深海高性能海水液压元件关键技术及应用

     海水液压是深海装备驱动的变革性技术,是实现大深度宽海域潜器对接、浮力调节、定深、姿态控制、作业等关键任务的首选途径。然而,在深海超高外压以及高负荷和悬砂海水等极端因素的相互强化作用下,海水液压元件面临提深度、增效率、延寿命的国际难题。长期以来,我国在该领域一直处于空白,严重制约了海洋重大工程和尖端武器装备的发展。经过近二十年的原始创新,突破耐超高环境外压设计、高压高速动密封、抗污染腐蚀磨损等公认的瓶颈技术,创建了新的技术体系,实现了我国深海海水液压元件从无到有、从浅到国际最大深度的跨越,主要发明点为:
    (1)揭示了深海超高环境压力下,液压元件微观尺寸不等量形变引发的宏观性能退化规律,发明了全海水润滑超高压海水泵以及自动压力补偿+强度抗压+间隙调控的元件复合耐压设计方法,深海海水泵、阀和执行元件工作深度已达12000米,为国际最高水平。
    (2)发明了承载与密封分离的低粘度海水超高压高速动密封技术,构建了深海超高压下泄漏流量的精确设计方法,发明了海深自适应的阀口双向密封技术,实现了深海高低压口不确定这一反常工况下的可靠密封,工作压力已达120MPa,间隙密封效率超过97%,将现有深海海水液压元件的最高压力提升66%。
    (3)提出了摩擦副碾碎海水中悬砂和附着物的摩擦磨损主动防控新思路,发现了新型超低摩擦系数配对副,发明了利用碳基薄膜对表面进行缺陷修复和孔隙封堵的工艺,摩擦系数低至0.0023,腐蚀磨损率9×10-12cm3/(N?m),污染耐受度超越常规液压元件的能力极限(20/18/15),将国际现有200小时寿命提升至超过1000小时。
    在上述三大发明基础上,国际首次研制出万米级深海高性能海水泵、阀和执行元件,开发出适应不同任务和深度的元件和系统等共35种类型,115种规格。
    研究成果成功应用于“蛟龙号”和“深海勇士号”等大国重器以及几代(核)潜艇、深潜救生艇、AUV等重大武器装备,有力支撑了其核心技战术指标的提升。同时,项目为促进我国进入国际深海海水液压技术前沿、彻底摆脱对国外的依赖以及带动我国水液压行业的可持续发展发挥了不可替代的作用,国防、经济和社会效益显著。
    获发明专利35项,其中美国专利2项,日本和欧洲专利各1项;制定标准和规范3项,发表SCI/EI论文70篇,出版专著1部;成果得到国内外同行的广泛好评。获2016年湖北省发明专利金奖以及2017年中国优秀专利奖。以中国工程院谭建荣院士为组长的鉴定委员会认为:“项目总体技术达到国际领先水平”。