我国泵技术的发展与展望

【专家解说】：一、泵企业概况　　生产电厂（包括核电）、冶金、石化等部门用的具有高技术含量泵的国企（如沈泵、石泵、湘电长沙水泵、上海电力修造厂等）维持生存，ITT、KSB、茬原等世界著名泵企业（如上泵－KSB、ITT南京古尔兹、嘉立特－茬原、博泵－茬原、大耐－苏尔寿（海密梯克、里瓦赫伯特）、佛泵－安德里兹、大连帝国、上海尼可尼等）逐步进入我国，民营泵企业快速发展。现在国内泵企业约1000家，占世界泵企业10000家的1/10；国内泵产值2004年约220亿人民币，约占世界泵产值270亿美元的1/10，世界十大泵企业产值约占世界泵总产值的22%，我国十大泵企业的产值也约占全国泵产值的22%。　　世界2004年按销售值排列十大泵企业（引自沈泵所2005年3月上海行业会资料）：　　
1、美国ITT（17.01亿美元）；
2、美国FLOWSERVE（10.3亿美元）；
3、丹麦格兰富（10.1亿美元）；
4、日本荏原（10.0亿美元）；
5、德国KSB（9.0亿美元）；
6、瑞士苏尔寿（6.83亿美元）；
7、英国威尔（5.84亿美元）；
8、德国威乐（5.84亿美元）；
9、美国IDEX（4.27亿美元）；
10、美国PENTAIR（4.0亿美元）　　国内2004年按销售值排列前十大泵企业（因统计不全，可能有误，仅供参考）：　　上海凯泉泵业集团；沈阳水泵厂有限公司；上海KSB；上海电力修造厂有限公司；大耐泵业有限公司；石家庄泵业有限公司；湘电长沙水泵厂有限公司；博泵科技有限公司；上海连成泵业有限公司；上海东方泵业有限公司。　　国内泵产值年增长率10.5%，约为国家经济增长率的1.5倍，是世界泵年增长率4.3%的2.5倍。随着建筑、电力、钢铁、石化、环保工业的发展和向第三世界出口泵产品的增加，这种快速增长的形势将保持几年。　　从地区上在看，江浙沪发展最快，泵年产值约占全国的60%；上海泵年产值约占全国的20%，按销售值排列全国前十名有半数在上海，因而上海逐渐成为全国泵业的中心。　　
二、泵技术的现状和发展　　
1.我国泵产品图样的来源可分为联合设计、引进、自行开发等几种　　
（1）联合设计产品以沈泵所为主的研究单位，20世纪60~80年代，组织有关泵厂进行了许多种泵的联合设计。如IS（IB）型单级单吸离心泵；IH型化工泵；S（SH）型双吸离心泵；D（DG）型节段式多级泵；W型旋涡泵；Y型油泵；JC型深井泵；HW型混流泵；QJ型深井潜水泵；IR型热水泵；BPZ型喷灌自吸泵；FY型耐腐蚀液下离心泵；3G型三螺杆泵等。　　这些产品当时都是国内的主导产品，至今仍在生产，但是有些产品的结构（造型）、性能指标比较落后，应当逐步用新型产品替代。　　
（2）引进产品80年代以前我国引进的泵技术很少，到改革开放初期，大量从国外引进泵技术，并随着外国泵公司以合资或独资的形式陆续进入我国，也带进了一些新的泵产品技术。例如：　　石泵－沃尔曼的渣浆泵；石泵（天津电机厂）－德国里兹公司的井用潜水电泵；沈泵（上泵）－德国KSB公司的锅炉给水泵；上海电力修造厂－英国威尔公司的锅炉给水泵；上海水泵厂－KSB公司的冷凝水泵；长沙水泵厂－日本日立公司的冷凝水泵；大连耐酸泵厂－瑞士苏尔寿公司的CZ、ZA（ZE）等化工流程泵；上海水泵厂泵－美国德来赛公司的污水泵；佛山水泵厂－德国西门子公司的水环真空泵；上海水泵厂－KSB公司的热水泵、船用泵；天津工业泵总厂－德国阿尔维勒公司的螺杆泵；天津工业泵总厂－日本大晃公司的船用泵；南京深井泵厂－德国ABS公司的潜污泵；长沙水泵厂－美国英格索尔公司的大型立式斜流泵；上海第一水泵厂－英国M·J公司的高扬程多级离心泵；襄樊五二五厂－法国H·S公司的磷酸泵等。　　引进的这些泵产品，技术比较成熟，性能比较先进，对推动我国泵技术的发展起了重要作用，成为我国泵产品的主体，至今仍大量生产。其中有的产品在结构或性能方面也存在问题，应进一步改进。　　
（3）外国在华合资（独资）泵企业的产品例如：上海KSB－Omega(RDL)双吸泵、锅炉给水泵、冷凝泵；嘉立特（茬原）－化工流程泵；佛山（安德里兹）－纸浆泵；南京古尔兹－ISO型单级单吸离心泵、P型节段式多级离心泵；大连帝国－屏蔽泵；沈阳飞力－潜水排污泵；苏州格兰富－冲压泵；兰州耐驰－螺杆泵。　　这些产品的质量大都比国内产品好，尽管价格高，但销售情况很好。　　
（4）自行开发产品AY油泵；TSWA多级离心泵；ZJ渣浆泵；管道泵；直联离心泵；高楼给水泵；空调泵；潜水排污泵；立式排污泵；潜水轴流泵（混流泵）；双吸泵；纸浆泵等。　　这些产品大部分通用化、标准化程度不高，性能也有待进一步提高。　　
2.关键泵产品从部分进口到现在基本全部国化　　由于引进产品和KSB等著名企业的进入，我国泵的生产能力显著提高。国民经济部门的主要关键用泵基本上都可以生产。例如：超临界锅炉给水泵（温度压力25～35MPa）；乙烯和加氢装置用高速泵、高压多级泵；钢厂高压除鳞泵；东深、南水北调工程用大型调水泵；矿用大流量高扬程（1000m）排水泵；电厂用烟气脱硫泵；炼厂用高温油浆泵。　　
3.以CAD为主的新技术广泛应用　　
（1）泵的模具、叶片和重要零件开始用数控机床加工，从而可以提高泵的制造质量，图1是用数控铣床加工轴流泵叶片和用于加工的叶片三维图。　　
（2）泵水力设计与绘型软件逐渐代替人工计算和绘图有人问用这个软件设计的泵效率有多高，这是外行人说的话，再好的软件也要人去使用，可以溶入设计者的设计思想和经验，而且快速、准确。图2是用JP1软件设计的螺旋离心泵叶轮水力图，设计该图只需10min，人工设计可能要两天。
（3）泵内流场计算从准三元非黏性流动向全三元黏性流动进展准三元非黏性流动计算的主要方法是S1、S2两类流面迭代，它是把三维流动降维成二维，也就是用子午面（轴面）和任意转面（流面）上的流动进行迭代求解，解决三维流动问题。由于把复杂的三维流动简化成二维求解，使得解的精度受到影响。近年计算流体动力学（ComputationalFluidDynamics）,简称CFD问世，为流体机械流场计算提供了新的思路和手段。用CFD进行流场计算，首先要把计算区域画成三维实体，然后生成网格（GridGeneration），再用商用CFD软件Fluent等进行计算，见图3。　　
（4）内部流场测量以前经常采用探针进行测量，一方面控针本身对流动的影响很大，另一方面测量旋转流场的转换装置也很复杂。进一步使用激光多普勒测速仪（LVD），它是用激光照射流动中的粒子，光被粒子散射，根据散射的成度测量流速。这种方法已经成熟并广泛应用，但是一般只测量一点速度的某一分量。现在开始使用粒子图象测速技术（PIV），其工作原理是在流场中散布示踪粒子，用脉冲片光源照射流场，通过连续两次或多次曝光，粒子图象被记录在底片上，由此获得流场速度分布。这种方法突破传统的单点测量的限制，可瞬时无接触测量一个截面上的速度分布，具有较高的测量精度.　　
（5）优化设计方法为了提高泵的性能，许多学者进行了优化设计方法研究。归纳起来主要有以下几种方法：以优秀模型统计资料为基础的速度系数优化法；以水力损失最小为目标的损失极值优化法；以某一指标为目标函数的准则筛选优化法。值得说明的是目前的优化设计方法，可能只对具体泵的设计有指导意义。另外CFD等先进技术的问世，在很大程度上冲淡了对优化设计的兴趣，近两年研究优化设计方法的学者逐渐减少。　　
4.无堵塞泵和低比转速泵技术取得进展　　
（1）我国自行总结出的无堵塞泵设计方法，基本达到实用程度，国内广泛使用设计方法主要包括：沿流道中线断面变化规律设计双流道叶轮；方格网保角变换方法设计螺旋离心式叶轮；根据叶轮外径、蜗室最大外径和喉部面积三要素设计旋流式叶轮。　　
（2）低比转速泵理论和设计的研究广泛而深入无过载设计方法得到推广应用，采用长短叶片和短叶片偏置取得良好效果。　　
5.轴流泵模型达到国外同类模型的先进水平　　2004年9月25日至2005年1月16日，全国27个模型，参加了水利部南水北调工程水泵模型天津同台测试。本次试验领导有力、组织严密、监督公正、数据准确。模型比转速500～1500，基本复盖了轴流泵的使用范围；和原模型相比，效率提高约2%，流量提高约5%。有7个模型的角度平均效率超过85%，已达到国外同类模型的先进水平。国家南水北调等重要工程的低扬程水泵，大部分将从这些模型中选用。　　
三、泵技术发展展望　　
1.注意发现和开发新领域用泵　　泵是一种通用机械，应用非常广泛，而且新领域用泵不断出现。例如：心脏泵、喷水推进泵、计算机冷却泵、空调泵、导热油泵、油气混输泵、烟气脱硫泵、石油平台注水泵等。可能还存在着应当用泵的地方而没有用泵，新的用泵领域也会不断出现，这就需要我们注意发现并致力开发。　　
2.CFD、PIV等先进技术结合实际开展试验研究　　CFD等新技术的先进性，不可否认，现在各院校都有软件，都在进行计算，研究生50%以上的课题都与此有关。一项新技术从发展成熟有一个过程，目前应作为一种解决实际工程问题的辅助手段，与传统设计方法配合使用。另外要尽量结合实际，否则就难以成熟和提高。开始阶段不要把题目选得过大，有的选一台泵从进口算到出口，一个泵站从进水池算到出水池，这样的计算结果难以判断。像渣浆泵的磨损部位、进水流道的旋涡部位等很适合用CFD和PIV技术进行研究。还有，一些大的泵厂应与有条件的院校合作开展这方面的研究工作。　　
3.树立精品意识，重视标准化、通用化　　扬州川源（台资）、无锡亿志（新加坡独资）两个泵公司，利用国内技术、设备生产出可和国外先进产品媲美的泵产品，其原因在于有精品意识。　　上海KSB公司的Omega双吸泵，28个品种，共用6根轴，每种泵装A、B两种叶轮，每种叶轮切割三次外径，这样一来每种泵有8条性能曲线，大幅度提高了泵的使用范围。　　南京古尔兹生产的ISO单级单吸离心泵，39个品种，共用5根轴，每种泵有4条性能曲线，结构紧凑、重量轻、体积小。　　我国有些泵厂，有一个订货设计一种泵，做了一年泵，回过头来一看可能是一个泵一个样，制造成本高也就可想而知了。　　
4.重视关键技术和关键产品的研究与开发　　要提高泵的技术水平必须解决关键技术问题。例如：渣浆泵磨损机理的研究；高效斜流泵水力模型研究；自吸泵简化结构、提高效率的研究；便于检修的高效、大流量、高扬程矿山排水泵和输油泵的研究开发；新型船用泵的研究开发；大型烟气脱硫泵、煤液化用高温、高压泵的研究开发；屏蔽泵、磁力泵提高可靠性的研究；新型计量泵（隔膜泵）的研究开发；提高部分流泵效率的研究等。　　
四、采用复合技术实现泵技术的创新与发展　　纵观泵技术的发展，许多是采用了复合技术的结果。例如：　　
（1）离心叶轮和旋涡叶轮的结合，成为离心旋涡自吸泵。　　
（2）射流喷头和离心泵结合，成为离心射流自吸泵。　　
（3）水泵叶轮和水轮机转轮的结合，成为水轮泵。　　
（4）离心泵和活塞隔膜泵结合，构成一种强力自吸泵。　　
（5）诱导轮和离心轮结合，提高了泵的抗汽蚀性能。　　
（6）双吸叶轮和单吸叶轮结合，能解决汽蚀和轴向力平衡问题。　　
（7）长短叶片结合使用，解决叶轮进口堵塞和出口扩散问题。　　
（8）短叶片向长叶片背面偏署，可防止轴向旋涡和出口流动分离。　　
（9）下装低扬程叶轮提液，上装高扬程叶轮加压的长轴液下泵（双轮液下泵），解决长轴液下泵制造困难，运行不可靠问题（见图4）。　　
（10）把机械密封的动、静环装在末级叶轮的后密封环处，成为轴向力平衡装置，利用叶轮前、后的压差平衡轴向力，如能解决动、静环的磨损问题，经济效益十分显著。　　
（11）把平衡盘工作原理移置到叶轮后盖板处，由于形成径向、轴向两个间隙，可以像平衡盘一样自动平衡轴向力。当轴向力大时，叶轮向进口方向移动，轴向间隙增大，叶轮后面的压力降低，叶轮向后移动。反之亦然（见图5）。　　
（12）糊状填料密封，这种密封美国赤士顿公司首先使用，并在我国销售，它是由石墨、纤维、四氟乙烯、硅胶等组成的糊状物，在使用过程中，可以用注射枪注入（补充）。据说在有些情况下使用，效果不错。尽管目前还不能在所有的泵上使用，但是这种思路十分可贵，有希望成为密封技术的一项突破。　　
（13）渣浆泵叶轮采用扭曲叶片，可能会因为符合流动状态而减轻磨损，并能提高效率。　　采用复合技术的成功实例不胜枚举，要用好用活复合技术，要求有较宽的知识面，并敢于仓新。　　
五、结语　　我国泵的技术发展是一个很大题目，没经过全面的调研和总结，不可能讲的全面、准确。不妥之处，欢迎指正。