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民用高速泵，带上火箭发动机的底气

中国航天报

2023-06-08

因为要去宇宙，人类做出了火箭。

摆脱引力，穿破云层，探索外空，火箭能做到这些的底气，是发动机给的。

如今，火箭发动机将这份底气带给了一个与航天不那么相关的领域，一些发动机的关键技术衍化应用到了石油化工领域。

从火箭发动机上找机会

石油沉睡了上百万年，在荒原深海被唤醒后逡巡穿梭，从粘稠、深褐色的液体变成燃料、润滑油、溶剂，变成工业的血液。其中，如何将其带离产地，是贯穿始终的关键。

不仅石油，液态的化工原料也需要一枚“心脏”将其输送到全国各地有需要的地方。在石化工业，“泵”就是这颗心脏。进一步而言，高速泵是石化工业万千“心脏”中跳动得最强劲的一颗。

▲ W7型高速泵现场实拍图

高速泵，全称整体齿轮箱增速离心泵，结构简单、流量小、扬程高，广泛运用在石油化工、煤化工等领域。通过一对高低速齿轮的啮合传动，将原动机转速提升到目标转速，实现较高扬程。在制造塑料瓶的PP材料、制作衣物的PX、PTA材料等原材料的生产过程，高速泵发挥着不可替代的作用。

上世纪90年代以前，国外公司的高速泵产品垄断了世界市场，甚至在今天，大功率高端技术和市场上仍然被国外相关公司占据领先地位。但国内高速泵的研制生产如今已初具规模，在世界市场上占据了一席之地。

其中，航天科技集团六院11所（京）基于火箭发动机涡轮泵技术，研制出了GSB系列高速泵，产品在国内外均享有颇高评价。

▲ W7型高速泵外观图

由于外企高速泵产品长期垄断市场，高速泵国产化问题亟待解决。自上世纪70年代开始，国内相关厂家摸索并研制生产但迟迟未成规模。直至上世纪90年代，六院11所（京）从其主业火箭发动机的研制上找机会，以液体火箭发动机涡轮泵为基础，开展高速泵的研制。

在吸收国外高速泵设计理念的基础上，该所分别开展了GSB-L1型和GSB-W5型高速泵的研制，目前已形成GSB-L立式高速泵和GSB-W卧式高速泵两大系列，最大功率达2000kW，广泛运用于PTA装置中对二甲苯输送泵和密封水泵、聚丙烯装置中的丙烯进料泵、加氢精制中的注水泵和贫胺液泵、煤制油装置中的原料油进料泵、MTBE装置中的原料泵等。

“基于YF-73发动机的涡轮泵本身就是一种高速泵，我们凭借在泵流场计算、水力模型优化、汽蚀机理研究、大负荷高速轴承设计、高PV值超低黏度动密封等方面的设计经验和技术积累，很快就在工业用高速泵领域打开局面。”六院11所（京）流体与旋转机械事业部调研员李学华说。

从备选成为首选

“我们高速泵市场开拓开始并不顺利，技术人员都得跑市场。”尽管现在六院11所（京）的高速泵已经在全国市场全面铺开，流体与旋转机械事业部总经理田国文依然对他们在非主业领域的艰难起步记忆尤深。

上世纪90年代，燕山向阳化工厂委托六院11所（京）流体与旋转机械事业部研制立式高速泵。依据航天发动机技术的坚实基础，事业部把握民用高速泵性能参数高、技术难度大、工作时间长等特点，吸收进口高速泵设计理念，先后攻克了增速箱设计、齿轮轴组件、高速机械密封等8项关键技术，第一台高速泵如期诞生，连续无故障运行时间达到8000小时以上。

尽管如此，进口高速泵因其几十年的积淀，依旧是国内各大厂家的首选，这成为了团队研制成功喜悦下的小小失望。为此，事业部的技术人员在坚持独立自主研发高速泵后续型号的同时，从研究所走向了各个厂家，做起了不是很擅长的销售工作。

▲ W7型高速泵外观仿真图

2010年，GSB-W7型600kW级高速泵研制成功，市场反响很好，中国真正意义上结束了国外高速泵行业知名公司大功率高速泵的垄断地位。不过，在参数范围上与这些公司的同类产品还存在一定的差距。于是，新型大功率GSB-W9高速泵的研制在2012年被提上日程。

“设计过程中W9高速泵依托液体火箭发动机涡轮泵技术，设计功率可达1000kW，最高转速≤21000rpm，扬程范围300～3000m，产品性能达到国际一流水平。”六院11所（京）流体与旋转机械事业部副主任工程师杨敏介绍，W9型高速泵团队重点突破了齿轮箱降阻降噪设计、高效过流部件优化设计、齿轮箱耐含腐蚀性冲洗液腐蚀设计等多项关键技术，研制完成的W9型高速泵促进了我国石油石化能源化工等领域重大装备的升级换代。

▲ 出厂前的W9型高速泵