我國泵技術(shù)的發(fā)展與展望

一、泵企業(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 、茬原等世界著名泵企業(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 1 000 家，占世界泵企業(yè) 10 000 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 3 月上海行業(yè)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)泵產(chǎn)值年增長率 10.5% ，約為國家經(jīng)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(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，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、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)合設計、引進、自行開發(fā)等幾種。

    （1）聯(lián)合設計產(chǎn)品 以沈泵所為主的研究單位， 20 世紀 60~80 年代，組織有關(guān)泵廠進行了許多種泵的聯(lián)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(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 型耐腐蝕液下泵； 3G 型三螺桿泵等。

    這些產(chǎn)品當時都是國內(nèi)的主導產(chǎn)品，至今仍在生產(chǎn)，但是有些產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)（造型）、性能指標比較落后，應當逐步用新型產(chǎn)品替代。

    （2）引進產(chǎn)品 80 年代以前我國引進的泵技術(shù)很少，到改革開放初期，大量從國外引進泵技術(shù)，并隨著外國泵公司以合資或獨資的形式陸續(xù)進入我國，也帶進了一些新的泵產(chǎn)品技術(shù)。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(huán)式真空泵；上海水泵廠－ KSB 公司的熱水泵、船用泵；天津工業(yè)泵總廠－德國阿爾維勒公司的螺桿泵；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 公司的潛水排污泵；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(chǎn)品，技術(shù)比較成熟，性能比較先進，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，應進一步改進。

    （3）外國在華合資（獨資）泵企業(yè)的產(chǎn)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(jié)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(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)管道泵；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、標準化程度不高，性能也有待進一步提高。

    2、關(guān)鍵泵產(chǎn)品從部分進口到現(xiàn)在基本全部國化

    由于引進產(chǎn)品和 KSB 等著名企業(yè)的進入，我國泵的生產(chǎn)能力顯著提高。國民經(jīng)濟部門的主要關(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；礦用大流量高揚程（ 1 000m ）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)廣泛應用

    （1）泵的模具、葉片和重要零件開始用數(shù)控機床加工，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）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(jīng)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(nèi)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(zhuǎn)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（ Computational Fluid Dynamics ） , 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(qū)域畫成三維實體，然后生成網(wǎng)格 （ Grid Generation ），再用商用 CFD 軟件 Fluent 等進行計算，見圖 3 。

    （4）內(nèi)部流場測量 以前經(jīng)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(zhuǎn)流場的轉(zhuǎn)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(jù)散射的成度測量流速。這種方法已經(jīng)成熟并廣泛應用，但是一般只測量一點速度的某一分量�，F(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.

    （5）優(yōu)化設計方法 為了提高泵的性能，許多學者進行了優(yōu)化設計方法研究。歸納起來主要有以下幾種方法：以優(yōu)秀模型統(tǒng)計資料為基礎的速度系數(shù)優(yōu)化法；以水力損失小為目標的損失極值優(yōu)化法；以某一指標為目標函數(shù)的準則篩選優(yōu)化法。值得說明的是目前的優(yōu)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(shù)的問世，在很大程度上沖淡了對優(yōu)化設計的興趣，近兩年研究優(yōu)化設計方法的學者逐漸減少。

    4、無堵塞泵和低轉(zhuǎn)速泵技術(shù)取得進展

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

    （2）低比轉(zhuǎn)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(diào)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(jiān)督公正、數(shù)據(jù)準確。模型比轉(zhuǎn)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(diào)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(shù)發(fā)展展望 

    1、注意發(fā)現(xiàn)和開發(fā)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(xiàn)。例如：心臟泵、噴水推進泵、計算機冷卻泵、空調(diào)泵、導熱油泵、油氣混輸泵、煙氣脫硫泵、石油平臺注水泵等�？赡苓�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(xiàn)，這就需要我們注意發(fā)現(xiàn)并致力開發(fā)。

    2、CFD、PIV等先進技術(shù)結(jié)合實際開展試驗研究 

    CFD 等新技術(shù)的先進性，不可否認，現(xiàn)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(guān)。一項新技術(shù)從發(fā)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(tǒng)設計方法配合使用。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，有的選一臺泵從進口算到出口，一個泵站從進水池算到出水池，這樣的計算結(jié)果難以判斷。像渣漿泵的磨損部位、進水流道的旋渦部位等很適合用 CFD 和 PIV 技術(shù)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(nèi)技術(shù)、設備生產(chǎn)出可和國外先進產(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(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。 

    四、采用復合技術(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)成一種強力自吸泵。

    （5）誘導輪和離心輪結(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(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。當軸向力大時，葉輪向進口方向移動，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（見圖 5 ）。 

    （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。 

采用復合技術(shù)的成功實例不勝枚舉，要用好用活復合技術(shù)，要求有較寬的知識面，并敢于倉新。

    五、結(jié)語 

    我國泵的技術(shù)發(fā)展是一個很大題目，沒經(jīng)過全面的調(diào)研和總結(jié)，不可能講的全面、準確。不妥之處，歡迎指正。