我國泵技術的發展與展望

一、泵企業概況

    生（shēng）產電廠（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（shàng）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（tī）克、裏瓦赫伯特）、佛泵－安德裏茲、大連（lián）帝國、上海（hǎi）尼可尼等）逐步進（jìn）入我國，民營泵企業快速發展。現在國（guó）內（nèi）泵企業（yè）約（yuē） 1 000 家，占世界泵企（qǐ）業 10 000 家的 1/10 ；國內泵產值 2004 年約 220 億人民幣，約（yuē）占世界泵產值 270 億美（měi）元的 1/10 ，世界十大泵企（qǐ）業產值約占世界泵（bèng）總產值的 22% ，我國十大泵企業的產值（zhí）也約占（zhàn）全國泵產值的 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（yì）美元）； 4 、日（rì）本荏原（ 10.0 億美元）； 5 、德（dé）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（měi）元）； 9 、美國 IDEX （ 4.27 億美元）； 10 、美國 PENTAIR （ 4.0 億美元）

    國內（nèi）泵產值年增長（zhǎng）率 10.5% ，約為國家經濟增長率的 1.5 倍，是世界泵年增長（zhǎng）率 4.3% 的 2.5 倍。隨著建（jiàn）築、電力、鋼鐵、石（shí）化、環保工（gōng）業的發展和向第三世界出口泵（bèng）產品的增加，這種快速增長的形勢將保持幾（jǐ）年。

    從地區上在看，江浙滬發展快，泵年（nián）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（de）中心。

    二、泵技術的現狀和發展

    1、我（wǒ）國泵產品圖樣的來源可分（fèn）為聯合設計、引進、自行開發等幾種（zhǒng）。

    （1）聯合設計產品 以沈泵所為主（zhǔ）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合設計。如 IS （ IB ）型（xíng）單級單吸離心泵（bèng）； IH型化工泵； S （ SH ）型雙吸離心（xīn）泵； D （ DG ）型節段式多級泵； W型旋渦泵； Y 型油泵； JC 型深（shēn）井（jǐng）泵； HW 型混流（liú）泵； QJ 型（xíng）深井潛水泵； IR 型熱水泵（bèng）； BPZ 型噴灌自吸泵； FY 型耐腐蝕液下（xià）泵（bèng）； 3G 型三螺杆泵等。

    這些產品當時都（dōu）是國內的主（zhǔ）導產品，至（zhì）今仍在（zài）生產，但是有些（xiē）產品的結構（造型）、性能指標比較落後，應當（dāng）逐步用新型產（chǎn）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（jìn）泵技術，並隨著外國泵公司以合資或獨資的形式（shì）陸續進入我國，也帶進了一些新的泵產品技術。例如：

    石泵－沃爾曼的渣漿泵；石泵（天津電機（jī）廠（chǎng））－德國裏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（guó）威爾公司的鍋爐給水泵；上海水泵廠－ KSB 公司的（de）冷凝（níng）水泵；長沙水泵廠－日本日立公司的冷凝（níng）水泵；大（dà）連（lián）耐酸泵廠－瑞士蘇（sū）爾壽公司的 CZ 、 ZA （ ZE ）等化工流程泵；上海水泵廠泵－美國德來賽公司的汙水（shuǐ）泵；佛山水泵廠－德國西（xī）門子公司的水環式真（zhēn）空泵；上海水泵廠－ KSB 公司的熱水泵、船用泵；天津（jīn）工業泵總廠－德國阿爾維（wéi）勒公司的螺杆泵；天津工業泵總廠－日（rì）本（běn）大晃公司的船（chuán）用泵；南（nán）京深井泵廠－德國 ABS 公司的潛水排汙泵；長沙水泵廠－美國（guó）英格索（suǒ）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（yáng）程多級離心泵；襄樊五二五廠（chǎng）－法國 H · S 公司的磷酸泵等。

    引進（jìn）的這些泵產品，技（jì）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（chóng）要作用，成為我國泵（bèng）產品的主體，至今仍大量生產。其中有的產品在結構或性（xìng）能方麵也存在問題，應進一步改進。

    （3）外國在華合（hé）資（獨資）泵企業的產品（pǐn） 例如：上海 KSB － Omega(RDL) 雙吸泵、鍋（guō）爐（lú）給水泵、冷凝泵；嘉立特（茬原）－化工流程泵；佛山（安德裏茲）－紙漿泵（bèng）；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；沈陽（yáng）飛力－潛水排汙泵（bèng）；蘇州格蘭富－衝壓泵；蘭州耐馳－螺杆泵。

    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；直聯管道泵；高樓給水泵；空（kōng）調泵；潛水排汙泵（bèng）；立式排汙泵；潛水軸流泵（混流泵）；雙（shuāng）吸泵,紙漿泵等。

    這些產品大部分通用化、標準化（huà）程度不高，性（xìng）能也有待進（jìn）一步提高。

    2、關鍵泵產（chǎn）品從部分進口到現在基本全部（bù）國化

    由於（yú）引進（jìn）產（chǎn）品和 KSB 等著名企業的進入，我（wǒ）國泵的生（shēng）產能力顯著（zhe）提高。國民經濟部門的主要關鍵（jiàn）用泵基本上（shàng）都可以生產。例如：超臨界鍋爐給水泵（溫（wēn）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（bèng）；東深、南水北調工程用大型調水泵；礦用大（dà）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為主的新技術廣（guǎng）泛應用

    （1）泵（bèng）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（gāo）泵的製造質量，圖 1 是用數控銑床加工軸流（liú）泵葉片和用（yòng）於加（jiā）工（gōng）的葉片三維圖。

    （2）泵水力設計與繪型軟件（jiàn）逐漸代替人工計算和繪圖（tú） 有人（rén）問（wèn）用這（zhè）個軟（ruǎn）件設計的泵效率有多高，這（zhè）是外行（háng）人說的話，再好的軟件（jiàn）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（xuán）離心（xīn）泵葉輪水力圖，設計該圖隻需 10min ，人工設計可能要兩天。

    （3）泵內流場計（jì）算從準三元非黏性流動（dòng）向全三元（yuán）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（liǎng）類流麵迭代，它是把三維流（liú）動降維成二維，也就是用子午麵（軸麵）和任意轉麵（流麵）上的流動進行迭代求解，解決三維流動問（wèn）題。由於把複雜的三維流動（dòng）簡化成二維求（qiú）解，使（shǐ）得解的精度受到（dào）影響。 近年計算流體動力學（ Computational Fluid Dynamics ） , 簡稱 CFD 問世，為流（liú）體機（jī）械流場計算提供了新的思路和手（shǒu）段。用（yòng） CFD 進行流場計算，首先要把計算區域畫成三維實體，然後生（shēng）成網格 （ Grid Generation ），再用商用 CFD 軟件（jiàn） Fluent 等進行計算，見圖 3 。

    （4）內部流場測（cè）量 以前（qián）經常采用探針進行測量（liàng），一方麵控針本身對流動的影響（xiǎng）很大，另一方麵測量旋轉流場的轉換裝置也很複雜。進一步使用激光多（duō）普勒測速儀（ LVD ） ，它是（shì）用激光照（zhào）射（shè）流動（dòng）中的粒子（zǐ），光被粒子散射，根據散射（shè）的成度測量流速。這種方法已經成熟並廣泛應用（yòng），但是一般隻測量一點速（sù）度的某一分量（liàng）。現在開始使用粒子圖象測速技術（ PIV ），其（qí）工作原（yuán）理是（shì）在流場中散布示蹤粒子，用脈衝片光源照射流場（chǎng），通過連（lián）續兩次或多次曝光，粒子圖象被記錄在底（dǐ）片上（shàng），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製，可瞬時無接觸測量一個截麵（miàn）上的速度分布，具有較高（gāo）的測量精度（dù）.

    （5）優化設計方法 為（wéi）了提高泵的性能，許多學者進行了優化設（shè）計方法研究（jiū）。歸納起來主要（yào）有以下幾種方法：以優秀模型統計資料為基礎的速度係數（shù）優化法；以（yǐ）水力（lì）損失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（de）優化設計方法，可能隻對具體泵的設計有指導意義。另外 CFD 等先進技術的問世（shì），在（zài）很大程度上衝淡了對優化設計的（de）興趣，近兩年研究優化設計方法的學者逐（zhú）漸減（jiǎn）少。

    4、無堵塞泵和低轉（zhuǎn）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（zhōng）線（xiàn）斷（duàn）麵變化規律設計雙流道葉輪；方（fāng）格網保角（jiǎo）變換（huàn）方法設計螺旋（xuán）離（lí）心（xīn）式（shì）葉輪；根據葉輪外徑、蝸室大外徑和（hé）喉部麵積三要素設計旋流式葉輪。

    （2）低（dī）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（dé）到推廣應用（yòng），采用長短葉片和短葉片偏置取得良好效果。

    5、軸流泵模（mó）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（xíng），參（cān）加了水利部南水北調工程水泵模（mó）型天津同台測試。本次試驗領導有（yǒu）力、組織（zhī）嚴密、監督公正、數據準確。模（mó）型比轉速 500 ～ 1500 ，基本複蓋了軸流泵的使用範圍；和原（yuán）模型相（xiàng）比，效率（lǜ）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（píng）。國家南水北調等重要工程的（de）低揚程（chéng）水泵，大部分（fèn）將從這些模型中（zhōng）選用。

    三、泵技術發（fā）展展（zhǎn）望 

    1、注意發現和開發新領域用泵（bèng） 

    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（rú）：心髒泵、噴水推（tuī）進泵、計（jì）算機冷卻泵、空（kōng）調泵、導熱油泵、油氣混（hún）輸泵、煙氣脫（tuō）硫泵、石油平台注水泵等。可能（néng）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（xū）要我（wǒ）們注（zhù）意發現並致力開發。

    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（yuàn）校都有軟件，都在進行計算，研究生 50% 以上（shàng）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（yī）種解決（jué）實際工程問題的輔助手段（duàn），與傳統設計方法配合使用。另外要盡量結合實際 ，否則（zé）就難以（yǐ）成熟和提高（gāo）。開始（shǐ）階段不要把題目選得過大，有的選一台泵從進口算到出口，一個（gè）泵站從進水池（chí）算到出水池，這樣的計算結果難以判斷。像渣漿泵（bèng）的磨損（sǔn）部位、進水流道的旋渦部位等很適合用（yòng） 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麵的研究工作。 

    3、樹立精品意識（shí），重視標（biāo）準化、通用化（huà）

    揚州川源（台資）、無錫億誌（新加坡獨（dú）資）兩個泵（bèng）公司，利用（yòng）國內技術、設（shè）備生產出可和（hé）國外先進產（chǎn）品（pǐn）媲美的（de）泵產品，其（qí）原因在於有精品意識。 

    上（shàng）海 KSB 公司（sī）的（de） Omega 雙吸泵， 28 個品種，共用 6 根軸，每種泵裝 A 、B 兩種（zhǒng）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（bèng）的使用範圍。 

    南京古（gǔ）爾茲生產的 ISO 單級單吸離心泵， 39 個（gè）品種（zhǒng），共用 5 根軸，每種泵有 4 條性能曲線，結構緊湊（còu）、重量輕（qīng）、體積小（xiǎo）。 

    我國有些泵廠，有（yǒu）一個訂貨設計一種泵，做（zuò）了一年泵，回過頭來一看可能是（shì）一個泵一（yī）個樣，製造成本高也就可想而知了。 

    4、重視關鍵（jiàn）技術和關鍵產品（pǐn）的研究與開發 

    要提高泵的技（jì）術水平必須解決關鍵技術問題。例如：渣漿泵磨損機（jī）理的研究；高效斜流泵水力模型研究；自吸泵簡化結構、提高效率的（de）研究；便於檢修的高效、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（bèng）、煤液化用高溫、高壓泵的（de）研（yán）究開發；屏蔽泵、磁（cí）力泵提高可靠性的研究；新型計量泵（隔膜泵（bèng））的研究（jiū）開發；提高部分流泵效率的研究等。 

    四（sì）、采用複合技術實現泵技術（shù）的創新與發（fā）展 

    縱（zòng）觀泵技術的發展，許多是采用了複合技術（shù）的結果。例如： 

    （1）離心葉輪和旋渦葉輪的結合，成為離（lí）心旋渦自吸泵。 

    （2）射流（liú）噴頭和離心泵結（jié）合，成為離心射流自吸泵。 

    （3）水泵（bèng）葉輪和水輪機轉輪的結合，成為（wéi）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（hé）離心輪結合，提高了泵（bèng）的抗汽蝕性能。 

    （6）雙吸葉輪和單吸葉輪結合，能解決（jué）汽蝕和軸向力平衡問題。 

    （7）長短葉片（piàn）結合使用，解決葉輪（lún）進（jìn）口堵塞和出（chū）口（kǒu）擴散問題。 

    （8）短葉片向長葉片背（bèi）麵偏署，可防（fáng）止軸向旋渦和出口流動（dòng）分離。 

    （9）下（xià）裝低揚程葉輪提液，上裝高揚程（chéng）葉輪加壓的長軸液下泵（雙輪液（yè）下泵），解決（jué）長（zhǎng）軸液下泵製造困難，運行（háng）不可靠問題（見圖4）。        

    （10）把機械密封的動、靜環裝在末（mò）級葉輪的後密封環處，成為軸向力平衡（héng）裝置，利用葉輪前、後的壓（yā）差平衡軸向（xiàng）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後蓋板（bǎn）處，由於形成徑向、軸向兩個間（jiān）隙，可以像（xiàng）平衡盤一樣自動平衡（héng）軸向力。當（dāng）軸向力大時，葉（yè）輪向進（jìn）口方（fāng）向移動，軸向間隙（xì）增大，葉輪後麵（miàn）的壓力降低，葉輪向後（hòu）移動。反之亦然（見圖 5 ）。 

    （12）糊狀填料密封，這種密封美（měi）國赤士頓公司首先使用，並（bìng）在（zài）我國（guó）銷（xiāo）售，它是由石墨（mò）、纖維、四氟乙烯、矽膠（jiāo）等組（zǔ）成的糊狀物，在使用過程中，可以用注射槍注入（rù）（補充）。據說（shuō）在有些情（qíng）況下使用，效果不錯。盡管目前還（hái）不能在所（suǒ）有的泵上使用，但是（shì）這種思路十分可貴（guì），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（yè）片，可能會因為符合流動狀態而減輕磨損，並能提高（gāo）效率。 

采用複合技術的成功實例不（bú）勝（shèng）枚舉，要用好用活複合技術，要求有較寬的知（zhī）識麵，並（bìng）敢於（yú）倉新。

    五、結語 

    我國（guó）泵的（de）技術發展是（shì）一個很大題目，沒經過全麵的調研和總結，不可能講的全（quán）麵（miàn）、準確。不妥之處，歡迎指正。