科创中国

行业领域

高端装备制造产业

需求背景

泵类设备是船舶动力系统关键设备之一，其种类多、用途广、数量 多、运行功率大， 极大的制约着船舶动力系统效能提升。泵类设备广泛应用在化工、冶金、水处理等各行各业， 但其在船舶应用中存在两方面 突出需求，其一是一般泵类设备体积重量达、牵连附件多，占据了大量 动力舱室空间，因此要求船用泵具备极高的紧凑性；其二是泵类设备作 为舱室最主要的噪声源设备，是满足环境保护与人员舒适性需求的重大瓶颈，因此要求船用泵具有较好的声学性能。

立足于上述需求，本项目提出一体化集成轴流式轮缘驱动泵技术， 该种设备具有紧凑性高、声学性能优异的特点，是一种具备良好应用前 景的新构型泵类设备。

针对我国船舶动力系统泵类设备集成紧凑性不足、噪声高等问题， 本项目提出新型轮缘驱动泵技术，突破了高效率低噪声轮缘驱动水力设 计、角度自适应高比压液浮动压水润滑支承、一体化轮缘驱动高紧凑机 电集成等关键技术，发明了收放式轮缘驱动矢量推进泵，研制了高紧凑 轮缘驱动海水泵样机，形成了 10-300kW 轮缘驱动泵架构谱系， 有效提升 了船舶泵类设备紧凑性与声学性能， 为提升我国船舶动力系统综合性能提供技术储备。

需解决的主要技术难题

1 由于作为内流驱动的轮缘驱动海水泵与起到推进功能的推进泵在水力设计方法方面具有极大的相似性与通用性。在实际设计过程中，需要综合考虑强迫漩涡、常漩涡和自由漩涡分布所占比例，考虑多种设计方案， 结合数值仿真进行多方案对比，得到最终的叶型设计。

2 电机冷却间隙流道直接关系轮缘驱动泵综合性能，需要着重研究水力设计中的几何结构。

3 基于对冷却间隙仿真结果分析，冷却水量主要由电机气隙值所影响， 间隙进出口几何结构对冷却水量影响相对较小；另一方面电机气隙值还直接影响了轮缘部分水流的摩擦力， 即影响了冷却结构带来的摩擦力矩。需要研究摩擦力矩的影响。

期望实现的主要技术目标

本项目研究的轮缘驱动海水泵应用于新型船舶通海系统中实现

1通海系统配置自流冷却技术

2在一定工况下可以关闭泵设备

3依靠船舶自身航行动力为通海冷却系统提供冷却水。

需求解析

解析单位：“科创中国”高端装备产业科技服务团（中国造船工程学会） 解析时间：2023-10-11

张代雨

江苏科技大学

副教授

综合评价

项目针对船舶动力系统对泵类设备高紧凑、高效率、低噪声性能需求，提出基于机电集成的轮缘驱动泵技术方案，突破了高效率低噪声轮缘驱动水力设计、角度自适应高比压液浮动压水润滑支承、一体化轮缘驱动高紧凑机电集成等技术，形成了高效低噪紧凑轮缘驱动泵研制能力，为提升我国船舶动力系统紧凑性、声学性能等提供有力支撑。 项目得到了中国人民解放军海军装备部驻武汉地区军事代表局等单位的高度认可：该技术“有力促进了船舶动力系统紧凑性、可靠性和声学性能提升”。项目研究成果推广应用于我国新型船舶设计研发中，有效提升船舶动力系统泵类设备紧凑性、可靠性与声学性能，对提高船舶综合性能具有积极作用，具有较好的社会效益。 本项目研究形成的轮缘驱动泵技术可推广至化工、给排水等领域，提升设备密封性、紧凑性与可靠性。此外，通过本项目的研究，促进了培养了流动、振动、噪声等相关方向船舶水力机械行业青年技术骨干近 10 名，推动了船舶高效能辅机设备技术的推广。

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