1、引言
超低溫液體是指沸點(diǎn)低于-100℃的氧、氮、空氣、氫、甲烷等碳?xì)浠衔锏臍怏w液相態(tài)。隨著石油化學(xué)工業(yè)以及空分行業(yè)的迅速發(fā)展，低溫液體在各種化學(xué)過(guò)程和工藝流程中正在不斷地得到廣泛應(yīng)用。因此，低溫液體輸送泵就成為這些流程裝置的關(guān)鍵設(shè)備之一。對(duì)于低溫泵而言，較主要的難題之一就是泵的軸封，由于受到低溫材料的限制、工作液易汽化等因素的影響，使得泵的軸封非常難以解決。
2、密封的結(jié)構(gòu)形式設(shè)計(jì)
對(duì)于大型超低溫液體輸送泵來(lái)說(shuō)，一般都采取立式泵結(jié)構(gòu)形式，這樣有利于軸封的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及密封保護(hù)系統(tǒng)的布置，但其軸封配備的系統(tǒng)非常龐大、復(fù)雜，這里不作討論;本文只對(duì)流量在5-15m3/h、揚(yáng)程≤120m 的槽車(chē)填充、卸料泵及在此范圍內(nèi)的工藝流程泵用密封作研究。
2.1 密封參數(shù)：
壓力：1.3MPa 溫度：-196℃ 轉(zhuǎn)速：2900rpm
密封軸徑：35mm 介質(zhì)：液氧、液氮及液態(tài)碳?xì)浠衔?/span>
2.2 結(jié)構(gòu)型式及密封保護(hù)
根據(jù)工作液的特性，在超低溫液化氣泵中，通常有以下幾種密封形式可供選擇： a.機(jī)械密封b.迷宮吹氣密封c.填料密封。
迷宮吹氣密封需要較長(zhǎng)的軸向尺寸，對(duì)于槽車(chē)填充、卸料用泵來(lái)說(shuō)過(guò)于復(fù)雜;而填料密封使用壽命短、維修量大，因此，在密封的設(shè)計(jì)選型時(shí)未作考慮。按照密封通常的選用原則，對(duì)以上三種密封型式進(jìn)行綜合比較后，較終確定選用焊接金屬波紋管機(jī)械密封。
考慮到介質(zhì)的低溫特性(易汽化、粘度小、密封端面不易形成液膜)，為防止機(jī)械密封端面由于工作液汽化而造成干摩擦，在泵的內(nèi)部將出口與密封腔打通，即通常所說(shuō)的美國(guó)石油學(xué)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)API610附錄D《機(jī)械密封和管路示意圖》中規(guī)定的API方案1;其原理是依靠壓差達(dá)到?jīng)_洗密封端面并帶走摩擦熱，維持密封部位的液相狀態(tài)，從而維持密封端面摩擦面的潤(rùn)滑;為避免軸封部位結(jié)冰，需在機(jī)械密封壓蓋位置配備氮?dú)獯祾?，可將密封泄漏的少量工作液帶走，確保安全運(yùn)行。
由于密封對(duì)裝配要求很高，其裝配精度將直接影響密封的性能，因此，密封設(shè)計(jì)
成集成式單元部件，便于快速拆裝。
2.3 密封的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
超低溫下工作的泵，始終處于輸送飽和液體的狀態(tài)，極易發(fā)生因工作液汽化而產(chǎn)生汽蝕與震動(dòng);因此，設(shè)計(jì)機(jī)械密封時(shí)必須考慮其浮動(dòng)性和追隨性。
本金屬波紋管密封結(jié)構(gòu)采用靜止式結(jié)構(gòu)，去掉了傳統(tǒng)的動(dòng)環(huán)密封圈，增加動(dòng)環(huán)的浮動(dòng)性，可以補(bǔ)償泵軸因汽蝕與震動(dòng)產(chǎn)生的偏擺造成的密封失效，并能夠在泵運(yùn)轉(zhuǎn)和停止時(shí)，始終保持密封端面的有效接觸。采用雙層波片撥插傳動(dòng)波紋管結(jié)構(gòu)，通過(guò)撥插強(qiáng)制傳遞扭矩，避免波片扭裂;動(dòng)環(huán)采用整體結(jié)構(gòu)，可以有效地減少溫度變形和力變形。
