船用细水雾灭火系统用海水轴向柱塞泵设计及其结构特点及关键部位设计
船用细水雾灭火系统用海水轴向柱塞泵设计及其结构特点及关键部位设计
高压水泵作为高压单相细水雾灭火系统的动力元件，是制约高压单相细水雾灭火系统开发与应用关键因素之一。国内在高压纯水泵研制上作了大量工作，但由于材料性能、加工工艺以及设计理论上的欠缺，研究进展缓慢。所研样机效率低、寿命短，噪声高，难以应用于实际。1996年，华中科技大学研制出了一台基于油水分离式结构的轴向柱塞泵，其输出压力达6.3 MPa,流量110L/min,并成功装备某艇使用，为国内高压水泵的研制指定一个新的方向。
现有水泵结构型式，结合船用高压细水雾灭火系统的相关使用要求，研制了额定压力4MPa、最高工作压力6MPa,额定流量200L/min以上,具有快速维护性能的油水分离式径向阀配流轴向柱塞泵样机，并对样机进行了性能测试。
结构型式确定
水泵结构型式主要有等离心式泵，曲柄连杆三柱塞泵和轴向柱塞泵3种。离心式水泵不具备自吸能力，排出压力低，不能作为细水雾系统泵源。
曲柄连杆柱塞泵适用于泵送高压水。曲柄连杆泵特点是采用油水分离式结构，曲柄连杆浸在润滑油腔中，转动中能够搅动润滑油对柱塞进行润滑。柱塞采用密封圈密封，将油腔与水腔完全隔开，防止了油水互串。曲柄连杆柱塞泵采用配流阀进行配流，配流阀配流具有泄漏小、抗污染能力强的特点。然而，曲柄连杆柱塞泵运行转速低(通常在180r/min以下），需要加装涡轮蜗杆减速机(或皮带轮)与电机相连，结构上复杂，体积庞大。
轴向柱塞泵具有体积小、压力高、流量脉动比较小的特点，国外研制的高压水泵大都采用了该种结构型式。由于水的理化特性与液压油相比具有黏度小、润滑性差、腐蚀性强等特点，高压水泵的研制对材料性能、加工工艺和设计理论提出了更高的要求。目前，国内高压水泵的研究还仅仅停留在实验室阶段，所研究的样机性能还远未达到实用化的要求。
轴向柱塞泵具有体积小、压力高、流量脉动比较小的特点，国外研制的高压水泵大都采用了该种结构型式。由于水的理化特性与液压油相比具有黏度小、润滑性差、腐蚀性强等特点，高压水泵的研制对材料性能、加工工艺和设计理论提出了更高的要求。目前，国内高压水泵的研究还仅仅停留在实验室阶段，所研究的样机性能还远未达到实用化的要求。
高压水泵主要应用于船用细水雾灭火系统。从实用化、高可靠性和可维修性3个基本点出发，采用油水分离和径向配流阀结构，其结构如图1所示。
结构特点及关键部位设计
油水分离阀式配流结构中，斜盘-滑靴副、轴承和中心弹簧等关键部位均浸在油腔中，保证了良好的润滑，提高了工作可靠性。阀式配流提高了海水泵容积效率，提升了泵抗污染能力，同时也带来了维修工作的方便。综合应用了曲柄连杆柱塞泵和斜盘轴向柱塞泵优点，采用格莱圈结构实现油水分离，既满足大承载容量滚动轴承油润滑的需要，又保证输出高压水的可靠密封；配流阀采用径向布置结构，使吸入阀和压出阀位于同一径向孔内，便于密封件的更换与维修，特别适合于维护空间比较小的船舱。为了适应高压海水泵可靠性要求，该泵在具体结构设计上进行了一系列创新，成功申请国家发明专利和实用新型专利各一项。
1）柱塞副结构
柱塞副是轴向柱塞水泵关键部位之一。该泵柱塞副采用双格莱圈密封的密封结构，柱塞导向性好，密封性能良好，如图2。格莱圈保证了柱塞水腔和润滑油腔相互隔离，提高了泵的容积效率。
由于格莱圈密封性能好，柱塞腔内水介质和润滑腔中油液均不能进人格莱圈3和4之间，导致格莱圈3和4之间柱塞缸孔配合段得不到有效冷却和润滑，热积累也相当严重。通水孔槽5的作用是将配流阀吸入阀处水沟通至格莱圈3和4之间配合段，进行冷却。
2)配流阀结构
配流阀采用软硬配对的平板阀结构，吸入阀和压出阀联结在一起，形成一个配流阀体，如图3。阀芯采用不锈钢材质，先后经固溶和QBQ两道热处理工艺。阀座采用工程塑料TX，具有吸振功能。阀芯阀座软硬配对提高了密封性能，降低了配流阀启闭过程中的撞击噪声。
配流阀设计为径向插装布置的方式布置于缸体配流阀孔上，该设计具有原创性。这种布置方式不仅减小了泵体结构尺寸，而且还提高了泵维修性。当配流阀需要维修或更换时，只需打开压盖螺帽从径向方向拉出配流阀，无需拆卸泵体其他部件，缩短了维修时间，大大提高了维修性。这种设计思想非常符合船用要求。
路进行安全保护作用，防止泵过载；流量计12测量泵输出流量。
性能试验与结果分析
目前，国内还没有制定统一的海水泵测试标准。本试验内容将参照油压测试系统中《GB/T7936-87液压泵、马达空载排量测定方法》和《JB/T7044-93液压轴向柱塞泵试验方法》，对海水泵进行了转速-流量特性试验、压力-流量特性试验、效率试验和吸入性能测试，并进行了噪声测定，试验前海水泵进行了严格地跑合试验。
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