船用泵业的现状和发展趋势
中国船舶设备研究所 吴仁荣
一、泵在船舶上的应用
泵作为一种通用机械，它不仅应用于国民经济的各个部门和领域中，而且与人类的生活和生存相关，对船舶工业和船舶也毫无例外。船用泵在船舶上的应用是十分广泛的，它是船舶动力装置系统和船舶其他相关用泵系统的一个重要组成部分，同时也是某些特种船舶为了完成某种特定功能所必需配置的专用设备和手段。因此，为了实现船舶的航行、承载、工作、安全等功能以及提供船员和乘客的生活必需，需要某些具有相应工作参数、结构特点和相关功能的船用泵来作为保证。例如，要经常地将污水排出舷外，以免船舱积水；要不断地向主机输送燃油以保证其正常和连续运转；要持续地向蒸汽锅炉供应给水以确保其安全而有效地工作，润滑油的供应、冷却水的循环、压载水的调驳及饮用水和卫生用水的供应也是船舶设备和船载人员的必需；更重要的是为了保障船舶及其载员的安全，还必须配置相应的消防和排水泵等等。
由于船舶功能和配置情况的不同，在各种不同功能和不同配置的船舶上的船用泵的种类和规格以及数量有所不同。据不完全统计，除特种功能船舶如油轮、挖泥船等外，在一般情况下，各种类型的船用泵总数量大约占到船舶机械设备总量的20%～30%。船用泵所消耗的总功率，根据船舶性能、功能和设备配置情况的不同，约占全船总能耗的5%～15%。除此之外，船用泵的价格在全船设备费用中所占的比重也比较大。对于常规性船舶，船用泵的价格在其总造价中约占全船设备费用的4%～8%。对于军用舰船、特种船舶和专用船舶，情况与上述数值会有很大的不同。
二、船用泵的技术要求
由于船舶特有的独立性以及在航行能力、承载能力、工作性能、安全性能和尺寸重量要求等方面的原因，加上设备所处工作环境条件的特殊性，就会对包括船用泵在内的设备提出一些不同于其他使用领域中设备的要求。通常将船舶对船用泵提出的一些不同于其他用途泵和陆用泵的特殊技术要求或某些特别强调的技术要求称为船用泵的“船用条件”。鉴于此，也就使得船用泵在设计参数的选取、结构设计方案的确定、加工制造精度和工艺流程的要求、主要零部件制造材料的选用、试验方法和验收标准以及其使用条件的限定等方面具有一定程度的特殊性。
（1）可靠的运行性能、无汽蚀破坏问题 由于船舶用泵系统通常都会随着船舶的航行状况和承载状况而处在不同的负荷状况下工作，因此船用泵也会因用泵系统负荷的变化而改变运行工况，比如在蒸汽动力装置中的锅炉给水泵、冷凝泵和循环水泵，在柴油机动力装置中的燃油泵和滑油泵等等。因此泵在不同运转工况下的工作性能就显得十分重要。
（2）较低的运行振动和良好的耐振性能 安装在船舶上的船用泵，其基础是船舶甲板或花铁板，没有相当坚固的基础，而船用泵在运行时一方面会产生自激振动，同时又要承受船舶主机和其他设备运行时所产生的环境振动，当任何一种振动频率或者是两种振动相互干扰而产生的振动频率与泵的运行频率形成一种倍份关系时，船用泵就会产生共振；从另一方面来说，船用泵的运行振动也会影响到其他船用设备的安全正常运行。
（3）最小的机械噪声和流体噪声 船用泵运行时所产生的机械噪声和流体噪声是与其运行振动的程度之间存在一定的关系的，同时也与其泵内结构要素和制造材料之间存在一定的关系。由于船用泵大都安装在有限空间的船舱内。因此泵所产生的机械噪声和流体噪声对其运行环境产生污染，对操作人员的身心健康产生伤害，这一点对于军用舰船尤其重要，因为过大的噪声会影响到舰船的安静性和隐蔽性。从而降低了舰船的安全性。正是这样，用于军用舰船上的船用水泵，对其振动和噪声的要求是十分严格的。
（4）尽可能小的外形尺寸和重量 船舶的空间是有限的，因此希望船用泵的外形尺寸尽可能小。因船舶的排水量是有限的，船舶自重越大，则船舶所承载的物件重量就会越小。因此减轻船舶固装设备的重量是对船用设备的共同要求，对于装配在机舱内的船用泵，安装所占用的舱室面积越小越好，因此多采用立式结构。
（5）应能保证在船舶摇摆和倾斜的情况下正常运行 船舶是水上的浮动体，无论是在航行中还是在停泊时，都会随着水上的风和水中的浪产生摇摆和倾斜。在某些特殊情况下，还要刻意地要求船舶产生某种程度的摇摆和倾斜。因此从船用泵的设计之初就应该考虑和保证其在船舶摇摆和倾斜的情况下正常运行。从船舶建造规范或者是船用泵的技术标准和产品标准中有相关规定。正是由于有了这种规定使得某些船用泵在设计计算参数、结构形式及制造材料的选取等方面有别于其他用泵。
（6）有足够的抗冲击能力 承受冲击力的作用，这是区别于其他装置设备的一种特殊情况。船舶尤其是军用舰船在主机制动、武器发射、船体碰撞、承受偶然性载荷或者是接触性或非接触性爆炸影响等情况下，无论是舰体本身还是包括船用泵在内的船舶设备，都会受到冲击的影响。
（7）良好的耐腐蚀和耐磨蚀性能 海水是腐蚀性液体，同时也是一种导电性较强的电解液，在船用泵中有不少泵是用来输送海水的，即使是不输送海水，也大多是在与海水含有盐份的雾汽的环境条件中进行的工作。因此对于直接输送海水的船用泵，选用制造材料时，一方面要考虑到材料本身的耐海水腐蚀性能，同时还要考虑到相互配用材料在海水中所产生的电位腐蚀问题，对于不输送海水的船用泵，也要对其与海水雾汽相接触的表面采用适当的防护措施。当输送海水的泵中流速较高时，由于海水中固体颗粒的存在，在选用制造材料时还需要考虑到其耐磨性，或者是采取相应的耐磨措施，如涂层等。
（8）可靠的密封结构和密封性能 船用泵的密封性对泵的安全可靠运行影响十分重要，尤其是输送海水的泵。由于机械密封结构的不完善性以及海水含有固体颗粒的介质特性。从而使泵在运行过程中产生的泄漏造成对环境的污染，对机组支承结构的腐蚀。因此可靠的密封结构和密封性能是泵安全运行的一种保证，也是船用泵运行质量优劣的一个重要指标。
（9）拆装简便，无需专用工具 船舶为了实现航行和特有功能，需要大量的机械设备。因此在仅有的操机人员和有限的维修工具和手段的情况下，就要求包括船用泵在内的机械设备具有易于简便拆装的结构，同时还不需要很高的装配拆修技能和专用拆装工具。因此，拆卸时不需要拆卸电动机，也不需拆卸泵体的带中间连轴器的结构受到用户的欢迎。对于较大型的立式泵和卧式双吸泵，常常采用轴向剖分的中开式结构。
（10）高三化（标准化、系列化、通用化）程度 为了满足船舶及其用泵系统正常工作的需要，在船舶上会配装有各种类型和各种性能规格的船用泵。但任一船舶的船用泵配套目录都会表明，同类型又同规格的泵是很少的。因此，系列产品的标准化和通用化程度就显得十分重要，这对减少船用泵备品和备件的数量，降低维护维修工作量会有很大的好处。
为了满足某种船舶或用泵系统正常工作的特殊需要，有时还会对具体类型或规格的产品提出某些特殊的技术要求。如重要的船用泵应满足船舶动力装置紧急起动时间要求，应备有机旁手动操纵机构和远距离操纵机构，应设有温度、压力、泄漏量和润滑油液位等故障报警装置，故障停机装置或自动转换装置，等等。
三、国外船用泵的技术状况和发展趋势
简要地介绍一下国际上船用泵技术发展的基本状态和趋势，主要情况如下：
1）对现有船用泵的经济性进行再研究，在力所能及的情况下采用各种节能措施以提高其经济性。
2）在提高船用泵自身效率的同时，进行船用泵系统经济性论证，以提高船用泵系统的运行效率。
3）在新产品的设计工作中增加可靠性和可维性设计以及其评估标准研究的新内容，发展故障预报技术。
4）提高船用泵运行的自动化调速和控制程度，采用较先进的调速装置和手段，并且采用计算机集中监控的新技术。
5）研制、应用和推广新型的工程材料，尽可能用非金属或工程塑料来代替金属材料，用黑色金属代替有色金属。
6）研制新型泵，提高泵的性能指标，延长泵的使用寿命，采用各种有效措施降低泵的运行振动和噪声。
7）简化泵的结构，方便泵的安装和维修，减少维修保养工作量，减少专用工具，降低对操作和维护保养人员的高技术要求。
8）提高泵内零件的标准化、系列化和通用化程度，把系列产品中专用件的数量降低至最低水准以减少船舶上备件的数量和库存量。
9）完善泵的结构设计，使其能在更换个别零件的情况下改善其结构功能并能保持其性能参数，或者保持其外形结构而改变其运行
性能。
10）健全泵的测试手段，提高泵的试验精度，采用符合有关标准规定且能加速试验过程，缩短试验时间的试验装置和检测方法。
除上面所述之外，世界船用泵行业借鉴和利用其他用途的泵在科研、生产、设计和使用等方面的成果和经验，同时也不断开拓研究范围。值得注意的是，研究对象除了基础理论的研究如多相流理论、汽蚀机理、密封机理和黏性流体动力学等方面的研究之外，还将相当的精力投入到泵的运行状态和使用条件方面的研究，比如日本的泵界企业就能充分利用科研机构和高等院校的技术力量和科研手段来开展对泵运行振动和噪声控制的研究并取得了可喜的成绩。
对于船用动力泵尤其是海水离心泵、混流泵和轴流泵来说，其使用场合和输送介质性能的特殊性决定了在选用结构材料时除了应满足泵的性能指标的基本要求之外，还必须同时满足相应的船舶建造规范和船用技术条件中关于制造材料方面的要求。一般来说，在选用船用动力泵主要零部件的制造材料时，通常都要顾及泵的使用条件和输送液体来权衡对制造材料机械性能、耐化学腐蚀性能、耐电位腐蚀性能、耐冲击性能、耐汽蚀性能以及工艺性和经济性等方面的要求。
目前，几乎世界上各主要的船用泵制造厂商都为其产品的生产编制了材料选用表，比如美国的沃斯顿公司和联合泵公司、英国的斯特林公司和威尔公司、瑞典的依莫公司、德国的凯士比公司和阿尔威勒公司、日本荏原等公司全都在其产品的技术文件中为主要零部件制订了制造材料选用表或规范。还有一些欧盟国家的泵厂都把德国泵厂制定的选材规范当作自己的规范。
国外船用泵行业中所开展的对新型工程材料的研究工作却始终没有停止过。与此同时，在对已经获得研制成功的新型材料的应用和推广方面更是加大了力量。德国的凯士比公司早在20世纪就把“大力研制、应用和推广新型工程材料，用陶瓷材料和玻璃钢材料等非金属材料和工程塑料代替黑色金属和有色金属”作为本企业船用泵技术的一个发展方向。英国、俄罗斯和美国等国的科学家们在这方面所取得的成绩是比较显著的，比如英国在利用含镍铸铁取代青铜和黄铜方面取得了成功；俄罗斯在采用玻璃钢和工程塑料取代有色金属方面取得了成效；而美国用复合材料代替金属的研究成果也十分见效。
众所周知，一个工厂、一个企业，它的产品是否能够赢得用户，是否能够赢得信誉，是否能够赢得市场，除了其产品是否具有一定的技术含量、良好的制造质量和足够的价格竞争力之外，其销售服务质量的优劣也是一个至关重要的因素。在现实的产品交易活动实践中不难发现，有时销售服务质量也会对产品的价格产生一定的影响。销售服务质量包括售前服务质量和售后服务质量两方面。船用泵的销售服务质量是除了产品技术性能和生产制造质量之外能直接影响产品信誉的一个重要因素。20世纪80年代中期，在欧美的船用泵行业中率先提出了“世界性服务”的口号。这是在保证产品技术性能和制造质量的前提下，以改善产品销售服务质量为基点以此扩大产品销售。提高企业竞争力并赖以促进生产发展的强而有力和行之有效的措施。按照他们的做法，要想提高售前服务质量，应该做到如下几个基本要点：①向用户提供完整和详尽的产品样本和技术资料；②向用户展示表明企业产品销售和应用情况的“业绩表”；③充分满足船舶设计部门对产品性能和安装结构的特殊要求；④完善产品的品种规格以便于接受全面订货要求；⑤以产品的高技术含量和高制造质量来吸引用户；⑥产品的报价应具有明显的竞争能力；⑦不计较用户的订货数量；⑧遵守合同，讲究诚信，按期供货。
在做好产品售前服务工作并完成销售合同的签订和按期供货之后，还应该做好产品的售后服务工作，因为售后服务质量的好坏对于提高用户对制造厂商及其产品的信赖程度并争取吸纳更多的客户同样是至关重要的。为此，国外的许多厂商十分注意加强如下几个方面的售后服务工作：①对已经售出的产品进行跟踪服务；②准备足够数量的备品备件；③及时进行产品故障的现场处理；④为用户随时提供技术经验咨询。
为了满足“世界性服务”的要求，船用泵制造厂商还根据船舶航行的特点，在世界各地设立服务网点，以便及时提供产品或备品备件并进行现场服务。比如，日本的浪速公司是一个只有300多位员工的船用水泵厂，然而它除了在日本的公司总部和国内另外两处设有经营服务点外，还在挪威、德国、荷兰、新加坡、澳大利亚、韩国和美国等地设立了服务处，“能够在24h之内将你所需要的备品备件送到你手中”。挪威的尤里卡公司，它在世界上的10多个国家设立了分公司，在世界上的15个世界化的大城市设立了分销和服务网点。美国的沃斯顿公司，它也在世界上的10多个国家设立了分公司，其服务网点遍及世界各地，因此能提供世界范围内的服务。在这些公司及其分支机构内都有一批具有丰富理论知识和实践经验的服务工程师，在各服务网点还拥有一批能为用户解答有关设备相关问题并提供有关技术经验信息和技术咨询的专家。有了这些有利条件，无疑会为其企业增添和加强在市场上参与竞争的
力量。
那么，为什么国外的船用泵技术能够得到快速发展呢？
（1）十分重视技术投入 国外的众多船用泵企业，历来都十分重视科研工作，十分重视科研投入。他们把科研工作和技术的发展当成是企业生存和发展的基点和希望。一般说来，国外泵业公司所投入的科研经费约占其产品销售总额的3%～5%。
（2）不断扩大科研项目 国外泵企业对泵技术所开展的研究项目是多方位的。比如，在泵的理论研究方面，用计算机模拟泵中液体的流动，在模拟中加入了液体在泵腔内的二次回流和局部涡流；在汽蚀研究方面，用计算机模拟泵内汽蚀发生和发展的全过程。还有对泵材料的研究，对泵运行可靠性的研究等等。
（3）及时采用新的设备 随着生产的发展和产品分工的明确，国外泵的生产企业十分注意对产品加工设备的不断完善和更新，从普通机床组合而成的加工生产线发展到专用机床组成的液压自动生产线，继而发展到当代最先进的柔性加工单元和柔性制造系统。另外由于泵产品中的铸件较多，因而对铸造工艺的改进和铸造设备的更新更是注重。在日本，铸件的废品率一般都不超过3%～5%。关于热处理工艺和热处理设备的更新也是这样。
（4）加快产品开发速度 国外泵制造企业能够不断地根据用户所提出的要求来开发新的产品，比如变频泵、无泄漏泵等等。
四、我国船用泵技术的发展
船用泵作为一门专门化的技术，在我国水泵行业中形成一个独立的分支并开始显现出其自身的专业技术特色，是在20世纪60年代初期。船用泵技术才有了独立的科学研究机构，船用泵产品开始由造船厂逐步转为生产水泵的工厂制造，生产规模也逐渐由单件形成批量，产品品种和规格也逐渐由单一转向标准系列。
改革开放后，为了充分学习国外的先进产品及其生产制造技术，有若干个水泵制造厂先后引进了国外企业的船用泵技术，比如上海水泵厂引进德国KSB公司的船用泵产品，天津工业泵厂先后引进的德国阿尔威勒公司的螺杆泵系列产品和日本大晃公司引进的船用离心泵系列产品等等。
在消化吸收和生产制造这些船用泵产品的过程中，提高生产产品的质量和档次。与此同时，面对我国造船工业迅速发展的形势，有不少原来不涉及船用泵专业的设计研究单位也逐渐转向船用泵行业，在他们转型和转行的过程中，也逐渐开启了对船用泵技术的研讨并取得一定成效。
（未完待续）
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