超高压泵超高压泵应用范围

大功率超高压水射流系统。适合解决工业清洗、除层和除锈等所有问题，主要应用于下列领域：

(1)表面处理：除漆、除锈、去除涂层、无飞溅地净化以及有选择地剥离混凝土（水力破碎）；

(2)管道和管束的清洗：清洗热交换器、冷却器和蒸发器以及从管路中清除垢层；

(3)容器清洗：从容器和反应釜中彻底清除漆层、涂料、硬垢、树脂、黏附物等；

(4)切割和分离：磨料水射流工具适用于建筑工地进行钢筋混凝土、钢材或陶瓷的切割；

(5)其他应用：净化、冶金和航空业等。

气驱超高压泵的结构和工作原理如图3所示。它由气驱低压回路和流体高压回路两部分组成。在大活塞3上施加压缩空气压力P₁，活塞杆运动，从而在小活塞腔产生一个高压P₂（流体介质的压力）输出。

具体工作过程如下：二位四通的气控换向阀4切换压缩空气的进气方向，从而控制大活塞的运动方向。气控换向阀4的阀芯换向由左右两端的行程阀7来控制。如图3中（b）所示，当压缩空气经换向阀4的右位进人大活塞3的左腔，其右腔的空气经换向阀4右位从消声器6排出，大活塞右移，右端的小活塞2对流体介质进行增压，此时右端单向阀10关闭、单向阀11打开，输出高压流体介质。低压流体介质打开单向阀8进入左端小活塞腔。当大活塞右移到行程端点时，碰到右端的行程阀7，该行程阀控制气路使换向阀4换向，换向阀4换到左位工作，压缩空气进入大活塞3的右腔，且大活塞3左腔的空气经换向阀4左位从消声器6排出，大活塞左移，左端的小活塞增压输出高压流体介质，此时低压流体介质打开单向阀10，进入右端小活塞腔。

当大活塞左移到端点时，碰到左端的行程阀7，控制气路使换向阀4换向，换为右位工作，如此循环往复并连续不断地给系统输出高压流体介质。输出高压的压力与大、小活塞的面积比（增压比）有关，同时还与驱动空气的压力有关。当工作流体部分和驱动气体部分之间的压力在活塞3上达到平衡时，增压器会停止运行，不再消耗空气。当输出流体的压力下降或空气压力增加时，增压器会自动启动运行，直至达到新的压力平衡后自动停止。

如图2所示为高压水射流切割机床用液驱超高压泵的工作原理示意图。该系统由液压油回路和高压水回路组成。其工作原理为液压油回路中，液压泵3由电动机驱动工作，经过2从油箱1中吸油，液压泵输出的压力油经节流阀5、三位四通电磁换向阀6左位进入增压缸7左活塞腔，同时增压缸7右活塞腔的液压油液经换向阀6左位回油箱，则增压缸7活塞在压力油作用下右行，此时增压缸7的柱塞对柱塞腔右侧的水介质进行增压。

超高压水经单向阀11、超高压蓄能器12从喷嘴14喷出，形成高压水射流；与此同时，水箱15内的水介质在压力作用下经由单向阀9注入增压缸左侧的柱塞腔内。当活塞右行至行程终点时，霍尔接近开关发出电信号，电磁换向阀6换向，增压缸活塞反向（向左）运动，并对左侧柱塞腔内的水介质进行增压，高压水经单向阀8进入超高压蓄能器12并从喷嘴14喷出；同时水箱15内的水介质经由单向阀10注入增压缸右侧的柱塞腔内。如此往复，则可形成连续高压水射流。如果三位四通电磁换向阀6处于中位（阀芯堵住进出油口），此时增压缸活塞停止运动，液压泵输出的全部液压油经换向阀6中位流回油箱。

如图1所示为直驱式三柱塞超高压泵的结构和工作原理图。由机架10、曲轴9、连杆8、十字头7、大小皮带轮等构成。

电动机通过皮带传动使曲轴旋转，通过曲轴连杆机构带动柱塞6在泵体5的柱塞孔内做往复运动，实现吸、排水。当柱塞杆6处于吸水行程时，柱塞腔容积增大，单向阀3关闭，单向阀4打开，低压水进入泵体内，完成吸水过程；当柱塞杆处于压水行程时，柱塞腔容积减少，单向阀3打开，单向阀4关闭，水被加压进入蓄能器2，经高压管进入喷射头1作业。单向阀的动作起到了控制高压水往一个方向流动的作用，即配流作用。曲轴的3个曲轴颈在曲轴上沿圆周方向的相位相差120°，故曲轴旋转时，3个柱塞交替进行吸水和排水。排出的水进入蓄能器，蓄能器的作用是消除压力脉动，即起稳压、稳流的作用。

大深度潜器浮力调节海水泵被作为我国大深度潜器国产化的三大关键技术之一。本项目针对大深度作业对超高压海水泵的迫切需求以及现有超高压海水泵存在的问题，提出一种新型超高压泵结构型式，对其关键技术进行了深入研究，并研制出了样机。项目的主要研究工作和成果如下： （1）新型超高压海水泵采用全海水润滑阀配流形式。该泵的每个柱塞为阶梯形结构，两组配流阀分别与阶梯柱塞两个密闭容腔相通，小柱塞实现超高压输出，大柱塞输出的压力水用于滑靴和止推轴承的支承与润滑；同时阶梯形柱塞结构减小了超高压条件下，滑靴和斜盘之间的接触应力，从而了减小滑靴/斜盘副的摩擦磨损。该泵已获得中国发明专利，同时申请了美、日、欧盟专利。 （2）在模拟实际海水润滑介质污染程度的工况下，对耐蚀合金、工程塑料和陶瓷材料和不同工艺强化方法进行了大量的筛选和性能对比试验，研究了水润滑高速重载摩擦副的摩擦磨损与润滑机理。针对现场环境条件下的沙粒污染，提出了硬/硬配对的摩擦副方案，从使海洋开式环境重污染条件下超高压海水泵摩擦副的可靠性得到大幅度提高。 （3）针对超高压海水泵柱塞副，创新采用间隙密封形式，解决了低粘度介质条件下的泄漏、效率与密封问题；从热力学的角度，针对新型工程材料的热力学特性，研究摩擦副材料的热匹配性能，从结构形式、材料等方面提出了解决热平衡问题的措施并进行了试验验证。 （4）以提高超高压海水泵的功率密度为目标，建立了泵的整体性能优化模型，研究了转速、斜盘倾角、闭死容腔等多参数之间的耦合关系及其对泵的机械效率、容积效率和总效率的影响，在此基础上对泵进行轻量化和小型化设计。 （5）基于本项目技术研制的压力48MPa，流量6L/min的超高压泵，其容积效率达到90%、总效率达到81%，寿命2000小时以上，主要指标已超过美、日等国家相关产品的水平，已于2012年12月28日通过专家组的验收，并被推荐作为4500米级大深度潜器的浮力调节海水泵正机。同时基于本项目技术研制的中浅深度的海水液压泵及浮力调节系统已完成一年多的现场试验，正在进行小批量生产，创造经济效益逾千万元。 本项目已发表论文16篇，专著一部，其中SCI收录1篇，EI收录4篇，申请专利9项（其中一项同时申请中、美、日、欧盟专利），已获发明专利授权2项，实用新型7项。 2100433B

针对大深度作业对超高压海水泵的迫切需求以及现有油水分离超高压海水泵存在的问题，提出一种新型全海水润滑超高压泵结构型式。充分利用摩擦学、材料学、计算流体力学、先进制造工艺等学科的最新研究成果，考虑超高压条件下海水的流变特性，基于湍流理论，建立水润滑高速重载摩擦副的混合润滑和支承模型，针对新型工程材料的热力学特性，研究摩擦副材料的热匹配性能；针对工程陶瓷等脆性材料的力学特性，对超高压海水泵进行可靠性设计，从结构型式、润滑方式、材料选择等方面入手，研究限制或转移高速重载摩擦副PV值，增加可靠性的设计方法；以提高超高压海水泵的功率密度为目标，建立泵的整体性能优化模型，研究多参数之间的耦合关系和优化配置，对泵进行轻量化和小型化设计。在此基础上，研制全海水润滑超高压泵样机，为提高我国大深度作业装备的作业能力和可靠性奠定坚实的技术基础。