我國泵技術的發展與展望

一、泵企業概況（kuàng）

    生產（chǎn）電廠（包括核電（diàn））、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（diàn）長沙水泵、上海電（diàn）力（lì）修造（zào）廠等）維持（chí）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（yuán）、博泵－茬（chá）原、大耐－蘇爾（ěr）壽（海密梯（tī）克、裏瓦赫伯特）、佛泵－安德裏茲、大連帝國、上海尼可尼等）逐步進入我國，民營泵（bèng）企（qǐ）業快速發（fā）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（zhí） 2004 年約 220 億人（rén）民幣，約占世界泵產值 270 億（yì）美（měi）元的（de） 1/10 ，世界十大泵企業產值約占世界泵總產值（zhí）的 22% ，我國十大泵企（qǐ）業的產值也約占（zhàn）全國泵產（chǎn）值的 22% 。

    世界 2004 年按銷售（shòu）值排列十大泵（bèng）企業（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（dān）麥格蘭富（ 10.1 億美元）； 4 、日（rì）本荏原（ 10.0 億美元）； 5 、德國（guó） KSB （ 9.0 億美元）； 6 、瑞士（shì）蘇爾壽（ 6.83 億美元）； 7 、英國威（wēi）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）

    國內泵產（chǎn）值年增長率 10.5% ，約為國家經濟增長率的 1.5 倍，是世（shì）界泵年增長率 4.3% 的 2.5 倍。隨著建築、電力、鋼鐵（tiě）、石化、環保工業的發（fā）展和向第三世界出口泵產品的增加（jiā），這種快速增長的形（xíng）勢將保持幾年。

    從地區上在看，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% ，按銷售值排列全國（guó）前十名有半數在上海，因（yīn）而上海逐漸成為（wéi）全國泵（bèng）業的中心。

    二、泵技術的（de）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 以沈泵所（suǒ）為主的（de）研究單位， 20 世（shì）紀 60~80 年（nián）代，組（zǔ）織有關（guān）泵廠進（jìn）行了許多（duō）種泵的聯合設計。如 IS （ IB ）型（xíng）單級單吸離心泵； IH型化工泵； S （ SH ）型雙吸離心（xīn）泵； D （ DG ）型節段（duàn）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（shēn）井潛水泵； IR 型熱水泵； BPZ 型噴（pēn）灌自吸泵； FY 型耐腐蝕（shí）液下泵； 3G 型三螺杆泵等。

    這（zhè）些產（chǎn）品當時都是國內的主導產品，至今仍（réng）在生產，但是有（yǒu）些產品的結構（造型（xíng））、性能指（zhǐ）標比較落（luò）後，應當逐步用新型產品替代。

    （2）引進（jìn）產品 80 年代以前我國引進的泵（bèng）技術很少，到改革開放初期，大量（liàng）從國外引進（jìn）泵技（jì）術，並隨（suí）著外國泵（bèng）公司以合資或獨資（zī）的形式（shì）陸續（xù）進入（rù）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（jīn）電機廠）－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（diàn）力修造廠－英國威爾公司（sī）的（de）鍋爐給水泵；上海水泵廠－ KSB 公司的（de）冷凝水泵；長沙水泵廠－日本日立公司的冷凝（níng）水泵；大連耐酸（suān）泵（bèng）廠－瑞（ruì）士（shì）蘇爾壽公司的 CZ 、 ZA （ ZE ）等化工流程泵；上海水泵廠泵（bèng）－美國（guó）德來賽公司的汙（wū）水泵；佛山（shān）水泵廠－德國西門子公司的水環式真空泵；上（shàng）海水泵廠－ KSB 公司的熱水泵、船用泵；天津工業泵總廠－德國阿爾維勒公司的螺杆（gǎn）泵（bèng）；天津工業泵總（zǒng）廠－日本大晃公司的船用泵；南京深井泵廠－德國 ABS 公司的潛水排汙泵；長沙水泵廠（chǎng）－美國英格索爾公司（sī）的大型立式斜流泵；上海第一（yī）水泵廠－英國 M · J 公司的高（gāo）揚（yáng）程多級離心泵；襄樊五二五廠－法國 H · S 公司（sī）的磷酸（suān）泵等。

    引進的這（zhè）些泵產品，技術比較成（chéng）熟，性能比較先進，對（duì）推動我國泵技術（shù）的發展起了重要作用，成為我國泵產品的主體（tǐ），至今仍大（dà）量生產。其中有的產品在結（jié）構或性能方麵也存在問題，應進一步（bù）改（gǎi）進。

    （3）外國在（zài）華合資（獨資）泵企業的產品 例如：上海 KSB － Omega(RDL) 雙吸泵、鍋（guō）爐給水泵、冷凝泵；嘉立特（tè）（茬原）－化（huà）工流程泵；佛山（安德裏茲）－紙漿泵；南京（jīng）古爾茲（zī）－ ISO 型單級單吸（xī）離心泵、 P 型節段式多級離心泵；大連帝國－屏（píng）蔽泵；沈陽飛力－潛水排汙泵；蘇州格蘭富－衝壓泵；蘭州耐馳（chí）－螺杆泵。

    這些產品的質量大（dà）都比國內產品好，盡管價格高，但銷售情況很好（hǎo）。

    （4）自行開發產品 AY油泵； TSWA 多級（jí）離（lí）心泵； ZJ 渣漿泵；管道泵；直聯管道泵（bèng）；高（gāo）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）；雙（shuāng）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、關鍵泵產品從部分進口到現在基本全部國化

    由於引（yǐn）進產品和 KSB 等著名企（qǐ）業（yè）的進入（rù），我國泵的生產能（néng）力顯（xiǎn）著提（tí）高。國民經濟部門的主要關（guān）鍵用泵基本上都可以生產。例如：超臨（lín）界鍋爐給水泵（溫度壓力 25 ～ 35MPa ）；乙烯和加氫裝置用高（gāo）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（xíng）調水泵；礦用大流量高揚程（ 1 000m ）排水泵；電（diàn）廠用煙氣脫硫泵；煉廠（chǎng）用高溫油漿泵。

    3、以CAD為主的新技術廣泛應用（yòng）

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

    （2）泵水力設計與繪型軟件逐（zhú）漸（jiàn）代替人工計算和（hé）繪圖 有人問用這個軟件設計的泵效率（lǜ）有多高（gāo），這是外行人說的話，再好的軟件也要人去（qù）使用，可以溶入設計者的設計（jì）思想和經驗，而且快速、準（zhǔn）確。圖 2 是用 JP1 軟件設計的螺旋（xuán）離心泵葉輪水（shuǐ）力（lì）圖，設計該圖隻需 10min ，人工設（shè）計可能要兩天。

    （3）泵內（nèi）流場計算從準三元非黏（nián）性流動（dòng）向全三（sān）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 兩類流麵迭代，它是把三維流動降維成二維，也就是用（yòng）子（zǐ）午麵（軸麵）和任意轉（zhuǎn）麵（流麵）上的流動進行迭代求解，解決三維流動問題。由於把複雜的（de）三維流動簡化成二維求解，使得解的（de）精度受到影（yǐng）響。 近年計算流體動（dòng）力學（ Computational Fluid Dynamics ） , 簡稱 CFD 問世，為流體機械流場計算提供了新的思路和（hé）手段。用（yòng） CFD 進行流場計（jì）算，首先要把計算區（qū）域畫成（chéng）三維實（shí）體，然後生成（chéng）網格 （ Grid Generation ），再用商用 CFD 軟件 Fluent 等（děng）進行計算，見圖 3 。

    （4）內部（bù）流（liú）場測量 以（yǐ）前經（jīng）常采用探針進行（háng）測量，一方麵控針（zhēn）本（běn）身對流動的影響很大，另一方麵測量旋轉流場的轉換裝置也很複雜。進一步使用激光多普勒測速儀（ LVD ） ，它是用激光照射（shè）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（fāng）法已經成熟並廣泛應用，但是一般隻測量一點速（sù）度的（de）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，用脈衝片光源照射流場，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（tǒng）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（dù）分布，具有較高的測量精度.

    （5）優化設計方法 為了提高泵的性能（néng），許多學者進行（háng）了優化設計方法研究。歸納（nà）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（dù）係（xì）數優化法（fǎ）；以水力損失小為目標的損（sǔn）失極值優化法；以某一指標（biāo）為目標函數的準則（zé）篩選優化法。值得說明的是目前的優化設計方（fāng）法，可能隻對（duì）具體泵的設計有指導意義。另外 CFD 等先進技術的問世（shì），在很大程度上衝淡了對優化（huà）設計的興趣，近兩年研究優化設計方法的學者逐漸減少。

    4、無堵塞泵和低（dī）轉速泵技術取得進展

    （1）我國自（zì）行總結出的無（wú）堵塞泵設計方法，基本達到實用程（chéng）度，國內廣泛使用 設計方法（fǎ）主要包括（kuò）：沿流道中線斷麵變化規律設計雙流道葉輪；方格網保角變換方法（fǎ）設計螺旋離心（xīn）式葉輪；根據葉輪外徑（jìng）、蝸室大外徑和（hé）喉部（bù）麵積三要素設計旋流式葉輪。

    （2）低比轉速（sù）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（yòng），采（cǎi）用長短葉（yè）片和（hé）短葉片偏置（zhì）取得良好效果。

    5、軸流泵模型達到國（guó）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台測試。本次試驗領導有力、組織嚴密（mì）、監督公正、數據準確（què）。模型比轉（zhuǎn）速 500 ～ 1500 ，基本複蓋了軸流泵的（de）使用範圍；和原模型相比，效率提高約 2% ，流量提高約 5% 。有 7 個（gè）模型的角度平均效率超過 85% ，已（yǐ）達（dá）到國外同類模型的先進水平。國家（jiā）南水北調等重（chóng）要（yào）工程的低揚程水泵，大部分將從這些模型中選用。

    三、泵技術發（fā）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（bèng）不（bú）斷出現。例（lì）如：心髒泵、噴水推進泵、計算機（jī）冷卻泵、空（kōng）調泵、導熱油泵、油氣混（hún）輸泵、煙氣脫硫泵（bèng）、石油平台注水泵等（děng）。可能（néng）還存在著應（yīng）當（dāng）用泵的地（dì）方而沒有用（yòng）泵，新的（de）用泵領域也會不斷出現，這（zhè）就（jiù）需要我們注意發（fā）現並致力開發。

    2、CFD、PIV等先進技術結合實際開（kāi）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（dōu）有軟件，都在進行計算（suàn），研究生 50% 以上的課題（tí）都與此有關（guān）。一項新技術從發展成熟有一個過程，目前應作為一種解（jiě）決實際工程（chéng）問題的輔助手段（duàn），與傳統設計方（fāng）法配合使（shǐ）用。另外要盡量結合實際（jì） ，否（fǒu）則就難以成熟和提高。開始階（jiē）段（duàn）不要把題目選得過大，有的（de）選一台泵從進口算（suàn）到出（chū）口，一個泵站從進水（shuǐ）池算（suàn）到出水池，這樣的計算結（jié）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（yòng） CFD 和 PIV 技術進行研究。還有，一些大的泵廠應與（yǔ）有條件的院（yuàn）校合作開展這方麵的研究（jiū）工作。 

    3、樹立精品意識，重視標準化、通用化

    揚州川源（yuán）（台資）、無錫億誌（zhì）（新（xīn）加坡（pō）獨資）兩個泵公司，利用國內技術、設備生產出可和國外先進產品（pǐn）媲美的泵產品，其原因在於有精品意識。 

    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（sān）次外徑（jìng），這樣一來每種泵有 8 條性能曲線，大幅度提高（gāo）了泵的使用範圍。 

    南京古爾茲（zī）生產的 ISO 單級（jí）單吸離心泵， 39 個（gè）品種，共用 5 根軸，每（měi）種泵有 4 條性能曲線，結構緊（jǐn）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（le）一年泵，回過頭來一看可能是一個泵一個樣，製造成本高也就可想而知了。 

    4、重視關鍵技術和關鍵產（chǎn）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（lǐ）的研究；高效（xiào）斜流泵水力模型研究；自吸泵簡（jiǎn）化結構、提高效（xiào）率的研究；便於檢修的高（gāo）效、大流（liú）量、高揚（yáng）程礦山排水（shuǐ）泵和輸油泵的研（yán）究開發；新型船用泵（bèng）的研究開發；大型（xíng）煙氣脫硫（liú）泵、煤液化（huà）用高溫、高壓泵的（de）研究開（kāi）發；屏蔽泵、磁（cí）力泵提（tí）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（lǜ）的研究等（děng）。 

    四、采用複合（hé）技術（shù）實現（xiàn）泵技術的創新與發展 

    縱（zòng）觀（guān）泵技（jì）術（shù）的發展，許（xǔ）多是（shì）采用了複合（hé）技術（shù）的（de）結果。例如： 

    （1）離心葉輪和旋渦葉（yè）輪的結合，成為離心旋渦自（zì）吸泵。 

    （2）射流噴頭和離心泵結合，成為離心射流自吸泵（bèng）。 

    （3）水泵葉輪和水輪機轉輪的結合（hé），成為水（shuǐ）輪泵。 

    （4）離心泵（bèng）和活塞隔膜泵結合，構成一種強力自吸泵（bèng）。

    （5）誘（yòu）導（dǎo）輪和離心輪結合，提（tí）高了泵的抗汽（qì）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（dǔ）塞（sāi）和出口（kǒu）擴散問題。 

    （8）短葉片向長葉（yè）片背（bèi）麵偏署，可防止軸向旋渦和出口流動分（fèn）離。 

    （9）下（xià）裝低揚程葉輪（lún）提液（yè），上裝高揚程葉輪（lún）加壓的長軸液下泵（雙輪液下泵），解決長軸液下泵製造困難，運（yùn）行（háng）不可靠問（wèn）題（見圖4）。        

    （10）把機械密封（fēng）的動、靜環裝（zhuāng）在末級葉輪的後密封環處，成為軸向力平衡裝置，利用葉輪前、後的壓差平（píng）衡軸向力，如能解決動、靜環的磨損問題，經濟效益十分顯著（zhe）。 

    （11）把平衡盤工作原理移置到葉輪後蓋（gài）板處，由於形成徑向、軸向兩個間隙，可以像平衡盤（pán）一樣自（zì）動平衡軸（zhóu）向力。當軸向力大時，葉輪向進口方向移動，軸向間隙增大，葉（yè）輪後麵的壓（yā）力降低，葉輪向後移動。反之亦（yì）然（見（jiàn）圖 5 ）。 

    （12）糊狀填（tián）料密封，這種密封美國（guó）赤士頓公司首先使用，並在我國銷（xiāo）售，它是由石墨、纖維（wéi）、四氟乙烯、矽膠等組成（chéng）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（guǎn）目前還不能在所有的泵上使用，但是這種思路十分可貴，有（yǒu）希望成為密封技術的一項突破。 

    （13）渣漿泵葉輪采用扭（niǔ）曲葉片，可能會因為符合（hé）流動狀態而減輕磨損，並能提高效（xiào）率。 

采用複合（hé）技術的成功實例（lì）不勝枚（méi）舉（jǔ），要用好用活複合技術，要求有較寬的知識麵，並敢於倉新。

    五、結語 

    我（wǒ）國（guó）泵的技術發展是一個很大題（tí）目，沒經過全麵的調研和總結，不（bú）可能講的全麵、準確。不妥之（zhī）處，歡迎（yíng）指正。