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(xi)認為，是(shi)該(gai)釜使用的機械密(mi)封(feng)石墨(mo)磨損后(hou)， 落入罐體內，造成了污(wu)染。該(gai)公司(si)立即通知了意(yi)大利 pressinduspria公司(si)。隨后(hou)，意(yi)大利專(zhuan)家對摩擦副、潤滑系統等做了多次(ci)的改(gai)進，但問題始終(zhong)沒有得(de)到解(jie)決。該(gai) 問題困(kun)擾(rao)該(gai)廠(chang)長達4年。2005年，該(gai)公司(si)找到我們，希(xi)望解(jie)決這(zhe)個難(nan)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(you)機械密封摩擦副(fu)的改進(jin)

解決石墨(mo)環磨損(sun)掉渣的(de)污染(ran)問(wen)題(ti)方(fang)法(fa)很多．較(jiao)簡單的(de)方(fang)法(fa)就是選用沒(mei)有碳(tan)(tan)黑掉渣的(de)摩(mo)擦副(fu)配對(dui)如硬(ying)質(zhi)合(he)(he)金對(dui)硬(ying)質(zhi)合(he)(he)金、碳(tan)(tan)化硅(gui)對(dui)硬(ying)質(zhi)合(he)(he)金等(deng)方(fang)法(fa)。由于(yu)該釜上、中部(bu)的(de)密封端(duan)面(mian)沒(mei)有冷卻潤滑(hua)的(de)條件．如果選擇硬(ying)質(zhi)合(he)(he)金對(dui)硬(ying)質(zhi)合(he)(he)金、碳(tan)(tan)化硅(gui)對(dui)硬(ying)質(zhi)合(he)(he)金等(deng)配對(dui)摩(mo)擦副(fu)，雖然能夠解決石墨(mo)環掉渣污染(ran)的(de)問(wen)題(ti)．但(dan)由于(yu)密封端(duan)面(mian)無潤滑(hua)．密封面(mian)處于(yu)完全干摩(mo)擦狀態，密封的(de)壽命會非常短。

據了解意大利pressinduspria公司及相關(guan)專家采用提高石墨(mo)環密封材(cai)料的(de)性能方法(fa)等多(duo)種方法(fa)都沒有能夠解決石墨(mo)環掉渣污染問題

首(shou)先排除了軟(ruan)環用石墨環．我們采用自潤滑(hua)性(xing)能 較(jiao)好(hao)的(de)SiC／SiC，但(dan)使(shi)用條件惡(e)劣．機(ji)(ji)械密封的(de)壽(shou)(shou)命也非 常短(duan)。為了保(bao)證(zheng)機(ji)(ji)械密封有(you)較(jiao)長的(de)使(shi)用壽(shou)(shou)命和不(bu)會無污染產品．經過我們反復的(de)實驗．較(jiao)后選擇(ze)了的(de)白色純聚四氟乙烯(PTFE)作密封軟(ruan)環與硬質合金配對 PTFE 有(you)優良的(de)自潤滑(hua)性(xing)能，具有(you)生理惰性(xing)．能夠用于制作人工血管和臟器長期(qi)植人體內(nei)且無不(bu)良反應(ying)。因此(ci)．即使(shi)磨損(sun)掉渣(zha)．也不(bu)會影(ying)響藥霜的(de)質量。

2．3 改進后密封(feng)摩擦副存(cun)在(zai)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(she)計的摩 擦副外徑為D=214m。當溫度達到84℃時(shi)，根據△S = ( a1一a2)D△T，四(si)氟(fu)直(zhi)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(hou)全新的密(mi)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(ze)了這種設(she)計方(fang)案后，通過調整楔形角度、彈簧(huang) 力、端面比壓、四氟密封(feng)(feng)環的寬度等不(bu)同的參(can)數。進(jin)行臺架幾十次(ci)的臺架實驗。較后找出了較佳(jia)設(she)計方(fang)案 2006年(nian)。我們用上述方(fang)法(fa)對(dui)攪拌釜機械(xie)密封(feng)(feng)進(jin)行了改造，完全避免了石墨密封(feng)(feng)環掉黑渣的問題。該產品 一直(zhi)用到(dao)了2011年(nian)8月。

4 結論

我們(men)根據具體的(de)情況(kuang)，非(fei)常規(gui)地選(xuan)用(yong)了(le)四氟(fu)作為(wei)摩擦副配對材料。并(bing)通過新穎的(de)結(jie)(jie)構形(xing)式，解決(jue)了(le)四氟(fu)鑲嵌環(huan)(huan)的(de)變(bian)形(xing)問題。通過這(zhe)一次的(de)密封改造。不(bu)但解決(jue)了(le)用(yong)戶現(xian)場機械密封掉黑渣的(de)實際問題。而且提出了(le)降低溫度變(bian)化(hua)對四氟(fu)密封環(huan)(huan)變(bian)形(xing)影響的(de)結(jie)(jie)構。這(zhe)種(zhong)方法能夠為(wei)低速、重載(zai)、干摩擦的(de)工況(kuang)的(de)密封難題，提供了(le)一種(zhong)解決(jue)方案。