国外船用泵应用现状及特点分析

汪晓菲，李佳佳，王鹏静

（上海船舶设备研究所，上海 200031）

0 引言

船用泵是指安装于船舶上的输送流体或使流体增压的机械，被用来输送海水、淡水、污水、滑油和燃油等各种液体。船用泵在现代船舶上有着十分广泛的应用，据不完全统计，在各种船舶辅助机械设备中，各种类型和不同用途的船用泵总数占船舶机械设备总量的20%～30%[1]。国外船用泵以提高效率和运行可靠性为目的，不断改进老产品、开发新产品、重视泵的水力学、腐蚀磨损及机械设计，特别是转子动力学设计[2]。

1 国外船用泵应用现状分析

1.1 军船应用

在军船领域，由于性能要求（低噪声、抗冲击）较高，相关制造厂商均需按照各类军标及行业标准进行生产，获得一级、二级及三级供应商资格已成为基本门槛。根据美国Huntington Ingalls工业公司（造船厂）的一级供应商名单[3]（见表1），美国海军舰用泵I 级供应商主要包括美国的Barber-Nichols公司和Curtiss-Wright Flow Control Company-EPD公司等，其中，Barber-Nichols公司曾为日本川崎的Jetfoil和美国海军的Pegasus级水翼艇生产了冷却/消防泵MK-92火控系统中的Barber-Nichols 817000型船用泵，见图1。

图1 美国Barber-Nichols 公司船用泵

表1 美国海军舰用泵一级供应商

除上述供应商之外，由于泵行业相对成熟，世界其它知名泵供应商业务范围在国防领域也积极开拓业务，相关应用情况见表2，其中，美国Colfax公司已为世界各国海军提供各类品牌（如：Allweiler、Imo、Tushaco和Warren）的泵产品集成。泵产品流量范围为1 m3/h～7 000 m3/h，压力高达20 MPa，最高功率375 kW（500 hp），符合各类美军标及各船级社标准规范的要求。

表2 国外知名泵公司产品舰船应用情况

续表2：

1.2 民船应用

近年来，国外民船领域的泵不断更新迭代，以提高自身技术水平，世界知名工业泵企业不仅在军船领域积极拓展市场，在民用领域的应用也逐步向专用设备或系统转变，个别领先企业已开始研发智能泵控制技术。

德国KSB公司是国际上泵、阀门和相关系统的领先供应商，提供种类齐全的船用泵，如：离心泵和齿轮活塞泵等，可应用于冷却水、盐水、舱底水和压载水、火灾防护、空调、锅炉给水、热水和淡水、化学、腐蚀性或高度易挥发的液体、润滑油和燃料等各类船用领域。其AU系列船用泵是自吸式联轴设计的离心泵，带有开式或半开式叶轮，配备机械密封，内部由电动机或内燃机气动。该型泵应用范围广，包括泵送清洁、污染和腐蚀性液体及固体，在淡水和海水中，作为消防泵及舱底泵使用，同时也应用于排水和废水处理系统。

丹麦Grundfos公司在船用泵领域应用范围包括供水、冷却制冷、发动机舱、消防、水处理和锅炉等，提供离心泵、计量泵、增压泵、冷却泵和离岸泵等。其在节能船用泵方面首屈一指，提出了Grundfos ISOLUTION智能泵系统，超越了单独的组件系统，降低了50%的能耗[4]。该系统主要基于3个模块：智能泵、云平台及数字化服务。使用该系统后，泵可以与各种通信组件（如：控制器、驱动器和传感器等）智能组合，优化特定的系统以满足各类需求，准确高效地运用监测数据，提升系统的可靠性、可操作性及可预测性。

美国Colfax公司是一家专为海军服务的泵业公司，近年来逐渐将服务领域扩展至商业船舶领域，其产品广泛应用于各类船用领域，包括抽送液体系统和压载系统等。2016年，该公司聚焦于大型船舶，推出6种规格的船用泵，专供60 000 t～200 000 t的大型船舶和海上应用使用的Allmarine MI-D离心泵系统。Allmarine MI-D离心泵系统是质量最轻、体积最小的水泵，具有高达3 900 m³/h的流量和50 m的输送扬程，可用于抽送冷却和压载水系统的海水和淡水；其采用双吸，对称式设计，仅需使用1个轴封，无内部轴承，效率比普通轴承提高80%，具有流量大和寿命长等特点。

1.3 特殊环境应用

1.3.1 极地环境应用除了基本产品外，各供应商正将目光转向特种用途泵中，如油轮装卸、挖泥船、深水打捞船、大型船舶等，特别是极地及深海等恶劣环境的应用。目前专为极地海洋领域还发船用泵的供应商有挪威Arctic Pump Solution AS公司、丹麦Desmi公司等。

其中，挪威Arctic Pump Solution AS公司设计了单级立式离心泵和双级立式离心泵来应对极端条件，材料形式包括镍铝、青铜和不锈钢等，容量为10 m³/h～1 500 m³/h，采用机械密封，见图2。

图2 Arctic Pump Solution AS 极地单级立式离心泵

丹麦Desmi公司研发的DOP 200复式泵是应用于北极熊（polar-bear）收油机上的螺杆泵，见图3，主要用于回收海面浮油、卸载小冰块、切割杂物。在液压驱动下，其不锈钢螺杆在内部旋转，使得排放压力高达1 MPa。该型泵采用轻巧的铝制外壳，配有切割刀，以防止任何碎屑残留在泵中，这些切刀与压力润滑的螺杆轴承结合使用，可大大提高泵的可靠性。

图3 丹麦Desmi 公司DOP 200 复式泵外观图

1.3.2 深潜环境应用

挪威船级社（Det Norske Veritas，DNV）于2009年发布的水下技术相关标准规范Rules for Classification and Construction Ship Technology-Underwater Technology里明确对无人潜航器用泵提出了有关要求：一旦泵完成制造，泵制造商需开展承受最大允许工作压力下的压力测试、密封性测试和性能测试。此外，针对载人深潜器用泵提出了：承受压力的泵应进行液压试验，泵的试验压力应为压缩机最大允许工作压力的1.5倍[5]。在严格要求下，美国Moog公司推出了最新一代的深海径向柱塞泵（见图4），具有耐用性高、噪音低，低流量和压力脉动等特点，且该系列所特有的智能控制机制可保证用户在液压系统中施行有效控制。该系列产品有8种规格，最大转速范围为1 800 r/min～2 900 r/min。标准设计允许连续压力达28 MPa，峰值极限为35 MPa，高压版本允许连续压力高达35 MPa，峰值极限为42 MPa。

图4 美国Moog 公司径向柱塞泵

2 国外船用泵应用特点分析

1）加强复合材料等新材料在船用泵上的应用

随着材料技术的发展，以高分子复合材料、高阻尼合金材料和陶瓷材料为代表的新材料技术为船用泵的安全性、可靠性、防腐防漏、轻盈结构和减振降噪等设计提供了良好的基础。2018年，澳大利亚斯威本科技大学的研究人员与多个机构专家合作研制出碳化物基防污涂层，并利用超音速火焰喷涂技术将其涂覆在基体表面制成试样。测试结果表明：采用这种新型防污涂层后海洋生物的附着量减少了约50%。目前，这种防污涂层正被用于澳大利亚皇家海军“堪培拉”号两栖攻击舰的液压装置（包括液压泵）上以进一步验证其上舰使用的可行性[6]。

2）重视船用泵性能提升及结构优化设计等技术问题的研究

要提高泵的性能水平，必须解决关键技术问题，这包括了自吸泵简化结构研究、屏蔽泵/磁力泵可靠性提升研究和部分流泵效率提高研究等。船用泵领域极为重视复合结构技术的研究，纵观泵技术的发展，多采用复合结构技术的结果，如：结合离心叶轮和旋涡叶轮，成为离心旋涡自吸泵；结合射流喷头和离心泵，成为离心射流自吸泵等。

3）注重静音泵、特种用途泵等船用新用途泵的研制

泵在船舶领域的应用非常广泛，船用新用途泵不断出现。在军船领域，各国海军均加强对静音泵的研制，提升整体作战水平。如：摩尔达维亚的水利工程科学技术中心研制了新型静音泵，并应用于俄罗斯最先进的“北风之神”-A（955项目）和“亚森”-M（885项目）级潜艇[7]。该静音泵可使俄罗斯核潜艇不被敌人水声站探测到，且可使反应堆内的液体保持循环状态，每次发射鱼雷前，将鱼雷发射管装满水，并可在潜艇潜入水底和潜出水面时发挥作用。

在民船领域，各供应商加强对特种用途泵的研制，包括特种密封泵、无密封泵和特殊船舶专用泵等。如：油轮用于装卸的货油泵、挖泥船用以抽吸泥浆的泥浆泵、深水打捞船上的打捞泵和喷水推进船上的喷水推进泵等，特别是应用于极地及深海等恶劣环境下使用的泵，美国Moog公司及英国Hayward Tyler公司等均对其展开了研发工作。

3 结论

基于对国外船用泵领域的主要供应商、典型产品及主要应用场景的市场调研，从新材料、关键技术问题及船用新用途泵3个方面，总结当前船用泵的应用特点后发现国外对船用泵的研究已经有了一定规模，在各型标准的规定下，已完成各类场景的应用，尤其是特殊用途泵的研发已实现了技术突破。在新材料新技术的加持下，船用泵的安全性、可靠性、防腐防漏性、轻盈性及减振降噪性能得到不断提升。立足于此，我国必须重视船用泵的发展，在打好我国配套产业基础的同时，关注专利风险的规避，形成有效的发展战略，进而提升我国船用泵配套企业的竞争力。