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                              離心泵,潛水泵技術的發展與展望
                              添加時間:2011/7/6
                              一、水泵制造企業概況
                                 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 1 000 家,占世界泵企業 10 000 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年上海行業協會資料): 
                              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;上海連成泵業有限公司;上海東方泵業有限公司;太平洋泵業集團有限公司;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。 
                              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,水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、水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 以沈陽水泵研究所為主的研究單位,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:   沈泵(上泵)-德國 KSB 公司的鍋爐給水泵;天津工業泵總廠-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-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: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 型節段式多級離心泵;大連帝國-屏蔽泵;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、關鍵水泵產品從部分進口到現在基本全部國化 
                              由于引進產品和國際水泵著名制造企業的進入,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)水泵的模具、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)水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( 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。 
                              (4)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。 
                              (5)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. 
                              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、水泵技術發展展望
                              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、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。 
                              4、樹立精品意識,重視標準化、通用化 
                              無錫億志(新加坡獨資)、揚州川源(臺資)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。  

                              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。  
                              (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而減輕磨損,并能提高效率。  
                                  采用復合技術的成功實例不勝枚舉,要用好用活復合技術,要求有較寬的知識面,并敢于創新。
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