聚焦:中國水泵技術的發展現狀與展望
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ITTKSB茬原等世界著名泵企業如上泵-KSBITT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年上海行業協會資料
1美國ITT17.01億美元2美國FLOWSERVE10.3億美元3丹麥格蘭富10.1億美元4日本荏原10.0億美元5德國KSB9.0億美元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IDEX4.27億美元10美國PENTAIR4.0億美元
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
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ISIB型單級單吸離心泵IH型化工泵SSH型雙吸離心泵DDG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CZZAZE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-OmegaRDL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S1S2兩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
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2CFDPIV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AB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
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倉新
