液氫活塞泵的發(fā)展現(xiàn)狀與關(guān)鍵技術(shù)分析

吳 畏，楊少柒，薛 瑞，謝秀娟，龔領(lǐng)會

（1.中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所 航天低溫推進(jìn)劑技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100190；2.中國科學(xué)院大學(xué)，北京 100049）

0 引言

隨著我國“雙碳”目標(biāo)的確立，開發(fā)利用綠色低碳能源勢在必行。氫能以其清潔性、可再生和熱值高等優(yōu)點(diǎn)成為研究熱點(diǎn)。液氫作為氫氣液化后的產(chǎn)品，是一種高能超低溫液體清潔燃料，在儲能密度和輸運(yùn)成本等方面具有明顯優(yōu)勢，發(fā)展空間廣闊。隨著氫能的大規(guī)模應(yīng)用，在液氫利用過程中，大流量液氫泵作為液氫輸送的關(guān)鍵設(shè)備，對推動液氫在交通能源、航天等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用具有重大意義。

低溫液體輸送泵常用結(jié)構(gòu)形式有離心式和活塞式兩種，離心泵相對轉(zhuǎn)速較高，但機(jī)械密封和安全性問題難以解決?；钊脛t有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）結(jié)構(gòu)簡單可靠，故障率低，抗氣蝕能力強(qiáng)；（2）轉(zhuǎn)速不高，便于采用串聯(lián)式機(jī)械密封以保證裝置不泄露，提高裝置安全性能；（3）可采用變頻電機(jī)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，便于實(shí)現(xiàn)變流量運(yùn)行[1]。因此選取活塞泵作為輸送液氫的基本泵型。目前在設(shè)計(jì)低溫系統(tǒng)時通?？紤]潛液式布置，即將泵體（包括作為動力源的低溫電機(jī)）浸沒在低溫液體中，只引出動力傳遞結(jié)構(gòu)和測控導(dǎo)線，以實(shí)現(xiàn)零泄漏，同時大幅減少漏熱，提高系統(tǒng)的安全性，如戰(zhàn)穎[2]設(shè)計(jì)的全低溫液氫泵、孫曉玲等[3]研制的液化天然氣輸送泵均采用潛液式布置。

本文簡要概括了液氫泵的發(fā)展，介紹了液氫活塞泵的結(jié)構(gòu)，總結(jié)了衡量液氫泵性能的關(guān)鍵指標(biāo)，并結(jié)合理論公式進(jìn)行了分析。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步分析探討了液氫活塞泵研發(fā)設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵技術(shù)，為液氫泵研制提供相關(guān)參考依據(jù)。

1 液氫活塞泵發(fā)展概況

早期液氫泵主要用于航天領(lǐng)域，為航天器輸送低溫液氫燃料。隨著科技的發(fā)展和對氫能的開發(fā)利用，液氫泵逐漸向民用方向發(fā)展，在液氫的各種應(yīng)用中發(fā)揮著作用。

早在20世紀(jì)80年代，德國寶馬汽車公司將小型液氫活塞泵置于氫燃料汽車內(nèi)部。該液氫活塞泵置于液氫燃料箱外，液壓驅(qū)動的壓力最高可達(dá)2.5 MPa。由于特殊設(shè)計(jì)，泵的冷卻時間小于5 min，停機(jī)后的升溫速率約為15 K/h，其設(shè)計(jì)運(yùn)行圖如圖1所示[4]。

圖1 德國寶馬汽車公司液氫活塞泵橫截面示意圖Fig.1 Cross section diagram of BMW liquid hydrogen piston pump

液氫活塞泵通過法蘭連接燃料箱內(nèi)部，不會增加內(nèi)外容器之間的熱泄漏。泵的沖程為2.5 mm，以每分鐘300～400次的沖程頻率泵送壓力為0.25 MPa的液氫，流量可達(dá)0.2 m3/h，平均輸出功率為25 W，工作行程期的峰值功率約為300 W。

由于氫液化技術(shù)的成熟和氫能在民用領(lǐng)域的巨大潛力，加氫站發(fā)展迅速。我國建成和規(guī)劃的加氫站多為外供高壓氣氫加氫站，暫無液氫加氫站，國外則有大約1/3為液氫加氫站[5]。液氫加氫站是在航天儲氫技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的民用加氫設(shè)施，與氣氫的增壓擠出相比，液氫泵泵送液氫具有明顯的熱力學(xué)優(yōu)勢，也帶來了許多實(shí)用優(yōu)點(diǎn)[6]。比如20 K溫度下液氫密度為70.85 kg/m3，約為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下（273 K，101.325 kPa）氣態(tài)氫密度的800倍，意味著液氫系統(tǒng)具有較高吞吐量，數(shù)據(jù)表明液氫泵流量可達(dá)100 kg/h；適當(dāng)調(diào)節(jié)液氫泵初始低轉(zhuǎn)速運(yùn)行時間和泵速等參數(shù)可以提高平均加注率，同時也可以使泵逐步加速，從而降低活塞應(yīng)力，延長泵的維護(hù)周期；液氫直接從杜瓦中泵送，相比氣氫的增壓擠出，省去了中間高壓緩沖存儲的費(fèi)用和損失，降低了成本；潛液式液氫泵的加注速度受外界溫度影響較小，在輸出液氫時最高填充密度可達(dá)80 kg/m3。具體優(yōu)點(diǎn)總結(jié)如表1所列。

表1 液氫泵優(yōu)點(diǎn)一覽表Tab.1 List of advantages of liquid hydrogen pump

目前，美國、歐洲和日本在液氫加氫站發(fā)展方面走在前列。美國ACD公司設(shè)計(jì)的由三個高壓低溫往復(fù)泵組成的系統(tǒng)，用于在加注燃料之前將液氫從儲罐轉(zhuǎn)移到氣化器。作為一個連續(xù)工作系統(tǒng)，三個單缸活塞泵每臺均配備一臺皮帶驅(qū)動的55.9 kW三相全封閉扇冷式（TEFC）電動機(jī)，在最大工作壓力41.4 MPa時，轉(zhuǎn)速為538 r/min，流量為0.02 m3/min。該系統(tǒng)能在不到10 min的時間內(nèi)為氫燃料公交車加注，并成功應(yīng)用于2010年冬奧會[7]。2018年林德公司研制了高壓液氫活塞泵，其技術(shù)特點(diǎn)是：小型化，單級壓縮，最大加注能力120 kg/h，最小輸入壓力0.2 MPa，最大輸出壓力90 MPa，出口狀態(tài)為液態(tài)[8]。

目前，我國在液氫活塞泵研制方面公開的研究成果較少。2008年戰(zhàn)穎[2]設(shè)計(jì)的全低溫液氫泵，最大周期排量0.005 m3/min，最大壓差0.5 MPa。在此基礎(chǔ)上，李強(qiáng)等[9]經(jīng)過試驗(yàn)測試發(fā)現(xiàn)液氫泵轉(zhuǎn)速從310～1 320 r/min連續(xù)可調(diào)，980 r/min時壓差為0.5 MPa，流量為0.005 2 m3/min，隨著轉(zhuǎn)速進(jìn)一步提高，壓差可達(dá)0.7 MPa以上，流量可達(dá)0.006 3 m3/min以上。

2 液氫活塞泵的結(jié)構(gòu)組成

液氫活塞泵通常由液力端、傳動端、減速機(jī)、原動機(jī)及其他附屬設(shè)備（潤滑、冷卻系統(tǒng)等）組成。由于大多數(shù)潤滑劑在液氫溫度下會硬結(jié)失去潤滑性能，且推送介質(zhì)液氫不能被污染，因此，潛液式液氫活塞泵并不專設(shè)潤滑系統(tǒng)，由液氫流體起潤滑作用。液氫活塞泵由于其潛液式布置，結(jié)構(gòu)整體性更強(qiáng)，可分為液力端和動力端（包括低溫電機(jī)和傳動機(jī)構(gòu)）。

2.1 液力端

活塞泵液力端包括缸體、缸蓋、吸入和排出閥、閥箱、閥蓋、活塞、缸套以及進(jìn)出口法蘭等主要部件，液氫活塞泵主要是在材料選擇、處理和設(shè)計(jì)布置上有所區(qū)別。

作為活塞泵的主體，缸體與閥門、缸蓋、管路及機(jī)體等配置連接，其內(nèi)部流道孔和外表形狀都很復(fù)雜。在設(shè)計(jì)中，把缸體內(nèi)的應(yīng)力高度集中部位和高壓交變載荷區(qū)分開來，可以有效提高缸體的使用壽命。缸體與液氫直接接觸并承受交變的內(nèi)壓，可以選用奧氏體鉻鎳合金這種低溫韌性材料。如果加工工藝允許，在其內(nèi)部流道交孔處應(yīng)予導(dǎo)圓，并做表面強(qiáng)化處理，以減少應(yīng)力集中的影響。缸體內(nèi)有活塞往復(fù)運(yùn)動，其結(jié)構(gòu)參數(shù)與活塞的截面積和行程直接相關(guān)，從而影響到泵的流量。在設(shè)計(jì)中，大流量低壓活塞泵通常采取雙作用整體鑄造式缸體，流道孔也大多直接鑄出[10]。

吸入閥一般采用以流體的壓力推開的單向閥形式，在閥門運(yùn)動時伴隨著一定壓力差，吸入閥周圍就會存在阻力，實(shí)際吸入壓頭會偏高，容易造成低溫液體氣化量增大和在輸送液體進(jìn)程中產(chǎn)生脈動。劉連文等[11]對低溫液體往復(fù)式活塞泵吸入閥進(jìn)行了改進(jìn)，吸入閥由活塞和活塞桿接觸的開閉面構(gòu)成，設(shè)在前后兩個死點(diǎn)附近，利用活塞桿的動作，可對其開閉進(jìn)行控制，減小了吸入閥周圍的阻力和吸入通路的阻力。排出閥有平板閥、環(huán)狀閥、錐形閥和球面閥等形式，依靠閥前后的液體壓力差開啟和關(guān)閉[12]。吸入閥和排出閥是活塞泵的重要部件，閥門的開啟和關(guān)閉動作應(yīng)與活塞的運(yùn)動相協(xié)調(diào)，閥門關(guān)閉滯后和閥門密封不嚴(yán)都會導(dǎo)致液氫泄漏，降低泵的容積效率。液氫活塞泵的超低溫閥門密封副可以采用氮化或在表面涂覆鎳鉻鎢等合金材料的方法進(jìn)行表面硬化處理，從而提高密封表面的耐磨擦性能，延長其使用壽命[13]。

活塞桿帶動活塞往復(fù)運(yùn)動使泵腔內(nèi)的容積發(fā)生周期性變化，實(shí)現(xiàn)泵的吸、排液過程?；钊慕孛娣e直接影響液氫流量大小，活塞和缸體之間的密封性能則關(guān)系到液氫的泄漏量。由于液氫的黏度很低，活塞應(yīng)與缸體內(nèi)壁密封良好，并能實(shí)現(xiàn)長時間的無損密封，因此采用間隙密封的方法?；钊麠U配有數(shù)個在低溫下仍具有良好的耐磨性、屈服和抗壓強(qiáng)度的活塞環(huán)，活塞環(huán)墊襯采用膨脹式設(shè)計(jì)，通常采用聚四氟乙烯（PTFE）用作低溫填料填充在活塞環(huán)內(nèi)以提高密封性能。

2.2 動力端

動力端為液力端提供初始動力，可根據(jù)電機(jī)和傳動機(jī)構(gòu)的不同進(jìn)行劃分。最常見的有低溫電機(jī)驅(qū)動，利用曲柄連桿機(jī)構(gòu)傳遞動力，例如戰(zhàn)穎[2]設(shè)計(jì)的全低溫液氫泵，采用曲軸、連桿和中間缸體活塞等組合結(jié)構(gòu)傳遞動力；另外，電機(jī)可以通過皮帶輪傳動裝置以及傳動箱來控制多個液氫泵冷端內(nèi)的活塞桿的往復(fù)運(yùn)動[14]；Yamane等[15]、Abe 等[16]和Liang等[17]使用動磁直線電機(jī)，向磁芯提供交流電時，動磁組件中會感應(yīng)出交變軸向力，使活塞以相同的頻率往復(fù)運(yùn)動。動磁直線電機(jī)比傳統(tǒng)感應(yīng)電機(jī)具有更高的電機(jī)效率，用作液氫泵動力源時會使整個泵系統(tǒng)更加緊湊，簡化泵的機(jī)械結(jié)構(gòu)，減少罐體蒸發(fā)損失。陳正文等[18]利用高壓流體遠(yuǎn)距離傳遞動力，即利用高壓流體動力源為常溫組件提供動力，高壓流體動力源驅(qū)動常溫活塞往復(fù)運(yùn)動同時帶動冷端活塞往復(fù)運(yùn)動，有效解決了超低溫環(huán)境下電機(jī)技術(shù)問題和易燃易爆環(huán)境下電機(jī)動力機(jī)構(gòu)的安全技術(shù)問題。

3 液氫活塞泵關(guān)鍵指標(biāo)

參考美國勞倫斯利弗莫爾國家實(shí)驗(yàn)室（LLNL）對液氫泵性能和耐用性的測試結(jié)果[6]，總結(jié)了衡量液氫活塞泵性能的關(guān)鍵指標(biāo)：液氫流量、液氫排出壓力、容積效率和液氫蒸發(fā)損失量。

該實(shí)驗(yàn)中使用的液氫泵是林德公司制造的，在低壓（0.3 MPa）和極低溫（24.6 K）下從杜瓦提取液氫，流量為100 kg/h，并在壓力87.5 MPa、溫度30～60 K的情況下將其輸送，液氫泵結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 液氫泵結(jié)構(gòu)示意圖Fig.2 Schematic describing operation of liquid hydrogen pump

由于液氫泵是直接泵送液氫，容器內(nèi)的初始壓力與額定壓力相近，耗電量較低，數(shù)據(jù)顯示，該液氫泵充填一次平均耗電量為1.39 kW·h/kg。

3.1 液氫流量

在不計(jì)泵內(nèi)任何容積損失時，泵在單位時間內(nèi)應(yīng)排出的液體體積稱為泵的理論平均流量。活塞泵的流量計(jì)算如式（1）：

式中：Qt為泵的理論流量；A為活塞的截面積，，D為活塞直徑；S為行程長度；n為曲軸轉(zhuǎn)速，即活塞每分鐘往返次數(shù)；Z為活塞泵的聯(lián)數(shù)；K為系數(shù)，，Ar為活塞桿截面積，Dr為活塞桿直徑?？梢钥闯?，液氫活塞泵的流量只取決于泵的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)n、S、D，幾乎與泵的排出壓力無關(guān)，當(dāng)n、S、D為定值時，泵的流量基本恒定。

3.2 液氫排出壓力

泵入口處和出口處的壓力換算到基準(zhǔn)面上的值稱為泵的吸入壓力和排出壓力，如式（2）（3）所示：

式中：p1、p2分別為吸入壓力（絕對）和排出壓力（絕對）；p1′、p2′分別為泵入口和出口處的絕對壓力；γ是液體重度，Pa/m；h1、h2為泵入口處和出口處測壓點(diǎn)至基準(zhǔn)面間的距離。當(dāng)測壓點(diǎn)高于基準(zhǔn)面時，h1為負(fù)值，h2為正值；當(dāng)測壓點(diǎn)低于基準(zhǔn)面時，h1為正值，h2為負(fù)值。

泵的排出壓力p2是一個獨(dú)立參數(shù)，不是泵的固有特性，它只取決于排出管路的特性，而與泵的結(jié)構(gòu)參數(shù)和電機(jī)功率無關(guān)。泵的額定排出壓力（即最大允許排出壓力）則取決于泵的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、液力端密封性能和原動機(jī)的額定功率。液氫活塞泵正常運(yùn)轉(zhuǎn)時，工作腔內(nèi)液氫壓力應(yīng)始終大于輸送溫度下液氫的飽和蒸氣壓力，否則將會引起液氫氣化，造成活塞與液體脫離，從而引起工作腔內(nèi)的撞擊、噪聲、振動及流量的減少。

3.3 容積效率

泵的流量與理論流量之比稱為容積效率。

式中：ην為容積效率；Q為泵的流量；Δην為泵的容積損失率。工作腔的容積損失由以下幾部分組成：（1）液體壓縮或膨脹造成的容積損失率Δην1；（2）閥關(guān)閉滯后造成的容積損失率Δην2；（3）閥關(guān)閉不嚴(yán)，通過密封面的泄漏造成的容積損失率Δην3；（4）通過活塞或活塞桿、活塞環(huán)的泄漏造成的容積損失率Δην4。影響容積效率的因素除上述幾項(xiàng)外，還與輸送介質(zhì)的黏度，泵的壓力和轉(zhuǎn)速有關(guān)。對于液氫活塞泵而言，不考慮液氫的可壓縮性，主要的容積損失發(fā)生在閥門、活塞和活塞桿等地方。

3.4 液氫蒸發(fā)損失量

液氫蒸發(fā)損失量是由外界傳熱或活塞泵內(nèi)部機(jī)械摩擦產(chǎn)生的熱量引起的。在數(shù)十天的實(shí)驗(yàn)中，液氫泵部件中的蒸發(fā)損失約占泵送液氫量的10%[6]，蒸發(fā)損失主要由以下幾部分組成：（1）液氫泵及液氫輸送管道的冷卻；（2）液氫泵運(yùn)行期間的損失，包括與杜瓦和管道之間的換熱、泵運(yùn)行時內(nèi)部摩擦生熱以及活塞密封處的泄漏等；（3）液氫泵在怠速和空轉(zhuǎn)期因摩擦生熱產(chǎn)生的損失；（4）液氫泵在暫停工作后與環(huán)境傳熱。

4 液氫活塞泵關(guān)鍵技術(shù)

為了實(shí)現(xiàn)液氫泵在國內(nèi)氫能領(lǐng)域的商業(yè)化推廣應(yīng)用，以下幾個方面仍然是當(dāng)前的研究熱點(diǎn)和難點(diǎn)，即冷量損失抑制技術(shù)、機(jī)構(gòu)磨損減少技術(shù)以及容積泄漏損失抑制技術(shù)。

4.1 冷量損失抑制技術(shù)

由于液氫的溫度遠(yuǎn)低于環(huán)境溫度，外部熱量的流入和設(shè)備本身摩擦發(fā)熱等是不可避免的。冷量損失將降低低溫泵效率，液體蒸發(fā)導(dǎo)致氣蝕，嚴(yán)重時會使系統(tǒng)壓力升高發(fā)生事故，因此有效減少低溫泵的冷量損失是低溫設(shè)備設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵技術(shù)之一。

液氫活塞泵在運(yùn)行期間的冷量損失主要由機(jī)構(gòu)摩擦產(chǎn)生的熱量導(dǎo)致，因此減少機(jī)構(gòu)磨損也會相應(yīng)減少蒸發(fā)損失，具體措施在下文中介紹。Furuhama等[19]采用各種方法來降低液氫泵在非運(yùn)行期間的蒸發(fā)損失，并通過實(shí)驗(yàn)對效果進(jìn)行量化和改進(jìn)：（1）在泵底端與液氫液面之間充填氣氫，防止液氫和泵底接觸，減少熱傳導(dǎo)，通過這種方法蒸發(fā)損失降低到原來的29%；（2）在泵的支桿上加裝肋片，強(qiáng)化支桿與聚集在泵腔中的氣態(tài)氫氣換熱，從而減少了其與液氫的對流換熱，以液氮為實(shí)驗(yàn)介質(zhì)測得蒸發(fā)損失降為原來的22%；（3）改變泵的位置，使其位于整個杜瓦的邊緣，可以增加真空區(qū)域的體積，減少液氫和泵下邊緣之間的接觸面積，這種方法減少了92%的蒸發(fā)損失，如圖3所示。

圖3 改進(jìn)前和改進(jìn)后液氫泵和儲罐的布置Fig.3 Arrangement of liquid hydrogen pumps and storage tanks before and after improvement

4.2 機(jī)構(gòu)磨損減少技術(shù)

液氫活塞泵中的磨損也需要重點(diǎn)考慮。有的磨損不可避免，例如，對于泵正常運(yùn)行時活塞和缸套之間的摩擦，應(yīng)注意材料的選取；氣缸中的活塞以及活塞桿的密封件應(yīng)選用耐磨性好、磨損系數(shù)低的密封材料。目前低溫活塞環(huán)主要填充聚四氟氯乙烯、柔性石墨以及其他組合型或新型密封材料，常用且密封性能優(yōu)良的是柔性石墨與不銹鋼復(fù)合的纏繞式墊片和聚氯三氟乙烯（PTCFE）唇式密封圈的組合密封[13]。為了獲得良好的耐磨性，金屬材質(zhì)活塞環(huán)需進(jìn)行熱處理，常用方法有表面鍍鉻或錫、滲硫處理、磷化處理和軟氮化處理[1]。

泵空轉(zhuǎn)也會造成不必要的磨損，這需要在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上盡量避免。陳衛(wèi)華等[20]提出降低電動機(jī)轉(zhuǎn)速，采用繞線轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)或直流電動機(jī)等轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍大的電動機(jī)替代籠型異步電機(jī)等方法，使低溫液體的泵送量與需求量相匹配，在泵連續(xù)工作的同時避免空轉(zhuǎn)，減少低溫泵柱塞與缸套之間的磨損，延長其使用壽命。沈莫華等[21]發(fā)明了一種新型雙向進(jìn)液的低溫往復(fù)泵，通過改進(jìn)前后進(jìn)液閥組件和機(jī)構(gòu)，克服泵腔內(nèi)部嚴(yán)重紊流及氣液混合現(xiàn)象，避免了泵流量不足、打空車和打壓慢等現(xiàn)象，提高泵的工作效率，減少易損件的消耗。

4.3 容積泄漏損失抑制技術(shù)

影響液氫活塞泵容積效率的主要因素有：進(jìn)、排液閥泄漏，活塞泄漏，閥門關(guān)閉滯后，液氫氣化導(dǎo)致氣液混合狀態(tài)，使介質(zhì)可壓縮性增加[22]。

活塞和氣缸之間的較大間隙有助于減少摩擦，但在泵處于壓縮沖程時會導(dǎo)致較大的泄漏。為了減少泄漏，活塞外表面最好在壓力升高時才向氣缸壁膨脹。為此，Yamane等[23]研制了一種具有自動調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)間隙的液氫泵，活塞具有杯形腔體，受壓時活塞杯狀部分的壁面向缸壁擴(kuò)張，使間隙變小，在減小泵泄漏量的同時維持約80%的容積效率，如圖4所示。

圖4 杯型活塞的壓力分布Fig.4 Pressure distribution on cup-shaped piston

陳連善等[24]提出，選取較小的配合間隙，適當(dāng)提高柱塞與缸套的加工精度，在柱塞工作表面設(shè)置環(huán)形密封槽，可以減少泵的泄漏量；通過減小進(jìn)液管路的阻力，適當(dāng)增加灌注靜壓頭，增加泵口液體的過冷度，提高泵的吸入性能；同時，選擇合適的液體出口閥，設(shè)置有效的回氣裝置，提高泵的容積效率。章軼明等[25]針對泵泄漏設(shè)計(jì)了一種雙壓力敏感密封氣體檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)設(shè)有通過開孔與缸體后端部相連通的密閉空腔，活塞泵缸體出現(xiàn)泄漏會引起空腔氣壓變化從而被檢測到。

5 結(jié)論與展望

液氫加氫站的大規(guī)模應(yīng)用需要液氫泵關(guān)鍵技術(shù)的突破和關(guān)鍵設(shè)備的國產(chǎn)化。對于大流量低壓液氫泵，液力端可采用雙聯(lián)雙作用形式以提高流量。對于小流量高壓液氫泵，可以增設(shè)壓縮腔，采用雙級或者多級壓縮形式提高排出壓力。

未來可從三個方面突破液氫活塞泵關(guān)鍵技術(shù)：

（1）活塞桿和活塞的耐磨密封件采用聚四氟乙烯（PTFE）、石墨和特殊金屬等為主的各種減磨材料制成，以延長泵的工作壽命，在無油潤滑條件下磨損較小，能在較大的溫度和壓力范圍內(nèi)使用。

（2）開發(fā)新的活塞泵整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工藝，收集相關(guān)模式結(jié)構(gòu)信息，系統(tǒng)了解、研究和分析各種結(jié)構(gòu)優(yōu)缺點(diǎn)，對各種已有結(jié)構(gòu)進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)，改進(jìn)現(xiàn)有設(shè)計(jì)工藝，減小液氫活塞泵設(shè)備整體質(zhì)量和尺寸，提高其密封性能和吸入能力。

（3）設(shè)計(jì)優(yōu)化潛液式液氫泵用低溫電機(jī)。由于潛液式液氫泵低溫電機(jī)的應(yīng)用環(huán)境和低溫驅(qū)動特性與常溫電機(jī)有所不同，有必要根據(jù)這些差異形成其分析設(shè)計(jì)公式，并結(jié)合電磁場-熱場-流體場-應(yīng)力場的耦合仿真對電機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)及優(yōu)化。