孙卫平，李兵，冯彦华，龚卫锋

704研究所，上海200031

摘    要：根据舰船环境以及舰船独特的技术指标，总结了舰船用泵的技术特点，提出了多目标优化设计的方法，并对舰船用泵未来技术走向进行展望。

关键词：舰船用泵；技术特点；多目标优化设计

编者按：这是作者十几年前写的一篇文章，至今对舰船用泵的设计与研发仍然具有指导、借鉴作用。现与朋友们分享。

在舰船机械设备中，泵是一种数量较大、品种繁多和作用重要的机械设备。广泛应用于（舰）船动力系统、消防系统、冷却系统，压载系统、扫舱系统、生活服务安全保障和其他专用系统中，而且还配装于某些辅助装置中^[1]。由于舰船环境的限制及军舰独特的战术指标要求，造成了舰船用泵具有不同于其他泵类产品的技术特点。

舰船用泵与民用泵（包括陆用泵、普通船用泵）在设计方法、结构形式、考核指标要求、生产制造、加工工艺以及产品可靠性、维修性方面均有较大区别。

1.1  设计方法

在设计理念上，普通民品用泵在满足基本性能参数如流量、扬程后，尽可能提高泵的生产制造效率，采用相对经济的原材料等措施，通过系列化、标准化设计，控制生产加工制造等各个环节，来达到资源利用的最大化，进而降低成本，提高利润。

而对于舰船用泵，除了要满足流量、扬程这些基本性能参数之外，在保证具有较高效率的同时，还要求具有最小的重量和外形尺寸，尽可能低的振动噪声等。而振动噪声、尺寸重量、效率等，在设计时则要综合考虑各种影响因素，合理确定，进行多目标优化设计。

舰船航行工况复杂，导致对泵的流量、扬程的需求处于不断地变化中。舰船用泵经常需要多个运行工况，而且经常要在极小流量工况（10％设计流量）下运行，这就要求在设计时考虑全流量范围内的性能，对各过流部件几何参数进行优化，采用全工况设计方法，形成符合要求的流量 - 扬程曲线变化规律。

1.2  结构特点和材料应用

舰船上环境条件复杂、系统密集，空间紧凑，导致舰船用泵在性能参数确定、材料选择、结构布置、密封形式等诸多方面均有独特之处。主要体现在以下几个方面：

1.3  考核指标

对于一般民用泵，只要泵的性能参数（流量、扬程、功率）、空气噪声、安装方式等满足要求了，交货条件也就基本满足了。舰船用泵则不同，技术要求书中对性能参数、多工况、功能接口、振动（烈度）、结构噪声（加速度）、空气噪声、可靠性、维修性、调节保护、制造质量、结构设置等都有详细的规定。如某泵有关允许吸高、驱动方式、工作介质、工况、振动噪声等方面的技术指标达25项之多，且指标之间相互约束，要求苛刻。

另外，舰船用泵在转子的对中工艺、静平衡、动平衡精度等考核指标上都远远高于民用泵（含民船用泵）。

1.4  制造精度

国内民用泵（含船用泵）生产制造工艺相对落后，加工精度要求不高，而且对尺寸超差等问题的控制要求实际上并不严格^[2]。而舰船用泵对产品质量要求高，大都采用精密铸造与数控机床等加工手段，以保证零部件的制造精度。从生产、装配、质检到出厂乃至售后服务都有严格、细致、具体的规定。

1.5  多学科协作

舰船用泵设计时，需要水泵、电机、电气、汽轮机及减振降噪等相关专业学科的支持，并结合计算机数值试验进行优化设计。近年来，复杂流动问题的模拟计算迅速发展，计算流体力学（CFD）受到了越来越广泛的重视。多种通用大型商用CFD软件如FD2000、PHOENICS、FLUENT、TASC．FLOW、STAR-CD及有限元软件如Ansys等得到了大量应用。同时，CFD己从以前的定性分析发展到目前的定量计算，数值试验正成为舰船用泵设计时不可或缺的一个环节。

1.6  自动化控制

目前许多的军船用泵实现了自动化控制。自动化控制是一项投入少、见效快、附加值高的工作，但同时也是一项高科技、高集成，多学科配合的技术。如某舰用潜水型消防排水泵组由串并联水泵、潜水电机、电气控制箱、气动装置、高压气源箱、进出口挠性接管、隔振器、气动蝶阀等组成。电气控制箱是泵组的电气集中控制、显示的部件，由接触器、PLC处理器、显示仪表、按钮、指示灯等组成，只需按动一个按钮就可全自动操作泵组，并可使设备进行自动故障检测、预防性维修报警、故障报警等。气动装置利用舰上系统中的压缩空气将电气信号转换为机械动作的部件，由电磁阀（含安装板）、滤器、油雾器、压力控制器、高压气瓶、稳压气瓶、减压器、压力传感器等组成。

1.7  产品可靠性、维修性

可靠性是产品设计、制造、试验、系统安装匹配等综合质量的反映。舰船用泵从设计制造到出厂安装上船，乃至售后服务都有一套完整的体系和程序。在舰船用泵方案论证、方案设计、技术设计及施工设计阶段，都有相应的可靠性、维修性设计与预计等过程。

此外，因舰船的作战特殊性要求，舰船用泵在发生故障时，要求让经过简短技术培训的普通船员尽量在舰船上处理，而不需要回基地维修。这些都对军品船用泵的维修性、可靠性提出了很高的要求。

舰船用泵未来技术走向应包括以下几个方面：

2.1  高参数(高速、高温、高压、高功率密度)设计技术

随着我国舰船不断向大型化发展，引领我国舰船主动力不断提高，使得动力系统中的功能泵类产品的排量（流量）、扬程（压头）、功率等参数大幅度提高，甚至达到质的飞跃。同时受到舱容、重量、安装等等方面的约束，使得流体机械不断向超高速、高温、高压、高功率密度方向发展，带来了流体机械设计技术上的创新。

2.2  基于数字化设计的多目标设计技术

我国舰船流体机械的大部分产品仍采用了半理论半经验的设计方法，难以确保产品设计中提出的性能参数、重量外形、可靠性、环境条件等多目标设计要求。随着计算机技术的发展，为复杂的流体机械设计提供了平台。结合CAD - CAE - CAM技术^[3]，形成舰船用泵的多目标设计方法，是未来舰船用泵技术发展的重要方向之一。

2.3  低噪声设计技术

以“安静型潜艇”为代表的舰船系统对舰船用泵的低噪声设计技术提出了很高要求。目前，国内流体机械的低噪声设计技术基础薄弱，舰船用泵低噪声设计是未来急需突破的关键技术。

2.4  “无泄漏”设计技术

“大潜深潜艇”受到材料、工艺和设备的限制，“三漏”现象比较普遍，随着舰船用泵压力的进一步提高，对“无泄漏”设计技术提出了更高的要求，屏蔽泵、磁力泵^[3][4]等无泄漏泵将在舰船上得到广泛应用。

2.5  集成化设计技术

集成化设计是节省舰船空间，提高设备和系统可靠性的有效手段，舰船用泵与系统集成设计、功能相似的泵组集成设计（如循环泵与除氧器集成设计，汽轮发电机与给水泵集成设计）等技术在国外已有应用，这也是国内舰船用泵技术的一个发展方向。

2.6  高抗汽蚀设计技术

舰船工作空间狭小，难以为泵提供必要的灌注高度，同时由于系统管系复杂，泵进口管路损失大，转速高，这些都要求舰船用泵具有极高的抗汽蚀性能。

2.7  新结构、新材料、新工艺应用技术

未来新型舰船在系统接口、设备功能参数和舱室条件等方面对舰船用泵提出了更高的安全性和可靠性要求。为了满足相关规定，须突破如高压自紧结构设计以解决高温高压密封问题，采用磁浮轴承以克服无油润滑问题，采用新型水润滑轴承结构以解决机组小型化问题和轴承可靠性问题。

新材料如高分子复合材料、高阻尼合金材料和陶瓷材料的应用为舰船用泵的安全性、可靠性、防腐防漏、轻盈结构、减振降噪等设计提供了很好的基础。

为进一步提高舰船用泵零部件特别是过流部件的制造精度，需进一步突破较大零件的蜡模快速成型工艺、较大零件中温蜡模铸造工艺及其他它精密铸造工艺等技术。同时，新型转子零部件套装工艺、泵转子水中动平衡工艺，原动机与舰船用泵快速、高精度对中工艺也是未来舰船用泵工艺的发展方向。

2.8  传动技术

水力驱动、磁力驱动、压缩空气驱动、摆盘传动可针对特定的舰船场合（如电磁兼容、防爆、异常高温，无泄漏、低振动噪声），根本性地改变常规驱动方式的不足，满足舰船用泵的设定功能。

舰船用泵作为一种特殊的泵类产品，与常规民用泵及民船用泵相比，具有与之不同的技术特点，根据目前舰船用泵的基本应用情况，对这些特点进行了总结，并在此基础上，对舰船用泵未来的技术走向进行了初步展望。

第一作者简介：孙卫平，男，工程硕士，研究员，1971年生。1993年毕业于江苏大学流体机械专业，具有近30年舰船特种泵类的技术攻关、设计、开发与应用经验。

泵沙龙注：封面图片/插图来源于网络。