低溫冷卻循環泵的核心結構部件設計需兼顧低溫環境下的機械性能、耐腐蝕性和密封性，以下是主要部件及其作用的詳細解析：

一、泵體（Pump Body）  

結構與材料  

- 材料選擇：常用304不銹鋼、316L不銹鋼（耐低溫腐蝕）、氟塑料（如PFA、PTFE，耐強腐蝕）或鑄鋼（需避免低溫脆化，僅限-20℃以上場景）。  

- 結構設計：采用整體式或分體式鑄造，內壁光滑以減少流體阻力；低溫下需加厚殼體或增設保溫層（如聚氨酯發泡），防止冷凝或結冰。  

核心作用  

1. 流體容納與導流：作為葉輪的安裝載體，形成吸入腔與排出腔，引導低溫流體按設計路徑流動。  

2. 壓力承受：承受低溫介質的壓力（如高壓循環系統）和外部環境應力（如真空或低溫收縮）。  

3. 連接接口：集成進/出口法蘭（如DN25-DN100）、壓力表接口和溫度傳感器接口，便于系統集成。 

二、葉輪（Impeller）

類型與設計  

- 類型選擇：  

 - 閉式葉輪：適用于清潔、低黏度介質（如乙醇溶液），效率高但易堵塞。  

 - 半開式/開式葉輪：適合高黏度或含微小顆粒的低溫介質（如乙二醇漿料），抗堵塞但效率稍低。  

- 材料：不銹鋼（316L）、哈氏合金（耐強腐蝕）、聚四氟乙烯（PTFE，耐腐蝕但強度較低，用于實驗室小型泵）。  

核心作用  

1. 能量傳遞：通過電機驅動旋轉，將機械能轉化為流體動能，提升介質的壓力和流速。  

2. 流量控制：葉片角度（后彎、徑向、前彎）和葉輪直徑決定泵的揚程與流量特性，需匹配低溫系統的熱負荷需求。  

3. 抗氣蝕設計：葉片進口邊緣倒圓處理，降低低溫下因流體汽化（如接近冰點時的閃蒸）導致的氣蝕風險。  

三、軸承（Bearing）

類型與材料  

- 類型：  

 - 滾動軸承（如深溝球軸承、角接觸球軸承）：常用，需搭配低溫潤滑脂（如鋰基脂，工作溫度-40℃~120℃）。  

 - 滑動軸承（如石墨軸承）：適用于無潤滑介質環境（如水基冷卻液自潤滑），耐低溫但承載能力較低。  

- 材料：軸承外圈/內圈采用不銹鋼（如AISI 440C），保持架用尼龍或聚醚醚酮（PEEK，耐低溫脆化）。  

核心作用  

1. 旋轉支撐：支撐葉輪軸的高速旋轉，減少徑向和軸向跳動，確保運行穩定性。  

2. 載荷承受：承受葉輪的流體動載荷和軸的自重，防止軸變形導致的密封失效。  

3. 低溫適配：潤滑脂需滿足低溫下的低黏度（避免凝固）和高滴點（防止高溫失效），如-50℃環境選用含硅油的潤滑脂。  

四、密封裝置（Sealing System）  

類型與設計  

1. 機械密封（Mechanical Seal）  

 - 結構：由動環（碳化硅/陶瓷）、靜環（石墨/PTFE）、彈簧和密封圈組成。  

 - 材料：密封面常用碳化硅（硬度高、耐磨損），輔助密封用氟橡膠（VITON，-20℃~200℃）或全氟醚橡膠（FFKM，-40℃~300℃，耐強腐蝕）。  

 - 優勢：泄漏量低（約5ml/h以下），適用于低溫高壓場景（如-80℃、10bar）。  

2. 磁力密封（Magnetic Drive Seal）  

 - 結構：通過內外磁環的磁力耦合驅動，隔離套（不銹鋼/哈氏合金）完-全密封泵腔。  

 - 優勢：無接觸密封，零泄漏，避免低溫下機械密封摩擦副的凍結或磨損，適合劇毒/貴重介質。  

 - 局限：磁渦流會導致功率損失，低溫下需驗證隔離套材料的導磁性（如316L不銹鋼導磁率低，優于碳鋼）。  

3. 填料密封（Packing Seal）  

 - 材料：浸漬石墨或PTFE纖維填料，通過壓蓋壓緊密封。  

 - 應用：僅用于低壓、非關鍵低溫場景（如-20℃以上），需定期調整壓蓋松緊，避免填料低溫硬化導致泄漏。  

核心作用  

1. 防泄漏屏障：阻止低溫介質從泵軸與泵體的間隙溢出，或外界空氣進入（避免水分凍結堵塞）。  

2. 潤滑與冷卻：機械密封需配置沖洗液（如低溫硅油），帶走摩擦熱并防止密封面結冰。  

3. 低溫適配：密封材料需滿足低溫下的柔韌性（如PTFE在-196℃仍保持延展性），避免硬化開裂。 

五、輔助關鍵部件（補充說明）  

1. 電機（Motor）  

 - 類型：低溫伺服電機或防爆電機（視環境而定），繞組需防潮處理，軸承同泵軸承設計。  

 - 作用：提供動力源，需匹配泵的轉速（如1450rpm或2900rpm）和低溫啟動扭矩需求。  

2. 聯軸器（Coupling）  

 - 彈性聯軸器：補償軸對中偏差，減少振動傳遞，材料選用耐低溫橡膠或金屬波紋管（如不銹鋼）。  

3. 過濾器（Filter）  

 - 前置濾網：安裝于進口端，過濾雜質（如≥50μm顆粒），防止葉輪堵塞或密封面磨損。 

低溫環境下的特殊設計考量  

- 材料韌性：避免使用低溫下易脆化的材料（如普通碳鋼在-40℃以下脆變），優先選奧氏體不銹鋼（如304/316L，無磁且耐低溫沖擊）。  

- 熱膨脹補償：泵體與管路連接處預留伸縮節（如金屬軟管），緩解低溫收縮導致的應力集中。  

- 密封面精度：低溫下材料收縮可能改變密封間隙，需提高加工精度（如表面粗糙度Ra≤0.8μm）并優化彈簧比壓。 

通過上述部件的協同設計，低溫冷卻循環泵可在-100℃~150℃范圍內穩定運行，同時滿足耐腐蝕、低泄漏和高可靠性需求，廣泛應用于化工反應、半導體冷卻、醫藥凍干等領域。