文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

DOI：10.14141/j.31-1981.2015.05.005

作者簡(jiǎn)介：孫衛(wèi)平（1971），男，研究員，研究方向：艦船用泵的研制。

Emending Standard of CB/T3721 Marine Horizontal Centrifugal Pump

Sun Wei-ping, Ma Qun-nan, Gu Hai-fei, Feng Yan-hua

(Shanghai Marine Equipment Research Institute, Shanghai 200031, China)

Abstract: The marine horizontal centrifugal pump is the most widely used type of pump.The relevant product standard was formulated in 1995, and it cannot adapt to the development of the product technology.The article improves the standard from the following several aspects, such as improving the product performance, raising the safety reliability and maintainability, perfecting the technical regulation of parts, reducing the cost of the product, improving the quality and saving energy and reducing consumption.It improves the technological level of the standard and leads the technology development.

Key words: horizontal centrifugal pump; marine

0　引言

船用臥式離心泵廣泛地應(yīng)用在船舶的消防、壓載、生活用水、海水冷卻等多種系統(tǒng)中，產(chǎn)品規(guī)格多、應(yīng)用環(huán)境差異大，是覆蓋面最廣的泵型。經(jīng)過(guò)二十年的產(chǎn)品技術(shù)發(fā)展，船用臥式離心泵的性能參數(shù)、組成結(jié)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)方式、材料應(yīng)用、制造工藝、質(zhì)量控制等方面都有了明顯的進(jìn)步。船用臥式離心泵標(biāo)準(zhǔn)制定于1995年，標(biāo)準(zhǔn)的一些條款已經(jīng)滯后于產(chǎn)品性能，難以規(guī)范、引領(lǐng)產(chǎn)品發(fā)展，亟待修訂。

在修訂標(biāo)準(zhǔn)之初，將不同規(guī)模、不同使用地域的生產(chǎn)廠（公司）的相應(yīng)的泵產(chǎn)品進(jìn)行了歸類分析，結(jié)合生產(chǎn)廠（公司）生產(chǎn)控制情況和實(shí)際船用產(chǎn)品的技術(shù)特性的需求及使用情況，進(jìn)一步對(duì)比國(guó)外某些知名廠的生產(chǎn)質(zhì)量和使用情況，參考了國(guó)際民用先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)和艦船用標(biāo)準(zhǔn)的某些條款，從而得出主要產(chǎn)品技術(shù)控制要求。標(biāo)準(zhǔn)的改進(jìn)主要從貫徹最新的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、提高產(chǎn)品性能、提高安全可靠性、維修性、完善部套件的技術(shù)規(guī)定、降低產(chǎn)品成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量、節(jié)能降耗等幾方面著手，較全面地提升了標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)性能，能對(duì)船用臥式離心泵的設(shè)計(jì)、制造和檢驗(yàn)起到較強(qiáng)的指導(dǎo)作用。本標(biāo)準(zhǔn)將以于2015年4月30日批準(zhǔn)發(fā)布，2015年10 月1日實(shí)施。下文主要從性能、材料、管道作用力等幾個(gè)方面代表性地介紹標(biāo)準(zhǔn)的修訂條款。

1　性能

離心泵一般可在80%至110%額定流量區(qū)間內(nèi)運(yùn)行，因此期望水泵的額定設(shè)計(jì)流量即為水泵的最高效率流量點(diǎn)，以實(shí)現(xiàn)水泵的高效節(jié)能運(yùn)行。實(shí)際設(shè)計(jì)中，受到水力模型的參數(shù)限制，最高效率點(diǎn)的流量值與額定流量值存在一定的偏差。原標(biāo)準(zhǔn)對(duì)此沒有相應(yīng)的規(guī)定，出現(xiàn)了一些實(shí)際偏差過(guò)大的情況，導(dǎo)致較多地偏離高效區(qū)域運(yùn)行，不利于節(jié)能減排。因此本次修訂中增加了“工作區(qū)位于葉輪的最佳效率點(diǎn)流量的70%至120%區(qū)間內(nèi)”的條款規(guī)定，確保水泵運(yùn)行在高效區(qū)，利于節(jié)能減排。

船舶系統(tǒng)經(jīng)常處于變工況狀態(tài)，導(dǎo)致船用臥式離心泵常常處于偏工況運(yùn)行。泵的特性曲線（流量—揚(yáng)程）可能影響到系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，某些情況下，水泵的特性曲線對(duì)使用的安全性有著至關(guān)重要的作用。Johann Friedrich Gulich [1]闡述了從關(guān)死點(diǎn)（或流量Q=0）到最大可能的流量（速）范圍內(nèi)的特性曲線形狀對(duì)處于流程中水泵操作的重要性。大多數(shù)的水泵應(yīng)用需求“流量—揚(yáng)程”曲線穩(wěn)定地隨流量（速）增加而降低，即斜率小于零。這就是所謂的“穩(wěn)定的特性曲線” [1]。在某種場(chǎng)合中，如果泵的特性曲線是不穩(wěn)定的（即有極大值，俗稱駝峰） [2]，應(yīng)用的系統(tǒng)管網(wǎng)特性曲線的靜揚(yáng)程（裝置揚(yáng)程）大于泵的關(guān)死揚(yáng)程 [2]，容易發(fā)生泵與系統(tǒng)耦合的喘振等不穩(wěn)定問題。喘振發(fā)生在性能曲線呈駝峰形的水泵上，伴隨著振動(dòng)和噪音，嚴(yán)重時(shí)能導(dǎo)致葉片斷裂，影響水泵的安全運(yùn)轉(zhuǎn)，因此在工程中應(yīng)予以防止 [3]。本標(biāo)準(zhǔn)為了保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，規(guī)定了“泵應(yīng)具有穩(wěn)定的‘流量—揚(yáng)程’曲線，流量逐漸減小時(shí)曲線一般呈連續(xù)上升狀”的條款，從根本上規(guī)避了此類風(fēng)險(xiǎn)，有利于系統(tǒng)及水泵的安全可靠運(yùn)行。

2　材料

船用臥式離心泵可用于海輪及遠(yuǎn)洋輪上輸送海水的泵、海輪及遠(yuǎn)洋輪上輸送淡水的泵、內(nèi)河輪上的泵。內(nèi)河輪上的泵輸送的介質(zhì)為淡水，且工作環(huán)境中沒有海洋環(huán)境的鹽霧，相對(duì)于海輪或遠(yuǎn)洋輪上輸送淡水的泵來(lái)說(shuō)，水泵的材料要求上可有一定程度的降低。原標(biāo)準(zhǔn)未考慮此方面的情況，均采用了較高的材料規(guī)定，不利于降低生產(chǎn)成本和生產(chǎn)資源的節(jié)約。因此，本標(biāo)準(zhǔn)參考了《船用離心泵、旋渦泵通用技術(shù)條件（GB/T10832－2008）》要求，將原標(biāo)準(zhǔn)“海水泵”和“淡水泵”兩類材料的規(guī)定拓寬至“第I類適用于海輪及遠(yuǎn)洋輪上輸送海水的泵；第II類適用于海輪及遠(yuǎn)洋輪上輸送淡水的泵；第III類適用于內(nèi)河輪上的泵” [4]三類。

3　管道作用力

水泵的進(jìn)出口法蘭上作用了較大的附加力后，會(huì)導(dǎo)致水泵進(jìn)出口法蘭明顯變形、水泵轉(zhuǎn)子部件與泵體口環(huán)碰擦、軸承出現(xiàn)異常噪聲、聯(lián)軸器摩擦等問題。問題嚴(yán)重的，直接導(dǎo)致水泵損壞停機(jī)。較多的水泵設(shè)計(jì)人員認(rèn)為水泵的進(jìn)出口法蘭與船舶系統(tǒng)管路采用了統(tǒng)一的法蘭標(biāo)準(zhǔn)，管路法蘭不會(huì)對(duì)水泵法蘭產(chǎn)生多大的附加力，甚至認(rèn)為水泵的剛度大，承受的管路安裝作用力不會(huì)產(chǎn)生問題。在管路作用力的問題處理過(guò)程中，除了出現(xiàn)水泵進(jìn)出口法蘭斷裂、扭曲等明顯特征，一般情況下船舶方都認(rèn)為水泵出現(xiàn)的問題為制造方的質(zhì)量原因，與船舶安裝條件無(wú)關(guān)。有些船舶系統(tǒng)在水泵的進(jìn)出口安裝了橡膠撓性接管，很多工程技術(shù)人員就認(rèn)為管路對(duì)水泵基本無(wú)附加力了。實(shí)際情況是撓性接管經(jīng)常出現(xiàn)安裝扭曲、偏斜情況，同樣在水泵進(jìn)出口法蘭上剩余了很大的附加力。由于對(duì)水泵的承受力沒有清晰的認(rèn)識(shí)，在管路系統(tǒng)、安裝工藝設(shè)計(jì)中都沒有采取針對(duì)性措施。有些情況下出現(xiàn)了相反的情況，出現(xiàn)管道附加力導(dǎo)致水泵損壞后，水泵供貨廠要求系統(tǒng)管路不得對(duì)水泵有附加力，這明顯地背離實(shí)際情況。其實(shí)，認(rèn)為管道作用力可忽略或過(guò)大的情況都不合理。管道作用力的要求是有據(jù)可查的，《離心泵技術(shù)條件（I類）（GB/T16907-1997）》是國(guó)內(nèi)等效采用的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)不同安裝型式、不同通徑的法蘭有著詳實(shí)的三個(gè)方向的作用力、外力矩的規(guī)定，可以指導(dǎo)水泵的設(shè)計(jì)、制造以及用戶的安裝、使用。為了避免實(shí)際使用中出現(xiàn)的技術(shù)爭(zhēng)議，并規(guī)范水泵設(shè)計(jì)單位和船舶設(shè)計(jì)單位的正確應(yīng)用，本次修訂中，規(guī)定了“作用在泵管口的外力和外力矩不得超過(guò)GB/T 16907的規(guī)定”。

4　固定傾斜

船用臥式離心泵應(yīng)滿足“橫搖±22.5°”的船用條件，即表明水泵應(yīng)耐受得住22.5°的傾斜角。原標(biāo)準(zhǔn)在“固定傾斜試驗(yàn)”項(xiàng)目中規(guī)定，“固定傾斜試驗(yàn)臺(tái)的傾斜角為20°，即泵的軸線與水平面成20°”。從參數(shù)比較可以看出，試驗(yàn)的角度并不能完全滿足使用條件。另外，臥式離心泵在船上的安裝位置具有一定的隨機(jī)性，不一定全都垂直于船舶的軸線安裝，還存在著沿船舶軸線安裝的情況。因此，僅做一個(gè)方向的固定傾斜試驗(yàn)，不能證明水泵能夠滿足使用條件。本次標(biāo)準(zhǔn)修訂規(guī)定了“固定傾斜試驗(yàn)臺(tái)的傾斜角為22.5°，……泵應(yīng)在軸線方向及水平垂直軸線方向上分別進(jìn)行固定傾斜試驗(yàn)”。該條款能夠充分保證船用臥式離心泵滿足“橫搖±22.5°”的使用條件，確保使用安全。

5　軸承壽命

軸承是影響水泵可靠性和安全性的重要零件。不同的場(chǎng)合，對(duì)水泵軸承的設(shè)計(jì)壽命要求不同。水泵轉(zhuǎn)速不同時(shí)，為了保證軸承的可靠運(yùn)行將采取不同的潤(rùn)滑方式或者軸承型式。受到產(chǎn)品技術(shù)發(fā)展的限制，原標(biāo)準(zhǔn)只是規(guī)定了滾動(dòng)軸承按照相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)選擇和計(jì)算，在壽命要求、潤(rùn)滑方式、軸承型式等方面未作進(jìn)一步規(guī)定。

本次修訂工作中，根據(jù)系統(tǒng)對(duì)泵的需求調(diào)研結(jié)果，提出了“用在主機(jī)冷卻或需要連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的場(chǎng)合”是船用臥式離心泵的使用重要場(chǎng)合。用于重要場(chǎng)合的水泵滾動(dòng)軸承有著最低的設(shè)計(jì)壽命要求。在參考國(guó)外優(yōu)秀產(chǎn)品的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、《石油、重化學(xué)和天然氣工業(yè)用離心泵（API610）》的基礎(chǔ)上，提出了“在額定條件下連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)至少為25000h，在最大徑向和軸向負(fù)荷下的額定轉(zhuǎn)速下不少于16000h”的規(guī)定。此規(guī)定使得用于重要場(chǎng)合水泵的可靠性品質(zhì)有了一定的保證。

不同參數(shù)或者特殊用途的船用臥式離心泵很可能采用不同的潤(rùn)滑方式或軸承型式。本次修訂中，為了指導(dǎo)設(shè)計(jì)者和使用者正確把握軸承的相關(guān)設(shè)計(jì)，參考《船用離心泵、旋渦泵通用技術(shù)條件（GB/T10832－2008）》規(guī)定了“當(dāng)滾動(dòng)軸承的軸徑D（mm）與額定轉(zhuǎn)速n sp（r/min）的乘積D·n sp≤1.6×10 4mm·r/min時(shí)應(yīng)采用油脂潤(rùn)滑；當(dāng)D·n sp>1.6×10 4mm·r/min時(shí)應(yīng)采用稀油潤(rùn)滑；當(dāng)D·n sp>3×10 5mm·r/min或額定軸功率P sp與額定轉(zhuǎn)速n sp的乘積P sp·n sp>2×10 6kW·r/min時(shí)應(yīng)采用滑動(dòng)軸承 [4]”。此規(guī)定細(xì)化了軸承的潤(rùn)滑方式及結(jié)構(gòu)型式的要求，確保了水泵設(shè)計(jì)和使用的安全與可靠。

上述說(shuō)明介紹了本次標(biāo)準(zhǔn)中的幾個(gè)主要改進(jìn)的方面，以上改進(jìn)對(duì)提高標(biāo)準(zhǔn)的適用性和技術(shù)引領(lǐng)性有著較明顯的改善作用。修訂工作中，還有一些較細(xì)小的改進(jìn)，如機(jī)械密封泄漏量、聯(lián)軸器的要求、兩級(jí)以上轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡要求、汽蝕試驗(yàn)的測(cè)量點(diǎn)規(guī)定、泵殼上的頂絲規(guī)定、軟填料結(jié)構(gòu)的軸套要求、軸承冷卻方式規(guī)定、底座的安裝平面偏差規(guī)定等等，在細(xì)微處體現(xiàn)了提高產(chǎn)品性能、安全可靠性、維修性等等標(biāo)準(zhǔn)的修訂原則，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)提升同樣有著重要作用，使得標(biāo)準(zhǔn)變得具體、易操作。修訂后的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范了船用臥式離心泵技術(shù)特性和產(chǎn)品特性，保證了產(chǎn)品的設(shè)計(jì)質(zhì)量和制造質(zhì)量，有利于提升國(guó)產(chǎn)泵的競(jìng)爭(zhēng)力，對(duì)產(chǎn)品在國(guó)內(nèi)、國(guó)際市場(chǎng)上的推廣有著深遠(yuǎn)而廣泛的意義，使得標(biāo)準(zhǔn)有著較好的社會(huì)效益，企事業(yè)單位產(chǎn)品貫標(biāo)后有著較好的經(jīng)濟(jì)效益。

6　結(jié)論

船用臥式離心泵標(biāo)準(zhǔn)的改進(jìn)主要從貫徹最新的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、提高產(chǎn)品性能、提高安全可靠性、維修性、完善部套件的技術(shù)規(guī)定、降低產(chǎn)品成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量、節(jié)能降耗等幾方面著手，較全面地提升了標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)性能，能對(duì)水泵的設(shè)計(jì)、制造和檢驗(yàn)起到較強(qiáng)的指導(dǎo)作用。

修訂后的標(biāo)準(zhǔn)可操作性強(qiáng)，可引領(lǐng)臥式離心泵的技術(shù)發(fā)展，提升臥式離心泵的整體水平，有利于提升國(guó)產(chǎn)泵的競(jìng)爭(zhēng)力。標(biāo)準(zhǔn)有著較好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。