記者：

“一個遙控器，一輛無人操作車，甚至應用爬壁機器人，就可以遠程操作除銹了。這可是我以前的夢想?！?7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備在船塢內開展除銹工作。而該設備的關鍵核心——高壓柱塞泵正是由南通大學一支平均年齡不到30歲的“綠船”團隊研發而來。

打破進口壟斷

研發國產核心

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，船舶就要進行船檢和除銹。

傳統的船舶除銹方式為噴砂。除銹工人許舒翔說：“噴砂設備噴出的鐵砂高速撞向船舶鋼板，高硬度的鐵砂會被擊碎，產生微小的顆粒懸浮在空中，不僅難以回收，而且產生固體廢物，污染環境?！睘榱朔乐狗蹓m吸入，噴砂時操作工要將口罩面罩等防護設備穿戴整齊。許舒翔說：“以前噴砂，哪怕是三伏天也要把自己包裹嚴實。如果吸入含重金屬的粉塵，就容易導致矽肺病?！?/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、修船都會有除銹環節。船舶制造時，各種分段、部件可以放入專用噴砂間實施除銹，污染少。但船舶維修時，只能在船塢內開展除銹。就算無視各種工作環境，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，高壓水射流除銹因其無污染、高質量和高效率而受市場歡迎。這項技術在國外已經成熟，但是由于相關技術被德、美等國壟斷，每年我國超九成高壓水射流除銹裝備依靠進口。

面對困境，必須趕上。南通大學一支平均年齡不到30歲的“綠船”團隊請纓研發該設備的關鍵核心——高壓柱塞泵。

結構材料入手

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到25平方米。

“泵的密封結構是超高壓水射流柱塞泵的核心技術之一?！眻F隊負責人、南通大學信息科學技術學院信息與通信工程專業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定運轉?！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。

“目前行業內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，從而導致泄漏?！眻F隊通過調研后發現，要解決設備密封失效問題，提升超高壓泵機組的使用壽命，就要針對密封結構和密封材料這兩個問題進行系統性的研究。

什么樣的密封形式能夠滿足超高壓泵機組的穩定運行？周銳介紹道，傳統的填料密封與間隙密封方式在實驗過程中總存在著較為嚴重的振動現象，會對設備造成不可逆的磨損，進而導致泄漏。經過多次仿真與樣機測試，通大團隊發明了一種新型的間隙節流的密封方式?！巴ㄟ^選取一種彈性耐磨材料，利用內外壓差的節流密封方式保證密封性，從而提高密封性能。優化后，超高壓柱塞泵的密封性能有了顯著提升，從而保證了設備的穩定運行?！?/p>

壽命提高四倍

除銹效果滿級

密封結構設計優化后，還需要柱塞桿性能的配合。柱塞桿的硬度越高，意味著整套設備的使用壽命越長。團隊成員、南通大學機械工程學院機械工程專業2023級碩士研究生郭貴倉表示，傳統柱塞桿使用的硬質合金材料，因質量大，不僅容易造成偏磨，還會影響機組使用壽命?！八晕覀冞x擇激光表面合金化技術，疊加超聲去應力技術，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，超過國內同類產品四倍，能夠實現超高壓力和超大流量的同步運行。該設備理論狀況下水柱揚程可達3萬米，除銹效果達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備。當年除銹面積就達50萬平方米，2023年該數據已經提升至70萬平方米。由于該設備環保、高效，可以縮短船舶在塢時間，為企業節省了大量的時間和金錢?！?/p>

據了解，南通大學“綠船”團隊已經在超高壓泵、密封結構以及激光表面改性領域申請20余件國家發明專利。相關成果率先在南通克萊芬船舶工程有限公司的船塢進行試運行，除銹效果優異，滿足后續著漆要求。南通大學機械工程學院副教授曹宇鵬說：“未來該技術還將應用到石化、汽車、核工程等更多領域，以科技創新推動產業創新，形成高科技、高效能、高質量的生產力?！?/p>

記者 沈樑