中國水泵技術(shù)的發(fā)展與展望

更新時間：2024-02-19

一、水泵制造企業(yè)概況
生產(chǎn)電廠（包括核電）、冶金、石化等部門用的具有高技術(shù)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、茬原等世界泵企業(yè)（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(jìn)入我國，民營泵企業(yè)快速發(fā)展?，F(xiàn)在國內(nèi)泵企業(yè)約1000家，占世界泵企業(yè)10000家的1/10；國內(nèi)泵產(chǎn)值2004年約220億人民幣，約占世界泵產(chǎn)值270億美元的1/10，世界十大泵企業(yè)產(chǎn)值約占世界泵總產(chǎn)值的22%，我國十大泵企業(yè)的產(chǎn)值也約占全國泵產(chǎn)值的22%.
世界2004年按銷售值排列十大泵企業(yè)（引自沈泵所2005年上海行業(yè)協(xié)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(nèi)2004年按銷售值排列前十大泵企業(yè)（因統(tǒng)計不全，可能有誤，僅供參考）：上海凱泉泵業(yè)集團(tuán)；沈陽水泵廠有限公司；上海連成泵業(yè)有限公司；上海東方泵業(yè)有限公司；上海KSB；上海電力修造廠有限公司；大耐泵業(yè)有限公司；石家莊泵業(yè)有限公司；湘電長沙水泵廠有限公司；博泵科技有限公司。
國內(nèi)泵產(chǎn)值年增長率10.5%，約為國家經(jīng)濟(jì)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(huán)保工業(yè)的發(fā)展和向第三世界出口泵產(chǎn)品的增加，這種快速增長的形勢將保持幾年。
從地區(qū)上在看，江浙滬發(fā)展快，水泵年產(chǎn)值約占全國的60%；上海泵年產(chǎn)值約占全國的20%，按銷售值排列全國前十名有半數(shù)在上海，因而上海逐漸成為全國泵業(yè)的中心。
二、水泵技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展
1、我國泵產(chǎn)品圖樣的來源可分為聯(lián)合設(shè)計、引進(jìn)、自行開發(fā)等幾種
（1）聯(lián)合設(shè)計產(chǎn)品以沈陽水泵研究所為主的研究單位，20世紀(jì)60~80年代，組織有關(guān)泵廠進(jìn)行了許多種泵的聯(lián)合設(shè)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(jié)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(chǎn)品當(dāng)時都是國內(nèi)的主導(dǎo)產(chǎn)品，至今仍在生產(chǎn)，但是有些產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)（造型）、性能指標(biāo)比較落后，應(yīng)當(dāng)逐步用新型產(chǎn)品替代。
（2）引進(jìn)產(chǎn)品80年代以前我國引進(jìn)的泵技術(shù)很少，到改革開放初期，大量從國外引進(jìn)泵技術(shù)，并隨著外國泵公司以合資或獨資的形式陸續(xù)進(jìn)入我國，也帶進(jìn)了一些新的泵產(chǎn)品技術(shù)。例如：沈泵（上泵）－德國KSB公司的鍋爐給水泵；天津工業(yè)泵總廠－德國阿爾維勒公司的螺桿泵；石泵－沃爾曼的渣漿泵；石泵（天津電機(jī)廠）－德國里茲公司的井用潛水電泵；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(huán)真空泵；上海水泵廠－KSB公司的熱水泵、船用泵；天津工業(yè)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；上海水泵廠－英國M.J公司的高揚(yáng)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(jìn)的這些泵產(chǎn)品，技術(shù)比較成熟，性能比較，對推動我國泵技術(shù)的發(fā)展起了重要作用，成為我國泵產(chǎn)品的主體，至今仍大量生產(chǎn)。其中有的產(chǎn)品在結(jié)構(gòu)或性能方面也存在問題，應(yīng)進(jìn)一步改進(jìn)。
（3）外國在華合資（獨資）泵企業(yè)的產(chǎn)品例如：沈陽飛力－潛水排污泵；蘇州格蘭富－沖壓泵；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(jié)段式多級離心泵；大連帝國－屏蔽泵；蘭州耐馳－螺桿泵。
這些產(chǎn)品的質(zhì)量大都比國內(nèi)產(chǎn)品好，盡管價格高，但銷售情況很好。
（4）自行開發(fā)產(chǎn)品AY油泵；TSWA多級離心泵；ZJ渣漿泵；管道泵；直聯(lián)離心泵；高樓給水泵；空調(diào)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(chǎn)品大部分通用化、標(biāo)準(zhǔn)化程度不高，性能也有待進(jìn)一步提高。
2、關(guān)鍵水泵產(chǎn)品從部分進(jìn)口到現(xiàn)在基本全部國化
由于引進(jìn)產(chǎn)品和國際水泵制造企業(yè)的進(jìn)入，我國泵的生產(chǎn)能力顯著提高。國民經(jīng)濟(jì)部門的主要關(guān)鍵用泵基本上都可以生產(chǎn)。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(diào)工程用大型調(diào)水泵；礦用大流量高揚(yáng)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(shù)廣泛應(yīng)用
（1）水泵的模具、葉片和重要零件開始用數(shù)控機(jī)床加工，從而可以提高泵的制造質(zhì)量，圖1是用數(shù)控銑床加工軸流泵葉片和用于加工的葉片三維圖。
（2）水泵水力設(shè)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(shè)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(shè)計者的設(shè)計思想和經(jīng)驗，而且快速、準(zhǔn)確。圖2是用JP1軟件設(shè)計的螺旋離心泵葉輪水力圖，設(shè)計該圖只需10min，人工設(shè)計可能要兩天。
（3）泵內(nèi)流場計算從準(zhǔn)三元非黏性流動向全三元黏性流動進(jìn)展準(zhǔn)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(zhuǎn)面（流面）上的流動進(jìn)行迭代求解，解決三維流動問題。由于把復(fù)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(xué)（ComputationalFluidDynamics），簡稱CFD問世，為流體機(jī)械流場計算提供了新的思路和手段。
（4）優(yōu)化設(shè)計方法為了提高泵的性能，許多學(xué)者進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計方法研究。歸納起來主要有以下幾種方法：以模型統(tǒng)計資料為基礎(chǔ)的速度系數(shù)優(yōu)化法；以水力損失小為目標(biāo)的損失極值優(yōu)化法；以某一指標(biāo)為目標(biāo)函數(shù)的準(zhǔn)則篩選優(yōu)化法。值得說明的是目前的優(yōu)化設(shè)計方法，可能只對具體泵的設(shè)計有指導(dǎo)意義。另外CFD等技術(shù)的問世，在很大程度上沖淡了對優(yōu)化設(shè)計的興趣，近兩年研究優(yōu)化設(shè)計方法的學(xué)者逐漸減少。
（5）內(nèi)部流場測量以前經(jīng)常采用探針進(jìn)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(zhuǎn)流場的轉(zhuǎn)換裝置也很復(fù)雜。進(jìn)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(jù)散射的成度測量流速。這種方法已經(jīng)成熟并廣泛應(yīng)用，但是一般只測量一點速度的某一分量。現(xiàn)在開始使用粒子圖象測速技術(shù)（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(xù)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(tǒng)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。
4、無堵塞泵和低比轉(zhuǎn)速泵技術(shù)取得進(jìn)展
（1）我國自行總結(jié)出的無堵塞泵設(shè)計方法，基本達(dá)到實用程度，國內(nèi)廣泛使用設(shè)計方法主要包括：沿流道中線斷面變化規(guī)律設(shè)計雙流道葉輪；方格網(wǎng)保角變換方法設(shè)計螺旋離心式葉輪；根據(jù)葉輪外徑、蝸室外徑和喉部面積三要素設(shè)計旋流式葉輪。
（2）低比轉(zhuǎn)速泵理論和設(shè)計的研究廣泛而深入無過載設(shè)計方法得到推廣應(yīng)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(dá)到國外同類模型的水平
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(diào)工程水泵模型天津同臺測試。本次試驗領(lǐng)導(dǎo)有力、組織嚴(yán)密、監(jiān)督公正、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確。模型比轉(zhuǎn)速500～1500，基本復(fù)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(dá)到國外同類模型的水平。國家南水北調(diào)等重要工程的低揚(yáng)程水泵，大部分將從這些模型中選用。
三、水泵技術(shù)發(fā)展展望
1、注意發(fā)現(xiàn)和開發(fā)新領(lǐng)域用泵
泵是一種通用機(jī)械，應(yīng)用非常廣泛，而且新領(lǐng)域用泵不斷出現(xiàn)。例如：心臟泵、噴水推進(jìn)泵、計算機(jī)冷卻泵、空調(diào)泵、導(dǎo)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(yīng)當(dāng)用泵的地方而沒有用泵，新的用泵領(lǐng)域也會不斷出現(xiàn)，這就需要我們注意發(fā)現(xiàn)并致力開發(fā)。
2、CFD、PIV等技術(shù)結(jié)合實際開展試驗研究
CFD等新技術(shù)的性，不可否認(rèn)，現(xiàn)在各院校都有軟件，都在進(jìn)行計算，研究生50%以上的課題都與此有關(guān)。一項新技術(shù)從發(fā)展成熟有一個過程，目前應(yīng)作為一種解決實際工程問題的輔助手段，與傳統(tǒng)設(shè)計方法配合使用。另外要盡量結(jié)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(jìn)口算到出口，一個泵站從進(jìn)水池算到出水池，這樣的計算結(jié)果難以判斷。像渣漿泵的磨損部位、進(jìn)水流道的旋渦部位等很適合用CFD和PIV技術(shù)進(jìn)行研究。還有，一些大的泵廠應(yīng)與有條件的院校合作開展這方面的研究工作。
3、重視關(guān)鍵技術(shù)和關(guān)鍵產(chǎn)品的研究與開發(fā)
要提高泵的技術(shù)水平必須解決關(guān)鍵技術(shù)問題。例如：渣漿泵磨損機(jī)理的研究；高效斜流泵水力模型研究；自吸泵簡化結(jié)構(gòu)、提高效率的研究；便于檢修的高效、大流量、高揚(yáng)程礦山排水泵和輸油泵的研究開發(fā)；新型船用泵的研究開發(fā)；大型煙氣脫硫泵、煤液化用高溫、高壓泵的研究開發(fā)；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(fā)；提高部分流泵效率的研究等。
4、樹立精品意識，重視標(biāo)準(zhǔn)化、通用化
無錫億志（新加坡獨資）、揚(yáng)州川源（臺資）兩個泵公司，利用國內(nèi)技術(shù)、設(shè)備生產(chǎn)出可和國外產(chǎn)品媲美的泵產(chǎn)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(chǎn)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(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、體積小。
我國有些泵廠，有一個訂貨設(shè)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。
四、采用復(fù)合技術(shù)實現(xiàn)泵技術(shù)的創(chuàng)新與發(fā)展
縱觀泵技術(shù)的發(fā)展，許多是采用了復(fù)合技術(shù)的結(jié)果。例如：
（1）離心葉輪和旋渦葉輪的結(jié)合，成為離心旋渦自吸泵。
（2）射流噴頭和離心泵結(jié)合，成為離心射流自吸泵。
（3）水泵葉輪和水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪的結(jié)合，成為水輪泵。
（4）離心泵和活塞隔膜泵結(jié)合，構(gòu)成一種強(qiáng)力自吸泵。
（5）誘導(dǎo)輪和離心輪結(jié)合，提高了泵的抗汽蝕性能。
（6）雙吸葉輪和單吸葉輪結(jié)合，能解決汽蝕和軸向力平衡問題。
（7）長短葉片結(jié)合使用，解決葉輪進(jìn)口堵塞和出口擴(kuò)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(yáng)程葉輪提液，上裝高揚(yáng)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(yùn)行不可靠問題（見圖4）。
（10）把機(jī)械密封的動、靜環(huán)裝在末級葉輪的后密封環(huán)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(huán)的磨損問題，經(jīng)濟(jì)效益十分顯著。
（11）把平衡盤工作原理移置到葉輪后蓋板處，由于形成徑向、軸向兩個間隙，可以像平衡盤一樣自動平衡軸向力。當(dāng)軸向力大時，葉輪向進(jìn)口方向移動，軸向間隙增大，葉輪后面的壓力降低，葉輪向后移動。反之亦然。
（12）糊狀填料密封，這種密封美國赤士頓公司首先使用，并在我國銷售，它是由石墨、纖維、四氟乙烯、硅膠等組成的糊狀物，在使用過程中，可以用注射槍注入（補(bǔ)充）。據(jù)說在有些情況下使用，效果不錯。盡管目前還不能在所有的泵上使用，但是這種思路十分可貴，有希望成為密封技術(shù)的一項突破。
（13）渣漿泵葉輪采用扭曲葉片，可能會因為符合流動狀態(tài)而減輕磨損，并能提高效率。
采用復(fù)合技術(shù)的成功實例不勝枚舉，要用好用活復(fù)合技術(shù)，要求有較寬的知識面，并敢于倉新。