0 概述

泵是一种输送流体介质的通用机械设备，按照工作原理可分为容积式和离心式两大类，往复泵属于容积式泵。往复泵适用于小流量高扬程，离心泵适用于大流量低扬程，两者具有明显的区别，可根据使用工况选用不同的泵型。舱底泵是潜艇保障系统的重要设备之一，其功能是用于舱底疏水、应急疏水和甲板冲洗，另外还对纵倾平衡水舱、浮力调整舱、鱼雷补水舱等水舱具有注、排水功能，同时作为细水雾泵备用。舱底泵安装于舱内，输送介质为含杂质颗粒的油污海水，要求具有耐腐蚀和自吸性能，以及重量和外形尺寸尽可能小，易于检修和维护，隐身性能好等特点，目前在役的舱底泵基本为电动立式三缸双作用往复式泵。

1 往复式舱底泵的组成、工作原理及特点

往复式舱底泵为电动立式三缸双作用活塞式往复泵，主要由电动机、联轴器、传动箱部件、液缸部件、润滑系统、安全阀及缓冲器等零部件组成。

往复式舱底泵是借助于活塞在液缸工作腔内的往复运动，来使工作腔容积产生周期性变化，从而达到输送液体的目的^[1]，其主要具有以下特点：

（1）瞬时流量是脉动的。泵在工作过程中，液体的吸入和排出过程（即容积变化过程）是交替进行的，而且活塞在位移过程中，其速度又在不断地变化之中，因此流量和压力存在脉动。通常采用多个工作腔调整相位来减小瞬时流量的脉动幅度，这样便造成了结构更加复杂，重量及外形尺寸更大，制造难度和成本更高。为最大限度的减小脉动，同时兼顾结构的合理性和可行性，往复式舱底泵采用三缸双作用结构型式，再辅助设置缓冲器，其瞬时流量及压力的脉动率可达到5%以下，但实际上无法完全消除。

（2）平均流量（即泵的排出流量）是恒定的。当泵的设计合理、制造质量又好时，泵的流量只取决于工作腔容积的变化值及其频率。即泵的流量只跟往复次数、活塞直径、活塞行程、工作腔或活塞数量有关，而与排出压力无关，且与输送液体的温度、粘度等物理及化学性质无关。前述参数一旦确定，流量便相对恒定，无法通过改变出口阀门开度来调节流量。

（3）排出压力取决于管路特性。泵自身不提供排出压力，排出压力跟出口管路系统的背压有关，并且与流量无关。理论上讲，只要电动机具有足够的功率，液缸及管路系统具有足够的耐压，就可以达到无限的排出压力。根据这一特点，泵或排出管路必须设置安全阀，泵启动前必须将出口阀门打开，泵可以降压使用而不允许超压使用。

（4）具有较高的效率。泵的水力损失主要来自于液体在流道中速度和方向的改变，容积损失主要来自于阀组和活塞密封的泄漏，机械损失主要来自于蜗轮副、曲柄连杆机构等运动零件的摩擦损失，通常泵的损失较小，其效率可达90%以上。

（5）具有良好的自吸能力。泵不仅具有良好的吸入性能，而且还具有良好的自吸性能，在启泵前无需往进口管路中灌水，即可将5米下的舱底水吸入和排出。

（6）结构复杂，隐身性能差。泵的零部件多、结构复杂，制造难度和成本高，外形尺寸和重量较大，振动和噪声较高，隐身性能较差。

2离心式舱底泵的组成、工作原理及特点

离心式舱底泵为电动立式多级离心泵，主要由电动机、联轴器、泵体、上泵盖、下泵盖、叶轮、密封环、泵轴、机械密封、托架等零部件组成。

离心式舱底泵是通过叶轮高速旋转产生的离心力来工作，叶轮高速旋转将液体沿叶轮边缘甩出，同时在叶轮进口处形成真空，新的液体在大气压力下被挤进叶轮进口，再通过叶片甩出经导叶进入下一级叶轮进口，经逐级加压后通过管路将液体不断的输送到要求的高处^[2]，其主要具有以下特点：

（1）固有的特性曲线。当泵的水力模型确定以后，其流量Q与扬程H、效率η、轴功率P、汽蚀余量NPSHr（净正吸头）等性能参数存在着一定的联系，通常用曲线的形式表示泵性能参数之间的关系。离心泵的流量和扬程范围宽流量，可根据实际工作情况改变出口管线上的阀门开度来调节流量，用阀门调节流量迅速方便，且流量可以连续变化，流量和扬程均匀、平稳、无波动。

（2）结构简单、易于维护、隐身性能好。泵与电机直接相连，其转数高达3000r/min，结构简单紧凑；泵的组成零部件少，操作方便可靠，易于检修和维护，尤其是执行战备任务时，所需要的备件和工具少，对维护人员的技能要求低，维护时间短；泵的外形尺寸和重量较小，振动和噪声较低，隐身性能好。

（3）适合输送含固体颗粒的液体。采用适宜的叶轮进口直径，较大的叶轮出口宽度，扭曲的叶片，以及平滑过渡的流道等特殊设计，使得液体在泵内更符合流动规律，减小脱流和旋涡，不但提高效率，而且减轻磨损，特别适合舱底泵的使用工况要求。

（4）效率较低。流体高速流过叶轮、导叶、泵壳时，流速大小和方向的改变以及逆压强梯度的存在引起了环流和旋涡，导致水力损失较大，因此泵的效率只有约50%。

（5）无自吸能力。泵在启动前，需将出口管路中的空气排出，若空气不能排出，则不能在泵内形成真空，液体就吸不上来。离心式舱底泵本身无自吸能力，通过在进口管路上安装自吸装置实现自吸功能。

3往复式舱底泵和离心式舱底泵对比分析

往复式舱底泵和离心式舱底泵的结构和工作原理不同，主要特点对比如下表所示。

根据上表对比分析可知，往复式舱底泵具有效率高、自吸能力强等优点，以及流量不均匀、结构复杂、操作维修不便、隐身性能差等缺点；离心式舱底泵具有运行平稳、结构简单、隐身性能好等优点，以及效率低、无自吸能力等缺点。

4离心式舱底泵所面临的问题及解决措施

根据舱底泵的安装环境和使用工况，首先应考虑其性能稳定性、使用及操作维修的便利性、隐身性能等因素，因此优先选用离心泵，离心式舱底泵需解决以下问题。

（1）提高水力效率。设计开发高效率的水力模型，同时兼顾其低激振和高抗汽蚀性能，可采用Fluent软件模拟计算流场分析，对叶轮、导叶、进出口管进行优化和改进，尽可能减小或消除液体在流动过程中的脱流、旋涡、脉动和速度不连续等缺陷，提高水力效率。

（2）提高自吸装置的可靠性。离心式舱底泵本身无自吸能力，为实现自吸功能在进口管路上安装了一套自吸装置，与舱底泵进行联锁控制。自吸装置和联锁控制系统的可靠性对舱底泵功能的实现起到了决定性作用，自吸装置一旦损坏或失效，将导致舱底泵无法启动及运行，进而影响使命任务的达成。因此，自吸装置应尽可能采用成熟产品，若采用新产品或新技术应进行充分的论证及试验验证。

（3）提高过流部件的抗磨蚀和耐腐蚀性能。舱底泵的输送介质为不大于Φ3.5mm杂质颗粒的油污海水，这就要求过流部件具有较强的抗磨蚀与耐腐蚀能力。目前所采用的铝青铜合金具有很高的力学性能，在海水中具有良好的耐蚀性，腐蚀疲劳强度高。离心式舱底泵的转速较高，液体在泵内的流速较快，对过流部件表面的冲刷磨蚀加剧。因此，可采取在叶轮、密封环、水润滑轴承等零件表面喷焊硬质合金或喷涂抗磨层来提高过流部件的抗磨蚀和耐腐蚀性能。

（4）提高下部轴承密封的可靠性。离心式舱底泵为立式多级离心泵结构型式，在泵轴的两端各安装1个深沟球轴承，轴承采用脂润滑。受重力作用，液体很容易泄漏到轴承中使润滑脂失效，造成轴承损坏进而导致泵发生故障。因此，轴承密封可采用机械密封加油封的型式，机械密封与油封之间设置漏液收集腔，从机械密封中泄漏的液体从漏液收集腔中排出，轴承上部安装甩液盘，甩液盘随泵轴一起旋转，液体泄漏到甩液盘上经离心力作用将其甩到漏液收集腔中，从而尽可能降低液体进入轴承的风险，提高轴承使用寿命。

5结论

离心泵能够满足舱底泵的功能要求，具有结构简单、运行平稳、使用方便、隐身性好等显著优点。因此，离心式舱底泵用于新型HQT是可行的，建议在提高泵的效率、抗磨蚀性能以及可靠性等方面开展研究，加快推进离心式舱底泵的研制与工程应用。

参考文献

[1]  编写组.往复泵设计[M].1983.

[2]  关醒凡编著.现代泵理论与设计[M].北京：中国宇航出版社，2011.