動，裝有一套密封，為中部機封(件號2)；第二根軸里面還裝有一根實心軸，裝有勻化器，它們之間也裝有 一套密封，為底部機封(件號3)。這套密封是浸在藥液里面，有潤滑和良好的冷卻作用。因此，采用了硬質合金對硬質合金摩擦副配對的機械密封，避免了污染，同 時其密封壽命也非常長。而上部與中部的機械密封的摩擦副端面無法得到液體冷卻和潤滑。在生產過程中， 當釜內的壓力為一0．5MPa時，外部的大氣壓會將上部 (件號1)和中部(件號2)密封石墨摩擦副端面磨損掉的碳黑擠壓進釜體內造成污染。
2．2 對原有機械密封摩擦副的改進
解決石墨環磨損掉渣的污染問題方法很多．較簡單的方法就是選用沒有碳黑掉渣的摩擦副配對如硬質合金對硬質合金、碳化硅對硬質合金等方法。由于該釜上、中部的密封端面沒有冷卻潤滑的條件．如果選擇硬質合金對硬質合金、碳化硅對硬質合金等配對摩擦副，雖然能夠解決石墨環掉渣污染的問題．但由于密封端面無潤滑．密封面處于完全干摩擦狀態，密封的壽命會非常短。
據了解意大利pressinduspria公司及相關專家采用提高石墨環密封材料的性能方法等多種方法都沒有能夠解決石墨環掉渣污染問題
首先排除了軟環用石墨環．我們采用自潤滑性能 較好的SiC／SiC，但使用條件惡劣．機械密封的壽命也非 常短。為了保證機械密封有較長的使用壽命和不會無污染產品．經過我們反復的實驗．較后選擇了的白色純聚四氟乙烯(PTFE)作密封軟環與硬質合金配對 PTFE 有優良的自潤滑性能，具有生理惰性．能夠用于制作人工血管和臟器長期植人體內且無不良反應。因此．即使磨損掉渣．也不會影響藥霜的質量。
2．3 改進后密封摩擦副存在的問題
盡管PTFE作為摩擦副具有良好的自潤滑特性．但當介質溫度或摩擦副端面溫度變化后，FE會產生相當大的變形．影響摩擦副端面的平面度．進而導致密封失效。在一般情況下， FE作為密封的摩擦副。需要與金屬件鑲嵌形成組合件。而四氟線脹系數為：66x10-6(1／ ℃)，316L的線脹系數為：15~10-6(1／℃)。我們設計的摩 擦副外徑為D=214m。當溫度達到84℃時，根據△S = ( a1一a2)D△T，四氟直徑將增加0．9mm。
顯然，若按照通常圖3所示的鑲嵌環結構。當溫度的升高，四氟的膨脹，受結構的約束，造成端面PTFE端面產生很大的變形，導致密封失效。當溫度的降低，四 氟的收縮，四氟與金屬貼合面出現間歇。也會導致密封的實效。
3 改進后全新的密封結構
為了能夠將四氟應用于摩擦副．同時避免溫度變化影響。通過反復的試驗，設計了一種特殊的結構。如圖4在該結構里。四氟密封環底部裝有橡膠O形密封 圈，當溫度降低時，四氟收縮，其與環座之間出現間隙。 這時，受到密封彈簧壓緊力和腔體內的壓力的作用。四氟密封環壓向O形圈，保證介質不會從鑲嵌部位泄漏，如果溫度升高，該四氟密封環的外徑增大，由于結構的約束，會產生一個沿著與環座配合的楔形面向上的分力，密封環的徑向變形轉換成軸向移動．密封環在徑向受到的約束力小，產生的變形非常微小，不會導致密封失效。
選擇了這種設計方案后，通過調整楔形角度、彈簧 力、端面比壓、四氟密封環的寬度等不同的參數。進行臺架幾十次的臺架實驗。較后找出了較佳設計方案 2006年。我們用上述方法對攪拌釜機械密封進行了改造，完全避免了石墨密封環掉黑渣的問題。該產品 一直用到了2011年8月。
4 結論
我們根據具體的情況，非常規地選用了四氟作為摩擦副配對材料。并通過新穎的結構形式，解決了四氟鑲嵌環的變形問題。通過這一次的密封改造。不但解決了用戶現場機械密封掉黑渣的實際問題。而且提出了降低溫度變化對四氟密封環變形影響的結構。這種方法能夠為低速、重載、干摩擦的工況的密封難題，提供了一種解決方案。
