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我国水泵技术的现状和未来发展

一、我国水泵技术的现状

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 以沈阳水泵研究所 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： 沈泵(上泵)-德国 KSB 公司的锅炉给水泵;天津工业泵总厂-德国阿尔维勒公司的螺杆泵;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;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-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：沈阳飞力-潜水排污泵;苏州格兰富-冲压泵;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;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、关键水泵产品从部分进口到现在基本全部国化

由于引进产品和国际水泵著名制造企业的进入，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)水泵的模具、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。

(2)水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。 用 JP1 软件设计螺旋离心泵叶轮水力图只需 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( Computational Fluid Dynamics ) , 简称 CFD 问世，为流体机械流场计算提供了新的思路和手段。

(4)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。

(5)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.

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。

二、水泵技术发展展望

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、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。

4、树立精品意识，重视标准化、通用化

无锡亿志(新加坡独资)、扬州川源(台资)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。

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。

(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，并敢于创新。