1、引言

超低温液体是指沸点低于-100℃的氧、氮、空气、氢、甲烷等碳氢化合物的气体液相态。随着石油化学工业以及空分行业的迅速发展，低温液体在各种化学过程和工艺流程中正在不断地得到广泛应用。因此，低温液体输送泵就成为这些流程装置的关键设备之一。对于低温泵而言，最主要的难题之一就是泵的轴封，由于受到低温材料的限制、工作液易汽化等因素的影响，使得泵的轴封非常难以解决。

2、密封的结构形式设计

对于大型超低温液体输送泵来说，一般都采取立式泵结构形式，这样有利于轴封的结构设计及密封保护系统的布置，但其轴封配备的系统非常庞大、复杂，这里不作讨论;本文只对流量在5-15m3/h、扬程≤120m 的槽车填充、卸料泵及在此范围内的工艺流程泵用密封作研究。

2.1 密封参数：

压力：1.3MPa 温度：-196℃ 转速：2900rpm

密封轴径：35mm 介质：液氧、液氮及液态碳氢化合物

2.2 结构型式及密封保护

根据工作液的特性，在超低温液化气泵中，通常有以下几种密封形式可供选择：a.机械密封b.迷宫吹气密封c.填料密封。

迷宫吹气密封需要较长的轴向尺寸，对于槽车填充、卸料用泵来说过于复杂;而填料密封使用寿命短、维修量大，因此，在密封的设计选型时未作考虑。按照密封通常的选用原则，对以上三种密封型式进行综合比较后，最终确定选用焊接金属波纹管机械密封。

考虑到介质的低温特性(易汽化、粘度小、密封端面不易形成液膜)，为防止机械密封端面由于工作液汽化而造成干摩擦，在泵的内部将出口与密封腔打通，即通常所说的美国石油学会标准API610附录D《机械密封和管路示意图》中规定的API方案1;其原理是依靠压差达到冲洗密封端面并带走摩擦热，维持密封部位的液相状态，从而维持密封端面摩擦面的润滑;为避免轴封部位结冰，需在机械密封压盖位置

配备氮气吹扫，可将密封泄漏的少量工作液带走，确保安全运行。

由于密封对装配要求很高，其装配精度将直接影响密封的性能，因此，密封设计

成集成式单元部件，便于快速拆装。

2.3 密封的结构特点

超低温下工作的泵，始终处于输送饱和液体的状态，极易发生因工作液汽化而产生汽蚀与震动;因此，设计机械密封时必须考虑其浮动性和追随性。

本金属波纹管密封结构采用静止式结构，去掉了传统的动环密封圈，增加动环的浮动性，可以补偿泵轴因汽蚀与震动产生的偏摆造成的密封失效，并能够在泵运转和停止时，始终保持密封端面的有效接触。采用双层波片拨插传动波纹管结构，通过拨插强制传递扭矩，避免波片扭裂;动环采用整体结构，可以有效地减少温度变形和力变形。