本实用新型涉及深冷低温泵用机械密封装置，具体涉及-196℃低温离心泵机械密封装置。
背景技术：
深冷低温离心泵是空分、石化、冶金、清洁能源等行业输送液态气体的极低温设备。
法国法孚(fives)公司是成立于1959年的专业低温设备制造公司。改革开放以来，国内的不少中、外资空分企业，进口了该公司的离心泵，用于液化空气传输、地面装卸和运输槽车上。
法孚(fives)离心泵机械密封结构如图1所示，从图可知，这是典型的静止型补偿结构的机械密封。设计原则是工作时，降低静环组件对入泵液化气体形成的搅拌热。
静环组件由件①300型不锈钢静环座+镍合金焊接波纹管+[300型不锈钢环座+碳石墨(静环)镶嵌]。
从图2所示：件①座外径凸台，螺旋压紧套(300型不锈钢)，静环组件与青铜泵头之间用铜垫密封，靠轴向力压紧。静环镶嵌在300型不锈钢的静环座上。
机封动环为铜+纯碳石墨，镶嵌组合而成，装于泵轴，动环非密封面侧端面用压套靠泵轴端机械力压紧限位于泵轴台阶并传递工作扭矩。动环、泵轴台阶用调整铜垫密封，调整铜垫(静密封)长度，让动环、静环密封面贴合并让波纹管压缩提供静态时的闭合力。
工作时，动环与轴同步高速旋转，密封面间摩擦热和旋转件产生的搅拌热，被水平入泵的液态气体带出，泵内液体维持平衡的工温饱和蒸汽压，并在整个工作期间保持这种热平衡；
法孚离心泵cryomecnll中机械密封的设计缺陷：
1、存在不安全性
从图1结构可知，其静环组件中的焊接金属波纹管用薄片焊接而成，是机封中金属材料强度最薄弱的部分，承担了机械密封工作时的全部扭矩。这类泵转速在4000～7000转/分，考虑低温状态下金属脆化趋势，这类泵用接触型机械密封属于高pv值机械密封。液态气体粘度极小，不存在润滑性，工作时高速流动的液体与波纹管发生摩擦，磨损并降低着波片厚度，使波纹管承受载荷的能力减弱，一旦破裂，逸出的液化气体，尤其是液氧、lng或液化碳氢化合物，会造成危险的安全事故和环境污染。
2、安装时，由于压紧套，静环组件分离，装配误差大，静环组件与泵轴的同轴精度无法保证。
3、密封环材料选材陈旧
由于液态气体没有润滑性，密封环(动环、静环材料)必须选择低温环境下具有优良自润性的材料。图示结构的密封碳石墨对纯碳石墨，是api682标准中机械密封面配对材料没有的，api682标准的机械密封工作温度下限-40℃，远高于液化气体(-196℃～-130℃)的温度。所以，该标准选材不适用于cryomecnll低温离心泵。但密封面配对原则应该遵循。cryomecnll原进口密封面材料有违这个原则。
碳石墨是优良的密封材料，但在液化气体中，材料的自润滑性能却依液氧、液氮、lng……顺序明显地降低。随着近代工业的发展，应该选用低温状态下材料自润性更优良的
新材料取代碳石墨。
镶嵌式组合动、静环，是普通机械密封的常见形式，一次性，不可拆卸。这种形式在低温液化气体中，镶嵌材料不同，低温状态下被镶嵌的动、静环承受产生的应力。而且这种泵常处于不连续工作状态，密封面的磨合状态会被温度变化产生的应力破坏，降低机械密封的工作寿命。
技术实现要素：
本实用新型主要是克服现有技术中存在的缺点，本实用新型提供-196℃低温离心泵机械密封装置。
本实用新型解决上述技术问题，所提供的技术方案是：-196℃低温离心泵机械密封装置，包括旋转件、静环组件，所述旋转部件包括安装于泵轴上的动环、调整铜垫；所述静环组件包括大间隙设在所述泵轴上的铜隔离套、波纹管座、波纹管、静环环座、静环与泵体定位配合的静环座及安装在所述静环座上的静密封圈。所述波纹管两端分别焊接在波纹管座、静环环座上，所述波纹管座外侧焊接在所述静环座上，内孔固定有铜隔离套；所述静环与动环的端面贴合形成密封面。
进一步的技术方案是，所述静环环座与静环座之间设有插入式防转结构(限于但不仅限于圆弧形、圆柱销、矩形键等)。
进一步的技术方案是，所述静环的内孔与静环环座外径之间设有静环低温橡胶密封圈。
进一步的技术方案是，所述泵头与静环组件之间设有静密封(铜垫片或低温橡胶“o”型圈)。
进一步的技术方案是，所述动环为镍合金环。
进一步的技术方案是，所述静环为人工超高分子pe材料或特种ptfe基材料。
进一步的技术方案是，机械密封各个零件组合前须经冷冻处理。
本实用新型具有以下效果：
1、静环组件中波纹管一端焊接于静环座上，另一端焊接于静环环座上，静环环座与静环座上有防转结构(限于但不仅限于圆弧形、圆柱销、矩形键等)，防转结构承担主要的扭矩和限制静环径向位移，让波纹管主要承受介质输送时产生的密封腔工作压力；
2、用静环组件取代原cryomecnll泵原用机封的压紧套+静环组件，降低了安装时的积累误差，保证了静环组件与泵轴的同轴度，有利于提高机械密封的工作寿命；
3、静环从原来fives低温泵机械密封的镶嵌式改为图示6可方便拆卸的形式，密封面磨损后更换动环、静环即可；这与密封面磨损后更换成套机封相比较，静环组件金属部分使用寿命延长，更换动、静环只需成套波纹管价格的1/5，极大地降低了客户的运行成本又充分利用了资源。
附图说明
图1为现有技术中法孚(fives)离心泵机械密封结构图；
图2为图1中a的放大图；
图3为图1中b的放大图；
图4为本实用新型的结构示意图；
图5为图4中a的放大图；
图6为图4中b的放大图；
图7为实施例中静环组件的左视图；
图8为图7中c的放大图。
具体实施方式
下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接。对于本领域的普通技术人员而言，可依据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
此外，所描述的本实用新型不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
如图4-8所示，本实用新型的-196℃低温离心泵机械密封装置，包括旋转件、静环组件；所述旋转件包括安装在泵轴上的动环12、调整铜垫11；所述静环组件包括铜隔离套9、波纹管座8、波纹管4、静环环座3、静环2和与泵头7定位配合的静环座5及安装在所述静环座5上的静密封圈6，所述波纹管4的两端分别焊接在所述波纹管座8、静环环座3上；所述波纹管座8的外侧焊接在所述静环座5内，内孔固定在铜隔离套9上；所述静环2安装在静环环座3上，与动环12的端面贴合形成密封面。
其中静环组件取代图1中不锈钢压紧套+静环组件。降低了装配积累误差，保证了静环组件与泵轴的同轴精度。
其中图4所示，为了更进一步提高本实施例的密封效果，优选的实施方式是，所述静环2的内孔与静环环座3之间设有静环密封圈10，所述泵头7与静环组件5之间设有静密封6，所述动环12的端面与主轴的台阶之间设有可调整动环密封铜垫片11。
其中静环2为人工超高分子pe材料或特种ptfe基材料。动环12为整体高强度，自润性优良的镍合金材料。
静环2为可方便拆卸的，密封面磨损后更换动环12、静环2即可。这与密封面磨损后更换成套机封相比较，静环组件金属部分使用寿命成倍延长，更换动环12、静环2只需成套波纹管价格的1/5，极大地降低了客户的运行成本又充分利用了资源。
所述波纹管座8和静环环座3上均设有插入式防转结构(限于但不仅限于圆弧形、圆柱销、矩形键等)；防转结构承担主要的扭矩和限制静环径向位移，让波纹管4主要承受介质输送时产生的密封腔工作压力。
以上所述，并非对本实用新型作任何形式上的限制，虽然本实用新型已通过上述实施例揭示，然而并非用以限定本实用新型，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围内，可利用上述揭示的技术内容作出些变动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。
技术特征：
1.-196℃低温离心泵机械密封装置，包括旋转件、静环组件，所述旋转件包括安装在泵轴上的动环、调整铜垫；其特征在于，所述静环组件包括铜隔离套、波纹管座、波纹管、静环环座、静环和与泵体定位配合的静环座及安装在所述静环座上的静密封圈，所述波纹管两端分别焊接在所述波纹管座、静环环座上；所述波纹管座外侧焊接在所述静环座内，内孔固定铜隔离套；所述静环安装在静环环座上，与动环的端面贴合形成密封面。
2.根据权利要求1所述的-196℃低温离心泵机械密封装置，其特征在于，所述静环环座与静环座之间设有插入式防转结构。
3.根据权利要求1所述的-196℃低温离心泵机械密封装置，其特征在于，所述静环的内孔与静环环座外径之间设有静环低温橡胶密封圈。
4.根据权利要求1所述的-196℃低温离心泵机械密封装置，其特征在于，所述静环组件与泵头之间设有低温橡胶或铜垫静密封。
5.根据权利要求1-4中任一项权利要求所述的-196℃低温离心泵机械密封装置，其特征在于，所述动环为镍合金环。
6.根据权利要求5所述的-196℃低温离心泵机械密封装置，其特征在于，所述静环的材料为人工超高分子pe材料或特种ptfe基材料。
技术总结
本实用新型涉及?196℃低温离心泵机械密封装置，包括旋转件、静环组件，所述旋转部件包括设在泵轴上的动环、调整铜垫；静环组件包括铜隔离套、波纹管座、波纹管、静环环座、静密封圈和静环座；所述波纹管两端分别焊接在所述波纹管座、静环环座上；所述静环与静环环座配合，端面与动环的端面贴合形成密封面。本实用新型静环从原来Fives低温泵机械密封的镶嵌一次性碳石墨改为可方便拆卸的结构；特设的防转结构，让波纹管工作时承受介质压力，不承受扭矩；密封面磨损后更换动环、静环即可；这与密封面磨损后更换成套机封相比较，静环组件金属部分使用寿命延长，更换动、静环只需成套波纹管价格的1/5，极大地降低了客户的运行成本。
技术研发人员：袁子予
受保护的技术使用者：成都仕伦密封有限责任公司
技术研发日：2021.01.08
技术公布日：2021.08.31
声明：
“-196℃低温离心泵机械密封装置的制作方法” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
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编辑：中冶有色技术网
来源：成都仕伦密封有限责任公司
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