我国一举打破高压柱塞泵技术垄断这家企业的技术已达国际先进水平

时间: 2024-07-30 10:53:32 |   作者: 爱游戏app平台官网

  在国际上的任何各个国家都在科技领域上争相发展，想要有着先进的技术和设备，也想在这样的领域上拔得头筹。而我们大中国自然也不想落后，也在努力钻研和建设当中，通过我们中国的发展，也取得了很多的成就，发明了很多让世人关注的设备。

  其实在大大多数的领域中都有这些核心技术和设备也几乎都有高压柱塞泵，这种东西是大型模锻压机，也是锻造设备的关键技术，同时也是大型模锻压机，和航空制造的必备品。像歼20就用了这样的设备，其实在此之前，高压柱塞泵都是被西方国家所垄断，我们的祖国想要用这种设备，都需要花高价从国外进口，而且进口价已经高达20万元以上。

  不仅如此后期的维修和保养也要受制于他人，由此我们的祖国也意识到，任何一种东西的核心技术都需要自我掌握，这样才可以摆脱别人的掌控，我们才有发言权，同时也意识到了自主研制高压柱塞泵的重要性。于是我们中国开始潜心研究，经过多年的艰苦努力以后，也取得了巨大的成果，并且还取得了突破性的进展。

  液压系统是装备制造业的核心部件之一，一切工程领域，凡是有机械设备的场合，不能离开液压系统。高压柱塞泵是高端液压装备的核心元件，被称作液压系统的“心 脏”。中国液压工业的规模在2017年慢慢的变成了世界第二，但产业大而不强，尤其是额定压力35MPa以上高压柱塞泵，90%以上依赖进口。国内生产的液压柱塞泵与外国品牌相比，在技术先进性、工作可靠性、常规使用的寿命、变量机构控制功能和动静态性能指标上都有很大的差距，基本相当于国外上世纪90年代初水平。

  高压柱塞泵是一种重要的流体传动设备，其工作原理和结构对于理解其在蒸汽清洗机中的应用至关重要，高压柱塞泵是一种正向位移泵，其工作原理是基于柱塞与缸体之间的往复运动，其工作过程最重要的包含吸入、压缩和排出三个阶段。

  在柱塞运动的第一阶段，柱塞向后运动，缸体内形成负压，吸入液体或气体通过进气阀进入缸体，当柱塞向前运动时，缸体内的进气阀关闭，同时出 气阀打开，随着柱塞向前运动，缸体内的液体或气体被压缩，产生高压。

  柱塞运动的最后阶段，柱塞向后运动，出 气阀关闭，同时进气阀打开，这时，压缩的液体或气体被排出缸体，高压柱塞泵的结构是确保其有效运作的重要因素。

  缸体是高压柱塞泵的主体部分，通常由坚固耐磨的材料制造成，缸体内有足够的空间容纳柱塞的往复运动，并形成密封的工作腔。

  柱塞是高压柱塞泵中最重要的运动部件，通常由硬质合金或不锈钢制成，拥有非常良好的耐磨性和密封性，柱塞的往复运动是泵体内液体压缩的关键，进气阀和出   气阀分别用于控制液体或气体的进出，它们根据柱塞的往复运动开闭，确保了正常的吸入、压缩和排出过程。

  高压柱塞泵通常由电动机、液压马达或其他传动装置驱动，传动机构通过连杆、减速器等传递动力，使柱塞进行往复运动，某些高压柱塞泵配备了压力调节系统，能调整输出压力，以满足多种应用场景的需要。

  羿弓氢能从2018年开始研发高压柱塞泵，2019年完成原型样机并在同年完成原型样机的5000h寿命测试。并于2020年正式应用于羿弓氢能45MPa液驱隔膜压缩机，在多座加氢站中服役，完满实现加氢使命。该高压柱塞泵额定压力45MPa，峰值压力55MPa，排量超过80ml/r。经历5000h寿命试验，柱塞、滑靴、泵壳等核心部件均通过考验，产品性能和稳定能力均属于国际先进水平。

  2018年，上海羿弓氢能科技有限公司（以下简称“羿弓氢能”）突破性地提出了液驱隔膜式氢气压缩机技术方案。液驱隔膜式压缩机采用“液压泵驱动、旋转换向阀换向”方案（以下简称“液压泵驱动方案”），用液压泵驱动液压油代替了传统的活塞、曲柄连杆驱动液压油的方式。其气路系统、膜头组件、检漏装置组件等的基本结构沿用成熟设计的具体方案，创新性地减少了活塞组件、曲柄连杆机构组件、曲轴等物理运动部件，实现了整机模块化设计，布局更为灵活，拆装、维修更加便捷。

  整机核心部件（如柱塞泵、气阀、膜片、换向阀、溢流阀等），均为自主设计研发，压缩机本体部分独立成撬，便于设备的运输、安装及维护。

  整机方案“为氢能而生”，液驱方案可适应“频繁启停、冷态开车、带载启停”的加氢站特殊工况，通过驱动、增压单元多级串并联，实现超大排量、超大压比需求。由于取消了曲轴连杆传动机构，整机体积很紧凑，仅为同类传统隔膜式压缩机的50%左右，应用场景非常广泛。

  柱塞泵是液驱隔膜压缩机的“心 脏”，是驱动膜片压缩气体的动力源。一方面，为满足将气体增压到45MPa的需求，作为压力源的柱塞泵提供的压力不能低于45MPa。另一方面前站用压缩机的排量达到1000kg/d，为满足压缩机排量的需求，柱塞泵同样地需要大排量。为此，攻克高压大排量柱塞泵的技术难题，是实现液驱隔膜压缩机性能、寿命要求的关键。

  高压柱塞泵设计涉及到液压、机械、传热、摩擦学等多个学科，整个产品设计复杂，其中最为关键的设计为柱塞-滑靴、滑靴-偏心轮、柱塞-柱塞缸三个摩擦副的设计。这三个摩擦副既要满足耐磨损，又要满足密封性要求。羿弓氢能研发团队采用静压支撑设计原理，通过FLUENT流场仿真分析，采用楔形油膜模型，考虑动压效应，流固耦合传热，分析油膜特性。最终在试验平台对样机来测试验证，泵的磨损小，泄漏少，满足设计要求。

  高压柱塞泵核心部件的关键尺寸的精度控制要求高，个别关键尺寸控制到微米级别。为确保零件尺寸满足设计的基本要求，羿弓氢能研发团队对零件的加工工艺流程进行反复设计和验证，避免加工或热处理引起零件变形，导致超差。

  羿弓氢能高压柱塞泵关键零件的材料选择经过反复推敲，依据使用经验选择了不同的材料组合，通过试验平台测试的手段对材料来验证，对测试结果进行磨损分析，金相分析，光学显微镜分析等手段，对材料的磨损机理进行研究，并选择出最优的材料组合。

  高压柱塞泵的原理并不复杂，但该技术却难以攻克，关键在对细节的处理。对细节的精益求精是羿弓氢能攻克高压柱塞泵技术的关键之一。抱着“螺蛳壳里做道场”的态度，羿弓氢能研发团队细抠每一个细节：例如泵内流道的设计，羿弓氢能团队采用了文丘里孔设计，通过铸造技术实现流道相贯段的圆滑过渡等手段将流阻控制在0.1MPa内。又如柱塞腔内容积的控制，精确到0.1ml的容积控制，保证柱塞泵的容积效率。再如柱塞内油阀的设计，弹簧刚度，阀芯开高等均通过仿真分析反复论证，并在试验台上测试验证，再使用在高压柱塞泵上。

  截至2022年底，羿弓氢能的高压柱塞泵现已成功应用在各个系列的液驱隔膜压缩机上，并在不同的加氢场景中完满达成目标。但羿弓氢能的开发团队并未止步于此，于2023年5月发布了新一代高压柱塞泵。通过对柱塞缸/泵壳的流道优化、柱塞缸/柱塞/滑靴的配合方式优化、滑靴的材料优化、油阀动态特性优化等，将柱塞泵容积效率在一代产品基础上又提高4%，可靠性更高，为整机性能提升及新机型的开发提供了有力的支撑。

  目前，日渐激烈的全球竞争突出表现为科技和创造新兴事物的能力的竞争，我国关键技术受制于人的局面还未根本改变，制约了国家战略安全和经济高水平质量的发展，亟待实现关键技术的自主可控。唯有推进产业链、供应链关键环节的国产化自主化，才能真正掌握竞争和发展的主动权。

  羿弓氢能研发团队既有来自国内重点科研院所的技术专家，也有来自航空航天、核工业、 重工机械、飞机制造等行业有突出贡献的公司的中坚骨干，核心技术小组成员参加过国家十二五、十三五重点项目研制，曾获得多项省部级荣誉称号。羿弓氢能研发团队深知，关键核心技术是国之重器，拿不来、买不来、讨不来，要想把科技的命脉牢牢掌握在自己手中，唯有走艰苦奋斗、自主研发的道路。凭借这种精神，羿弓氢能致力于突破包括高压柱塞泵技术在内的一系列“卡脖子”技术，专注于氢气制备、储运、加注、回收等环节氢气压缩机的研发、设计，全球首创“液驱隔膜式”压缩机，以“黑马”的姿态成为氢气压缩设备领域的创新领跑者。

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