在液化天然气等低温工况中，液化气泵需长期稳定运行于-162℃的环境。然而，金属材料在低温下会因热胀冷缩效应产生显著收缩，导致密封面间隙较大、部件应力集中，甚至引发泄漏或结构断裂。如何破解这一矛盾，成为液化气泵设计的核心挑战。
一、材料选择：抗低温收缩的“钢铁之躯”
1.低温材料的“黄金标准”：奥氏体不锈钢与镍基合金
液化气泵传统碳钢在-162℃下会因马氏体转变而脆化，而奥氏体不锈钢通过添加镍元素稳定奥氏体组织，在低温下仍保持良好韧性。进一步地，镍基合金凭借更高的镍含量和钼、铌等强化元素，在低温下兼具抗收缩性与耐腐蚀性，成为LNG泵轴、叶轮等关键部件的材料。
2.材料收缩率的“计算”：从经验到仿真
不同材料的线膨胀系数差异显著。设计阶段需通过有限元分析模拟低温收缩后的应力分布，优化部件尺寸公差。
二、结构设计：以“柔”克“刚”的补偿机制
1.波纹管密封：用弹性变形对抗刚性收缩
传统机械密封依赖弹簧压紧动、静环，但在低温下弹簧刚度下降且材料收缩导致密封面分离。波纹管密封通过金属波纹管的弹性变形补偿收缩量，维持密封压力。例如，某进口LNG泵采用氢化镍钛合金波纹管，在-196℃下仍能提供稳定的轴向补偿力，寿命较传统结构提升3倍。
2.间隙补偿环：动态调整“收缩差”
液化气泵泵体与转子因材料不同或结构差异，收缩量可能不一致。间隙补偿环通过在关键部位设置可滑动或弹性支撑的环状结构，自动调整配合间隙。某企业研发的“双层补偿环”设计，在泵体与叶轮间引入低刚度弹簧片，使低温收缩后的径向间隙波动控制在±0.02mm以内，有效防止汽蚀与振动。
3.低温预紧工艺：常温下的“反向收缩”
液化气泵通过低温预紧装配，在常温下对螺栓、轴承等部件施加超额预紧力，使其在低温收缩后达到设计要求的接触压力。
应对-162℃工况下的材料收缩难题，本质是在异常条件下平衡材料的物理性能与工程精度。从材料科学的基础研究到制造工艺的追求，每一微米的优化都凝聚着跨学科的技术突破。未来，随着液氢等更低温介质的商业化应用，液化气泵的“抗缩技术”将向更深层次演进，为能源转型提供关键装备支撑。
