新型全海水润滑超高压泵设计理论与方法

针对大深度作业对超高压海水泵的迫切需求以及现有油水分离超高压海水泵存在的问题，提出一种新型全海水润滑超高压泵结构型式。充分利用摩擦学、材料学、计算流体力学、先进制造工艺等学科的最新研究成果，考虑超高压条件下海水的流变特性，基于湍流理论，建立水润滑高速重载摩擦副的混合润滑和支承模型，针对新型工程材料的热力学特性，研究摩擦副材料的热匹配性能；针对工程陶瓷等脆性材料的力学特性，对超高压海水泵进行可靠性设计，从结构型式、润滑方式、材料选择等方面入手，研究限制或转移高速重载摩擦副PV值，增加可靠性的设计方法；以提高超高压海水泵的功率密度为目标，建立泵的整体性能优化模型，研究多参数之间的耦合关系和优化配置，对泵进行轻量化和小型化设计。在此基础上，研制全海水润滑超高压泵样机，为提高我国大深度作业装备的作业能力和可靠性奠定坚实的技术基础。

大深度潜器浮力调节海水泵被作为我国大深度潜器国产化的三大关键技术之一。本项目针对大深度作业对超高压海水泵的迫切需求以及现有超高压海水泵存在的问题，提出一种新型超高压泵结构型式，对其关键技术进行了深入研究，并研制出了样机。项目的主要研究工作和成果如下：.（1）新型超高压海水泵采用全海水润滑阀配流形式。该泵的每个柱塞为阶梯形结构，两组配流阀分别与阶梯柱塞两个密闭容腔相通，小柱塞实现超高压输出，大柱塞输出的压力水用于滑靴和止推轴承的支承与润滑；同时阶梯形柱塞结构减小了超高压条件下，滑靴和斜盘之间的接触应力，从而了减小滑靴/斜盘副的摩擦磨损。该泵已获得中国发明专利，同时申请了美、日、欧盟专利。.（2）在模拟实际海水润滑介质污染程度的工况下，对耐蚀合金、工程塑料和陶瓷材料和不同工艺强化方法进行了大量的筛选和性能对比试验，研究了水润滑高速重载摩擦副的摩擦磨损与润滑机理。针对现场环境条件下的沙粒污染，提出了硬/硬配对的摩擦副方案，从使海洋开式环境重污染条件下超高压海水泵摩擦副的可靠性得到大幅度提高。.（3）针对超高压海水泵柱塞副，创新采用间隙密封形式，解决了低粘度介质条件下的泄漏、效率与密封问题；从热力学的角度，针对新型工程材料的热力学特性，研究摩擦副材料的热匹配性能，从结构形式、材料等方面提出了解决热平衡问题的措施并进行了试验验证。.（4）以提高超高压海水泵的功率密度为目标，建立了泵的整体性能优化模型，研究了转速、斜盘倾角、闭死容腔等多参数之间的耦合关系及其对泵的机械效率、容积效率和总效率的影响，在此基础上对泵进行轻量化和小型化设计。.（5）基于本项目技术研制的压力48MPa，流量6L/min的超高压泵，其容积效率达到90%、总效率达到81%，寿命2000小时以上，主要指标已超过美、日等国家相关产品的水平，已于2012年12月28日通过专家组的验收，并被推荐作为4500米级大深度潜器的浮力调节海水泵正机。同时基于本项目技术研制的中浅深度的海水液压泵及浮力调节系统已完成一年多的现场试验，正在进行小批量生产，创造经济效益逾千万元。.本项目已发表论文16篇，专著一部，其中SCI收录1篇，EI收录4篇，申请专利9项（其中一项同时申请中、美、日、欧盟专利），已获发明专利授权2项，实用新型7项。