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我國泵技術的發展與展望

時間：2014-09-08

一、泵企業概況

　　生產電廠（包括核電）、冶金、石化等部門用的具有高技術含量泵的國企（如沈泵、石泵、湘電長沙水泵、上海電力修造廠等）維持生存，ITT、KSB、茬原等世界著名泵企業（如上泵－KSB、ITT南京古爾茲、嘉立特－茬原、博泵－茬原、大耐－蘇爾壽（海密梯克、里瓦赫伯特）、佛泵－安德里茲、大連帝國、上海尼可尼等）逐步進入我國，民營泵企業快速發展。現在國內泵企業約1000家，占世界泵企業10000家的1/10；國內泵產值2004年約220億人民幣，約占世界泵產值270億美元的1/10，世界十大泵企業產值約占世界泵總產值的22%，我國十大泵企業的產值也約占全國泵產值的22%。

　　世界2004年按銷售值排列十大泵企業（引自沈泵所2005年3月上海行業會資料）：

　　1、美國ITT（17.01億美元）；2、美國FLOWSERVE（10.3億美元）；3、丹麥格蘭富（10.1億美元）；4、日本荏原（10.0億美元）；5、德國KSB（9.0億美元）；6、瑞士蘇爾壽（6.83億美元）；7、英國威爾（5.84億美元）；8、德國威樂（5.84億美元）；9、美國IDEX（4.27億美元）；10、美國PENTAIR（4.0億美元）

　　國內2004年按銷售值排列前十大泵企業（因統計不全，可能有誤，僅供參考）：

　　上海凱泉泵業集團；沈陽水泵廠有限公司；上海KSB；上海電力修造廠有限公司；大耐泵業有限公司；石家莊泵業有限公司；湘電長沙水泵廠有限公司；博泵科技有限公司；上海連成泵業有限公司；上海東方泵業有限公司。

　　國內泵產值年增長率10.5%，約為國家經濟增長率的1.5倍，是世界泵年增長率4.3%的2.5倍。隨著建筑、電力、鋼鐵、石化、環保工業的發展和向第三世界出口泵產品的增加，這種快速增長的形勢將保持幾年。

　　從地區上在看，江浙滬發展最快，泵年產值約占全國的60%；上海泵年產值約占全國的20%，按銷售值排列全國前十名有半數在上海，因而上海逐漸成為全國泵業的中心。

　　二、泵技術的現狀和發展

　　1.我國泵產品圖樣的來源可分為聯合設計、引進、自行開發等幾種

　　（1）聯合設計產品以沈泵所為主的研究單位，20世紀60~80年代，組織有關泵廠進行了許多種泵的聯合設計。如IS（IB）型單級單吸離心泵；IH型化工泵；S（SH）型雙吸離心泵；D（DG）型節段式多級泵；W型旋渦泵；Y型油泵；JC型深井泵；HW型混流泵；QJ型深井潛水泵；IR型熱水泵；BPZ型噴灌自吸泵；FY型耐腐蝕液下離心泵；3G型三螺桿泵等。　　這些產品當時都是國內的主導產品，至今仍在生產，但是有些產品的結構（造型）、性能指標比較落后，應當逐步用新型產品替代。

　　（2）引進產品80年代以前我國引進的泵技術很少，到改革開放初期，大量從國外引進泵技術，并隨著外國泵公司以合資或獨資的形式陸續進入我國，也帶進了一些新的泵產品技術。例如：　　石泵－沃爾曼的渣漿泵；石泵（天津電機廠）－德國里茲公司的井用潛水電泵；沈泵（上泵）－德國KSB公司的鍋爐給水泵；上海電力修造廠－英國威爾公司的鍋爐給水泵；上海水泵廠－KSB公司的冷凝水泵；長沙水泵廠－日本日立公司的冷凝水泵；大連耐酸泵廠－瑞士蘇爾壽公司的CZ、ZA（ZE）等化工流程泵；上海水泵廠泵－美國德來賽公司的污水泵；佛山水泵廠－德國西門子公司的水環真空泵；上海水泵廠－KSB公司的熱水泵、船用泵；天津工業泵總廠－德國阿爾維勒公司的螺桿泵；天津工業泵總廠－日本大晃公司的船用泵；南京深井泵廠－德國ABS公司的潛污泵；長沙水泵廠－美國英格索爾公司的大型立式斜流泵；上海第一水泵廠－英國M·J公司的高揚程多級離心泵；襄樊五二五廠－法國H·S公司的磷酸泵等。　　引進的這些泵產品，技術比較成熟，性能比較先進，對推動我國泵技術的發展起了重要作用，成為我國泵產品的主體，至今仍大量生產。其中有的產品在結構或性能方面也存在問題，應進一步改進。

　　（3）外國在華合資（獨資）泵企業的產品例如：上海KSB－Omega(RDL)雙吸泵、鍋爐給水泵、冷凝泵；嘉立特（茬原）－化工流程泵；佛山（安德里茲）－紙漿泵；南京古爾茲－ISO型單級單吸離心泵、P型節段式多級離心泵；大連帝國－屏蔽泵；沈陽飛力－潛水排污泵；蘇州格蘭富－沖壓泵；蘭州耐馳－螺桿泵。　　這些產品的質量大都比國內產品好，盡管價格高，但銷售情況很好。

　　（4）自行開發產品AY油泵；TSWA多級離心泵；ZJ渣漿泵；管道泵；直聯離心泵；高樓給水泵；空調泵；潛水排污泵；立式排污泵；潛水軸流泵（混流泵）；雙吸泵；紙漿泵等。

　　這些產品大部分通用化、標準化程度不高，性能也有待進一步提高。

　　2.關鍵泵產品從部分進口到現在基本全部國化　　由于引進產品和KSB等著名企業的進入，我國泵的生產能力顯著提高。國民經濟部門的主要關鍵用泵基本上都可以生產。例如：超臨界鍋爐給水泵（溫度壓力25～35MPa）；乙烯和加氫裝置用高速泵、高壓多級泵；鋼廠高壓除鱗泵；東深、南水北調工程用大型調水泵；礦用大流量高揚程（1000m）排水泵；電廠用煙氣脫硫泵；煉廠用高溫油漿泵。

　　3.以CAD為主的新技術廣泛應用

　　（1）泵的模具、葉片和重要零件開始用數控機床加工，從而可以提高泵的制造質量，圖1是用數控銑床加工軸流泵葉片和用于加工的葉片三維圖。

　　（2）泵水力設計與繪型軟件逐漸代替人工計算和繪圖有人問用這個軟件設計的泵效率有多高，這是外行人說的話，再好的軟件也要人去使用，可以溶入設計者的設計思想和經驗，而且快速、準確。圖2是用JP1軟件設計的螺旋離心泵葉輪水力圖，設計該圖只需10min，人工設計可能要兩天。

? ? ? ?（3）泵內流場計算從準三元非黏性流動向全三元黏性流動進展準三元非黏性流動計算的主要方法是S1、S2兩類流面迭代，它是把三維流動降維成二維，也就是用子午面（軸面）和任意轉面（流面）上的流動進行迭代求解，解決三維流動問題。由于把復雜的三維流動簡化成二維求解，使得解的精度受到影響。近年計算流體動力學（ComputationalFluidDynamics）,簡稱CFD問世，為流體機械流場計算提供了新的思路和手段。用CFD進行流場計算，首先要把計算區域畫成三維實體，然后生成網格（GridGeneration），再用商用CFD軟件Fluent等進行計算，見圖3。

　　（4）內部流場測量以前經常采用探針進行測量，一方面控針本身對流動的影響很大，另一方面測量旋轉流場的轉換裝置也很復雜。進一步使用激光多普勒測速儀（LVD），它是用激光照射流動中的粒子，光被粒子散射，根據散射的成度測量流速。這種方法已經成熟并廣泛應用，但是一般只測量一點速度的某一分量。現在開始使用粒子圖象測速技術（PIV），其工作原理是在流場中散布示蹤粒子，用脈沖片光源照射流場，通過連續兩次或多次曝光，粒子圖象被記錄在底片上，由此獲得流場速度分布。這種方法突破傳統的單點測量的限制，可瞬時無接觸測量一個截面上的速度分布，具有較高的測量精度.

　　（5）優化設計方法為了提高泵的性能，許多學者進行了優化設計方法研究。歸納起來主要有以下幾種方法：以優秀模型統計資料為基礎的速度系數優化法；以水力損失最小為目標的損失極值優化法；以某一指標為目標函數的準則篩選優化法。值得說明的是目前的優化設計方法，可能只對具體泵的設計有指導意義。另外CFD等先進技術的問世，在很大程度上沖淡了對優化設計的興趣，近兩年研究優化設計方法的學者逐漸減少。

　　4.無堵塞泵和低比轉速泵技術取得進展

　　（1）我國自行總結出的無堵塞泵設計方法，基本達到實用程度，國內廣泛使用設計方法主要包括：沿流道中線斷面變化規律設計雙流道葉輪；方格網保角變換方法設計螺旋離心式葉輪；根據葉輪外徑、蝸室最大外徑和喉部面積三要素設計旋流式葉輪。

　　（2）低比轉速泵理論和設計的研究廣泛而深入無過載設計方法得到推廣應用，采用長短葉片和短葉片偏置取得良好效果。

　　5.軸流泵模型達到國外同類模型的先進水平

　　2004年9月25日至2005年1月16日，全國27個模型，參加了水利部南水北調工程水泵模型天津同臺測試。本次試驗領導有力、組織嚴密、監督公正、數據準確。模型比轉速500～1500，基本復蓋了軸流泵的使用范圍；和原模型相比，效率提高約2%，流量提高約5%。有7個模型的角度平均效率超過85%，已達到國外同類模型的先進水平。國家南水北調等重要工程的低揚程水泵，大部分將從這些模型中選用。

　　三、泵技術發展展望

　　1.注意發現和開發新領域用泵　　泵是一種通用機械，應用非常廣泛，而且新領域用泵不斷出現。例如：心臟泵、噴水推進泵、計算機冷卻泵、空調泵、導熱油泵、油氣混輸泵、煙氣脫硫泵、石油平臺注水泵等。可能還存在著應當用泵的地方而沒有用泵，新的用泵領域也會不斷出現，這就需要我們注意發現并致力開發。

　　2.CFD、PIV等先進技術結合實際開展試驗研究　　CFD等新技術的先進性，不可否認，現在各院校都有軟件，都在進行計算，研究生50%以上的課題都與此有關。一項新技術從發展成熟有一個過程，目前應作為一種解決實際工程問題的輔助手段，與傳統設計方法配合使用。另外要盡量結合實際，否則就難以成熟和提高。開始階段不要把題目選得過大，有的選一臺泵從進口算到出口，一個泵站從進水池算到出水池，這樣的計算結果難以判斷。像渣漿泵的磨損部位、進水流道的旋渦部位等很適合用CFD和PIV技術進行研究。還有，一些大的泵廠應與有條件的院校合作開展這方面的研究工作。

　　3.樹立精品意識，重視標準化、通用化　　揚州川源（臺資）、無錫億志（新加坡獨資）兩個泵公司，利用國內技術、設備生產出可和國外先進產品媲美的泵產品，其原因在于有精品意識。

　　上海KSB公司的Omega雙吸泵，28個品種，共用6根軸，每種泵裝A、B兩種葉輪，每種葉輪切割三次外徑，這樣一來每種泵有8條性能曲線，大幅度提高了泵的使用范圍。

　　南京古爾茲生產的ISO單級單吸離心泵，39個品種，共用5根軸，每種泵有4條性能曲線，結構緊湊、重量輕、體積小。

　　我國有些泵廠，有一個訂貨設計一種泵，做了一年泵，回過頭來一看可能是一個泵一個樣，制造成本高也就可想而知了。

　　4.重視關鍵技術和關鍵產品的研究與開發　　要提高泵的技術水平必須解決關鍵技術問題。例如：渣漿泵磨損機理的研究；高效斜流泵水力模型研究；自吸泵簡化結構、提高效率的研究；便于檢修的高效、大流量、高揚程礦山排水泵和輸油泵的研究開發；新型船用泵的研究開發；大型煙氣脫硫泵、煤液化用高溫、高壓泵的研究開發；屏蔽泵、磁力泵提高可靠性的研究；新型計量泵（隔膜泵）的研究開發；提高部分流泵效率的研究等。

　　四、采用復合技術實現泵技術的創新與發展

　　縱觀泵技術的發展，許多是采用了復合技術的結果。例如：

　　（1）離心葉輪和旋渦葉輪的結合，成為離心旋渦自吸泵。

　　（2）射流噴頭和離心泵結合，成為離心射流自吸泵。

　　（3）水泵葉輪和水輪機轉輪的結合，成為水輪泵。

　　（4）離心泵和活塞隔膜泵結合，構成一種強力自吸泵。

　　（5）誘導輪和離心輪結合，提高了泵的抗汽蝕性能。

　　（6）雙吸葉輪和單吸葉輪結合，能解決汽蝕和軸向力平衡問題。

　　（7）長短葉片結合使用，解決葉輪進口堵塞和出口擴散問題。

　　（8）短葉片向長葉片背面偏署，可防止軸向旋渦和出口流動分離。

　　（9）下裝低揚程葉輪提液，上裝高揚程葉輪加壓的長軸液下泵（雙輪液下泵），解決長軸液下泵制造困難，運行不可靠問題（見圖4）。

　　（10）把機械密封的動、靜環裝在末級葉輪的后密封環處，成為軸向力平衡裝置，利用葉輪前、后的壓差平衡軸向力，如能解決動、靜環的磨損問題，經濟效益十分顯著。