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我國泵技術(shù)的發展與展望

時間:2007/8/16 來源:浙江香蕉视频网站江泵業有限(xiàn)公司(sī)

一、泵企業概(gài)況

    生產(chǎn)電廠(chǎng)(包(bāo)括核電)、冶金、石化等部門用的具有高技術含量(liàng)泵的國企(如沈泵、石泵、湘電長(zhǎng)沙水泵、上海電力修造廠等)維持生存, ITT 、 KSB 、茬原等世界著名(míng)泵企業(如上(shàng)泵- KSB 、 ITT 南京古爾茲(zī)、嘉立特-茬原(yuán)、博泵-茬原、大(dà)耐-蘇爾壽(shòu)(海密(mì)梯克、裏瓦赫伯特)、佛泵-安德裏茲、大連帝國、上海(hǎi)尼可尼等)逐步進入我國(guó),民營泵企業(yè)快速發展(zhǎn)。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(bèng)產值 2004 年約 220 億人民幣,約占世界泵產(chǎn)值 270 億(yì)美元的 1/10 ,世界(jiè)十大泵企業產值(zhí)約(yuē)占世界泵總產值的 22% ,我國(guó)十大泵企業的產值也約占(zhàn)全國泵產值的 22% 。

    世界 2004 年按銷售(shòu)值排列十大泵企業(yè)(引自沈泵所(suǒ) 2005 年 3 月上(shàng)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(ěr)壽( 6.83 億美(měi)元); 7 、英國威爾( 5.84 億美元); 8 、德國威樂( 5.84 億美元); 9 、美國(guó) 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(shí)大泵企業(因統計不全,可能有誤,僅供參考):

    上海凱泉泵業集(jí)團(tuán);沈(shěn)陽(yáng)水泵(bèng)廠有限公司;上海 KSB ;上(shàng)海電(diàn)力修造廠有限公司(sī);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;上海連成泵業有限公司;上海東方泵業有限公司。

    國(guó)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。隨著建築、電(diàn)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(chí)幾年。

    從地區上(shàng)在看,江浙滬發展快,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(shòu)值排列全(quán)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(èr)、泵(bèng)技術的現狀和發展

    1、我國泵產品圖樣的(de)來源可(kě)分為聯合設計、引進、自行開發等幾種。

    (1)聯合設計產品 以沈泵所為主的研究單位, 20 世紀 60~80 年代(dài),組(zǔ)織有關(guān)泵廠進行了許多種泵(bèng)的聯合設計。如 IS ( IB )型單級單吸離心(xīn)泵IH型化工泵; S ( SH )型雙吸離心泵(bèng); D ( DG )型節段式多級泵W型旋渦泵; Y 型油泵(bèng); JC 型深井(jǐng)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(bèng); FY 型耐腐蝕液下離心泵; 3G 型三螺杆泵(bèng)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(zào)型)、性(xìng)能指標比較落後,應當逐步用新型產品替代。

    (2)引進產品 80 年(nián)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,並隨著外國泵公司以合資(zī)或獨資的形(xíng)式陸續進入我國,也帶進了一(yī)些新的泵產品技術。例如:

    石泵-沃(wò)爾曼的渣漿泵;石泵(天津電(diàn)機廠(chǎng))-德國裏茲(zī)公司的井用潛水電泵;沈泵(上泵)-德(dé)國(guó) KSB 公司的鍋爐給水(shuǐ)泵;上海電力修造廠-英國威爾公司的鍋爐給水泵;上海水(shuǐ)泵廠- KSB 公司(sī)的冷凝水泵;長沙水泵廠-日本日立公司的冷凝水泵;大(dà)連耐酸泵廠-瑞士蘇爾壽(shòu)公司的 CZ 、 ZA ( ZE )等化工流(liú)程泵;上海水泵(bèng)廠泵-美國德來賽公司的汙水泵(bèng);佛山(shān)水泵廠(chǎng)-德國西門子公司的水環式(shì)真空(kōng)泵(bèng);上海水泵廠- KSB 公司的熱水(shuǐ)泵、船用泵;天津(jīn)工業泵總廠-德國阿爾維勒公司的螺杆泵;天津工業泵總廠-日本大(dà)晃公司的船用(yòng)泵;南京深井(jǐng)泵廠-德國 ABS 公司的潛水排汙泵;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(sī)的磷酸泵等(děng)。

    引進的這些泵產(chǎn)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(chóng)要作用,成為我(wǒ)國泵產(chǎn)品的主體(tǐ),至今仍(réng)大量生產。其(qí)中有的產品在結構或性能方麵也存在問題,應進一步改進。

    (3)外國(guó)在華合(hé)資(獨資)泵企業的產品 例如:上海 KSB - Omega(RDL) 雙吸泵、鍋爐給水泵、冷凝泵;嘉立(lì)特(茬原)-化工流程泵;佛山(安德裏茲)-紙漿泵;南京古爾茲- ISO 型單級單吸離心泵、 P 型節段(duàn)式(shì)多級離(lí)心泵;大(dà)連帝國-屏蔽泵;沈陽飛力-潛水排汙泵;蘇州(zhōu)格蘭(lán)富-衝(chōng)壓泵;蘭州耐馳-螺杆泵

    這些產品的質量大都比(bǐ)國內產品好,盡管價格(gé)高,但銷售(shòu)情況很好。

    (4)自行(háng)開發產品 AY 油泵; TSWA 多級離心泵; ZJ 渣(zhā)漿泵;管道泵;直聯管道泵;高樓給水泵;空調泵;潛水排汙泵立式排汙泵;潛水軸流泵(混流泵(bèng));雙吸泵,紙漿泵等。

    這些產品大(dà)部分通用化、標準(zhǔn)化程度不高,性能也有待進一步提高(gāo)。

    2、關鍵(jiàn)泵產品從部分進口到現在基(jī)本全部(bù)國化

    由於引進產品和 KSB 等著名企業的進入,我國泵的生產能力顯著提高(gāo)。國民經濟部門的主要關鍵用泵基(jī)本上都可(kě)以生產(chǎn)。例如:超(chāo)臨界鍋爐給水泵(溫度壓力 25 ~ 35MPa );乙烯(xī)和加氫裝(zhuāng)置用(yòng)高速泵、高(gāo)壓多級泵;鋼(gāng)廠高壓除鱗泵;東深、南水北調工(gōng)程用大型調水(shuǐ)泵;礦用(yòng)大流量高揚程( 1 000m )排水泵;電廠用煙氣脫硫泵(bèng);煉廠用高溫油漿泵。

    3、以CAD為主的新技(jì)術廣泛應用(yòng)

    (1)泵的模具、葉片和重要零件開始用數控機床加工,從而可以提高泵的製造質量,圖 1 是用數控銑床加工軸流泵葉片(piàn)和用於加工的葉片三維圖。

   

    (2)泵水力設計與繪型(xíng)軟件逐漸代替人工計算和繪圖 有人問用(yòng)這個軟件設計的泵效率有多高,這是(shì)外行人說的話,再好的軟件也要人去使用,可以溶入設計(jì)者的設計思想和經驗,而且快速、準確。圖 2 是用 JP1 軟(ruǎn)件設(shè)計的螺旋離(lí)心泵葉輪水力圖,設計(jì)該圖隻需 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(zhǎn) 準三元非(fēi)黏性流動計算的主要方(fāng)法是(shì) S1 、 S2 兩(liǎng)類流麵迭代,它是把三維流動降維成二維,也就是用子午麵(軸麵)和任(rèn)意轉麵(流麵)上的流動進行迭代求(qiú)解,解決(jué)三維(wéi)流動問題。由於把複雜的三維流動簡化成(chéng)二維求解,使得解的精度受(shòu)到影響。 近年計算流體動(dòng)力學( Computational Fluid Dynamics ) , 簡稱 CFD 問世,為流體機械流(liú)場計算提供了新的思路和手段。用 CFD 進行流場計算,首(shǒu)先要把計算區域畫成三(sān)維實體,然後(hòu)生成(chéng)網格 ( Grid Generation ),再用商用(yòng) CFD 軟(ruǎn)件 Fluent 等(děng)進行計算,見圖 3 。

               

    (4)內部流(liú)場測量 以前經常采用探針進行測量,一方麵控針本身對流動的影響很(hěn)大,另一方麵測量旋轉流場的轉換裝(zhuāng)置也很(hěn)複雜。進一步使用(yòng)激光多普勒測速儀( LVD ) ,它是(shì)用激光照射流動中的(de)粒子,光被粒子散射,根據散射的成度測量流速。這種方法已經成熟並廣(guǎng)泛應用,但是一般隻測量一點(diǎn)速度的某一分量。現在(zài)開始使用粒子(zǐ)圖(tú)象測速技術( PIV ),其工(gōng)作(zuò)原理是(shì)在流場中散布示蹤粒子,用脈衝片光源照射流場,通過連續兩次或多次曝光(guāng),粒子圖象被記錄在底(dǐ)片上,由此(cǐ)獲得流場速度分布。這種方法突破傳統的單點測(cè)量的限製,可瞬時無接觸測量(liàng)一個截麵上(shàng)的速度分布,具有較高的測量精度.

    (5)優化設計方法(fǎ) 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(yǒu)以下幾種方法:以優秀模型統計資料為(wéi)基礎的速度係數優化法;以水力(lì)損失小為目標的損失極值優化法;以某一指標為(wéi)目標函數的準則篩選優化法。值(zhí)得說(shuō)明的是目前的優化設(shè)計方法,可能(néng)隻對具體泵的(de)設計有指導意(yì)義。另外 CFD 等先進(jìn)技術的問世,在(zài)很大程度上衝淡了對(duì)優化設計的興趣,近兩年研究優化(huà)設計方法的學者逐漸減(jiǎn)少。

    4、無堵塞泵低轉速泵技術取得(dé)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(fǎ)主要(yào)包括:沿流道中線斷麵變化規律設計雙流道葉輪;方(fāng)格網保角(jiǎo)變換方法設計螺旋離心式葉輪;根據葉輪(lún)外徑(jìng)、蝸室大外(wài)徑和喉部麵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(yīng)用,采用長短葉片(piàn)和短葉片偏置(zhì)取(qǔ)得良好(hǎo)效果。

    5、軸流泵模型達到國外同(tóng)類(lèi)模型的先進水(shuǐ)平

    2004 年 9 月 25 日至 2005 年 1 月 16 日,全國 27 個(gè)模型,參加了水利部南水北調工程(chéng)水泵模型天津同台測試。本次試(shì)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(běn)複蓋了軸流泵的使(shǐ)用範圍;和原模型相比,效率提高約 2% ,流量提高約 5% 。有(yǒu) 7 個模(mó)型的角度平均效率超過 85% ,已達到國(guó)外(wài)同類模型的先進水(shuǐ)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(yòng)。

    三、泵技術發展展望 

    1、注意發現和開發(fā)新領(lǐng)域用泵(bèng) 

    泵是一種通用機械,應用非常廣泛,而且新領域(yù)用泵不斷出現。例(lì)如:心(xīn)髒泵、噴水推進(jìn)泵、計算機冷卻泵、空調泵、導熱油泵、油氣混輸泵、煙氣脫硫泵、石油平台注(zhù)水泵等。可能還存在著應當用泵的地(dì)方而沒有用泵,新的用泵領域也會不斷出現,這就需(xū)要我們注意發現並致力開發。

    2、CFD、PIV等(děng)先進技術結合實際開展試驗研究 

    CFD 等新技術(shù)的先進性,不可否認,現在各院校都(dōu)有軟件,都(dōu)在進行計算,研究生 50% 以上的課題(tí)都與此有關(guān)。一項新技術從(cóng)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(shè)計方法配(pèi)合使(shǐ)用。另外要盡量結合實(shí)際 ,否則就難以成熟和提高。開始階段不要把題目選得過大(dà),有的選一台泵從進口算到出口,一個泵站從(cóng)進水池算到(dào)出水池,這樣的計算結果難以判斷。像渣(zhā)漿泵的磨損部位、進水流道的旋渦部位等很適(shì)合用 CFD 和 PIV 技術進行研究。還有,一些(xiē)大的泵廠(chǎng)應與有條件的院校合作開(kāi)展這方麵的研(yán)究工作。 

    3、樹立精品意識,重視(shì)標準化、通用化

    揚州川源(yuán)(台資)、無錫億誌(新加坡獨資)兩個泵公司,利用國內技(jì)術、設備生產出可和國外先進產品媲美的泵產(chǎn)品,其原因在於(yú)有(yǒu)精品意識。 

    上(shàng)海 KSB 公司的 Omega 雙吸(xī)泵, 28 個品種,共用(yòng) 6 根軸,每(měi)種泵裝 A 、B 兩種葉輪,每種葉輪切割三次外徑,這樣(yàng)一來每種泵有 8 條性能曲線(xiàn),大幅度提高了泵的使用範圍。 

    南京古爾茲生產(chǎn)的 ISO 單級單(dān)吸離心泵(bèng), 39 個品種,共用 5 根軸,每種泵有 4 條性能(néng)曲線,結構緊湊、重量輕、體積小。 

    我國有些泵廠,有一個(gè)訂貨設(shè)計一種泵,做了一年泵,回過頭來一看可能是一個泵一個樣,製(zhì)造(zào)成本高也就可想(xiǎng)而知了。 

    4、重視關(guān)鍵技(jì)術和關鍵產品的研究與開發 

    要提高泵的(de)技(jì)術水平必須(xū)解決(jué)關鍵技術問題。例如:渣(zhā)漿泵磨損機理的研究(jiū);高效斜流泵水力模型研究;自(zì)吸泵(bèng)簡化結構、提高效率的研究;便於檢修的高效、大流量、高揚程礦山排水泵和輸油泵(bèng)的研(yán)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(xìng)的研究;新型計量(liàng)泵(隔(gé)膜(mó)泵)的研究開發;提高部分流泵(bèng)效率的研究等。 

    四、采用複合技術實現泵技術的創新與(yǔ)發展(zhǎn) 

    縱(zòng)觀泵技術的發展,許多是采用了複合技術的結果。例如: 

    (1)離心葉輪(lún)和旋渦葉輪的(de)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(bèng)葉輪和水(shuǐ)輪機轉輪的結合,成為水(shuǐ)輪泵。 

    (4)離心泵和活塞(sāi)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(de)抗汽蝕(shí)性能。 

    (6)雙吸葉輪和單吸葉輪(lún)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(piàn)向(xiàng)長葉片背麵偏署,可防(fáng)止(zhǐ)軸向旋渦和出(chū)口流動分離。 

    (9)下裝低揚程葉輪(lún)提(tí)液,上裝高揚程葉輪加壓的(de)長軸液下泵(雙輪液下泵),解決長軸液下泵製造困難,運行不(bú)可靠問題(見圖(tú)4)。 

       

    (10)把機械(xiè)密封的動、靜環裝在末級葉輪的後密封環處,成為(wéi)軸向力平衡裝置(zhì),利用葉輪前(qián)、後的壓(yā)差平衡軸向力,如能解決動、靜環的磨(mó)損問題(tí),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處,由於形成徑向(xiàng)、軸向兩個間隙,可以像平(píng)衡盤一樣自動平衡軸向力。當軸向力大時,葉輪向進口方向(xiàng)移(yí)動,軸向間隙增大,葉(yè)輪後麵的壓(yā)力降(jiàng)低,葉輪(lún)向後移動。反之亦然(見圖(tú) 5 )。 

    (12)糊(hú)狀填料密封,這種密封美國赤士頓公司(sī)首(shǒu)先使用,並在我國(guó)銷售,它是由石墨、纖維、四氟(fú)乙烯、矽膠等組成的糊(hú)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(xià)使用(yòng),效果不錯。盡管目前(qián)還(hái)不能在所有的泵上使用,但是這種思路十分可貴,有希(xī)望(wàng)成(chéng)為密封技術的一項突破。 

    (13)渣漿泵葉輪采用扭曲葉片,可能(néng)會因為符合流(liú)動狀態而減輕(qīng)磨(mó)損,並能提高(gāo)效率。 

采(cǎi)用複合技術的成功實例不勝枚舉,要用好用活複合技術,要求有較寬的知識麵,並敢於(yú)倉新。

    五、結(jié)語 

    我國(guó)泵的技術發展是一個很(hěn)大題目,沒經過全(quán)麵的調研和(hé)總結,不可能講的全麵、準確。不妥之處,歡迎(yíng)指(zhǐ)正。

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