某制药公司生产的药霜工艺流程装置核心设备 IH／R03搅拌釜是意大利pressinduspria公司提供的，结构如图1所示。通过搅拌釜高速的旋转，将不同成分原料药进行充分混合，制成药霜成品。2001年开工后，在搅拌过程中，经常有黑色石墨污染白色药霜，造成产品的成批报废。不但影响了产品的交货期，而且增加了产品的成本。严重地影响了产品的品质及公司信誉。
1 问题描述
经分析认为，是该釜使用的机械密封石墨磨损后， 落入罐体内，造成了污染。该公司立即通知了意大利 pressinduspria公司。随后，意大利专家对摩擦副、润滑系统等做了多次的改进，但问题始终没有得到解决。该 问题困扰该厂长达4年。2005年，该公司找到我们，希望解决这个难题。
2 问题分析
2．1 密封的使用情况分析
该设备的型号为：te3—4000， 搅拌直径约为 1500mm，罐体容量为4000L。压力：一0．5～3MPa (A)温 度：20℃～84℃；工作转：12～16r／min。从搅拌釜示意图 (图1)中可以看出，该釜的较大轴为空心搅拌轴，装有锚式搅拌头，轴径为 φ160，轴与反应釜之间有一套密封装在反应釜的上部(见图2)，为上部机封(件号1)； 第二根轴也是空心搅拌轴，装有桨式搅拌头，轴径为φ 120，装在较大轴里面，较大轴与第二根轴之间有相对运动，装有一套密封，为中部机封(件号2)；第二根轴里面还装有一根实心轴，装有匀化器，它们之间也装有 一套密封，为底部机封(件号3)。这套密封是浸在药液里面，有润滑和良好的冷却作用。因此，采用了硬质合金对硬质合金摩擦副配对的机械密封，避免了污染，同 时其密封寿命也非常长。而上部与中部的机械密封的摩擦副端面无法得到液体冷却和润滑。在生产过程中， 当釜内的压力为一0．5MPa时，外部的大气压会将上部 (件号1)和中部(件号2)密封石墨摩擦副端面磨损掉的碳黑挤压进釜体内造成污染。
2．2 对原有机械密封摩擦副的改进
解决石墨环磨损掉渣的污染问题方法很多．较简单的方法就是选用没有碳黑掉渣的摩擦副配对如硬质合金对硬质合金、碳化硅对硬质合金等方法。由于该釜上、中部的密封端面没有冷却润滑的条件．如果选择硬质合金对硬质合金、碳化硅对硬质合金等配对摩擦副，虽然能够解决石墨环掉渣污染的问题．但由于密封端面无润滑．密封面处于完全干摩擦状态，密封的寿命会非常短。
据了解意大利pressinduspria公司及相关专家采用提高石墨环密封材料的性能方法等多种方法都没有能够解决石墨环掉渣污染问题
首先排除了软环用石墨环．我们采用自润滑性能 较好的SiC／SiC，但使用条件恶劣．机械密封的寿命也非 常短。为了保证机械密封有较长的使用寿命和不会无污染产品．经过我们反复的实验．较后选择了的白色纯聚四氟乙烯(PTFE)作密封软环与硬质合金配对 PTFE 有优良的自润滑性能，具有生理惰性．能够用于制作人工血管和脏器长期植人体内且无不良反应。因此．即使磨损掉渣．也不会影响药霜的质量。
2．3 改进后密封摩擦副存在的问题
尽管PTFE作为摩擦副具有良好的自润滑特性．但当介质温度或摩擦副端面温度变化后，FE会产生相当大的变形．影响摩擦副端面的平面度．进而导致密封失效。在一般情况下， FE作为密封的摩擦副。需要与金属件镶嵌形成组合件。而四氟线胀系数为：66x10-6(1／ ℃)，316L的线胀系数为：15~10-6(1／℃)。我们设计的摩 擦副外径为D=214m。当温度达到84℃时，根据△S = ( a1一a2)D△T，四氟直径将增加0．9mm。
显然，若按照通常图3所示的镶嵌环结构。当温度的升高，四氟的膨胀，受结构的约束，造成端面PTFE端面产生很大的变形，导致密封失效。当温度的降低，四 氟的收缩，四氟与金属贴合面出现间歇。也会导致密封的实效。
3 改进后全新的密封结构
为了能够将四氟应用于摩擦副．同时避免温度变化影响。通过反复的试验，设计了一种特殊的结构。如图4在该结构里。四氟密封环底部装有橡胶O形密封 圈，当温度降低时，四氟收缩，其与环座之间出现间隙。 这时，受到密封弹簧压紧力和腔体内的压力的作用。四氟密封环压向O形圈，保证介质不会从镶嵌部位泄漏，如果温度升高，该四氟密封环的外径增大，由于结构的约束，会产生一个沿着与环座配合的楔形面向上的分力，密封环的径向变形转换成轴向移动．密封环在径向受到的约束力小，产生的变形非常微小，不会导致密封失效。
选择了这种设计方案后，通过调整楔形角度、弹簧 力、端面比压、四氟密封环的宽度等不同的参数。进行台架几十次的台架实验。较后找出了较佳设计方案 2006年。我们用上述方法对搅拌釜机械密封进行了改造，完全避免了石墨密封环掉黑渣的问题。该产品 一直用到了2011年8月。
4 结论
我们根据具体的情况，非常规地选用了四氟作为摩擦副配对材料。并通过新颖的结构形式，解决了四氟镶嵌环的变形问题。通过这一次的密封改造。不但解决了用户现场机械密封掉黑渣的实际问题。而且提出了降低温度变化对四氟密封环变形影响的结构。这种方法能够为低速、重载、干摩擦的工况的密封难题，提供了一种解决方案。
