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記者：

“一個遙控器，一輛無人操作車，甚至應(yīng)用爬壁機(jī)器人，就可以遠(yuǎn)程操作除銹了。這可是我以前的夢想。”17日，記者見到南通克萊芬船舶工程有限公司船體除銹操作工黃成時，他正操作一套超高壓水射流除銹設(shè)備在船塢內(nèi)開展除銹工作。而該設(shè)備的關(guān)鍵核心——高壓柱塞泵正是由南通大學(xué)一支平均年齡不到30歲的“綠船”團(tuán)隊(duì)研發(fā)而來。

打破進(jìn)口壟斷

研發(fā)國產(chǎn)核心

船舶在海洋中行駛一段時間后，海水、海洋生物會不斷侵蝕船體表面。這種侵蝕輕則影響航速，重則造成安全隱患。所以一般每五年左右，船舶就要進(jìn)行船檢和除銹。

傳統(tǒng)的船舶除銹方式為噴砂。除銹工人許舒翔說：“噴砂設(shè)備噴出的鐵砂高速撞向船舶鋼板，高硬度的鐵砂會被擊碎，產(chǎn)生微小的顆粒懸浮在空中，不僅難以回收，而且產(chǎn)生固體廢物，污染環(huán)境。”為了防止粉塵吸入，噴砂時操作工要將口罩面罩等防護(hù)設(shè)備穿戴整齊。許舒翔說：“以前噴砂，哪怕是三伏天也要把自己包裹嚴(yán)實(shí)。如果吸入含重金屬的粉塵，就容易導(dǎo)致矽肺病?！?/p>

南通克萊芬綠色超高壓水除銹工程中心主任陳真介紹：“造船、修船都會有除銹環(huán)節(jié)。船舶制造時，各種分段、部件可以放入專用噴砂間實(shí)施除銹，污染少。但船舶維修時，只能在船塢內(nèi)開展除銹。就算無視各種工作環(huán)境，一位工人每小時只能噴砂8平方米左右，提高效率、降低污染勢在必行?！?/p>

在修船行業(yè)，高壓水射流除銹因其無污染、高質(zhì)量和高效率而受市場歡迎。這項(xiàng)技術(shù)在國外已經(jīng)成熟，但是由于相關(guān)技術(shù)被德、美等國壟斷，每年我國超九成高壓水射流除銹裝備依靠進(jìn)口。

面對困境，必須趕上。南通大學(xué)一支平均年齡不到30歲的“綠船”團(tuán)隊(duì)請纓研發(fā)該設(shè)備的關(guān)鍵核心——高壓柱塞泵。

結(jié)構(gòu)材料入手

提升使用壽命

高壓水射流除銹原理是利用高壓柱塞泵將純水加壓，通過噴嘴噴射出壓力高于200兆帕的水柱作用在船舶表面，能夠有效去除銹蝕和海洋生物附著，除銹效率每小時可以達(dá)到25平方米。

“泵的密封結(jié)構(gòu)是超高壓水射流柱塞泵的核心技術(shù)之一?！眻F(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人、南通大學(xué)信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院信息與通信工程專業(yè)2021級博士研究生周銳告訴記者，它就像一顆跳動的心臟，讓超高壓水射流高效穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)?！靶呐K”跳動越有力，水壓和流量就越大；跳動時間越長，整套裝備的使用壽命就越久。

“目前行業(yè)內(nèi)使用的超高壓柱塞泵壽命為110小時左右，使用時間過長會使柱塞桿偏磨、密封圈失效，從而導(dǎo)致泄漏?！眻F(tuán)隊(duì)通過調(diào)研后發(fā)現(xiàn)，要解決設(shè)備密封失效問題，提升超高壓泵機(jī)組的使用壽命，就要針對密封結(jié)構(gòu)和密封材料這兩個問題進(jìn)行系統(tǒng)性的研究。

什么樣的密封形式能夠滿足超高壓泵機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行？周銳介紹道，傳統(tǒng)的填料密封與間隙密封方式在實(shí)驗(yàn)過程中總存在著較為嚴(yán)重的振動現(xiàn)象，會對設(shè)備造成不可逆的磨損，進(jìn)而導(dǎo)致泄漏。經(jīng)過多次仿真與樣機(jī)測試，通大團(tuán)隊(duì)發(fā)明了一種新型的間隙節(jié)流的密封方式?！巴ㄟ^選取一種彈性耐磨材料，利用內(nèi)外壓差的節(jié)流密封方式保證密封性，從而提高密封性能。優(yōu)化后，超高壓柱塞泵的密封性能有了顯著提升，從而保證了設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。”

壽命提高四倍

除銹效果滿級

密封結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化后，還需要柱塞桿性能的配合。柱塞桿的硬度越高，意味著整套設(shè)備的使用壽命越長。團(tuán)隊(duì)成員、南通大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院機(jī)械工程專業(yè)2023級碩士研究生郭貴倉表示，傳統(tǒng)柱塞桿使用的硬質(zhì)合金材料，因質(zhì)量大，不僅容易造成偏磨，還會影響機(jī)組使用壽命。“所以我們選擇激光表面合金化技術(shù)，疊加超聲去應(yīng)力技術(shù)，改善了柱塞桿的性能?！?/p>

目前，該超高壓水射流裝備的壽命已增至500小時，超過國內(nèi)同類產(chǎn)品四倍，能夠?qū)崿F(xiàn)超高壓力和超大流量的同步運(yùn)行。該設(shè)備理論狀況下水柱揚(yáng)程可達(dá)3萬米，除銹效果達(dá)到我國除銹處理最高等級——白色清理級，即表面非常潔凈無任何雜質(zhì)和污跡。

陳真說：“2021年開始，公司船舶維修、表面處理時開始嘗試該新設(shè)備。當(dāng)年除銹面積就達(dá)50萬平方米，2023年該數(shù)據(jù)已經(jīng)提升至70萬平方米。由于該設(shè)備環(huán)保、高效，可以縮短船舶在塢時間，為企業(yè)節(jié)省了大量的時間和金錢。”

據(jù)了解，南通大學(xué)“綠船”團(tuán)隊(duì)已經(jīng)在超高壓泵、密封結(jié)構(gòu)以及激光表面改性領(lǐng)域申請20余件國家發(fā)明專利。相關(guān)成果率先在南通克萊芬船舶工程有限公司的船塢進(jìn)行試運(yùn)行，除銹效果優(yōu)異，滿足后續(xù)著漆要求。南通大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院副教授曹宇鵬說：“未來該技術(shù)還將應(yīng)用到石化、汽車、核工程等更多領(lǐng)域，以科技創(chuàng)新推動產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新，形成高科技、高效能、高質(zhì)量的生產(chǎn)力?！?/p>

記者 沈樑