中国水泵技术的发展

水泵制造企业概况
       生产电厂（包括核电）、冶金、石化等部门用的具有高技术含量泵的国企（如沈泵、石泵、湘电长沙水泵、上海电力修造厂等）维持生存， ITT 、 KSB 、茬原等世界泵企业（如上泵－ KSB 、 ITT 南京古尔兹、嘉立特－茬原、博泵－茬原、大耐－苏尔寿（海密梯克、里瓦赫伯特）、佛泵－安德里兹、大连帝国、上海尼可尼等）逐步进入我国，民营泵企业快速发展。现在国内泵企业约 1 000 家，占世界泵企业 10 000 家的 1/10 ；国内泵产值 2004 年约 220 亿人民币，约占世界泵产值 270 亿美元的 1/10 ，世界泵企业产值约占世界泵总产值的 22% ，我国泵企业的产值也约占全国泵产值的 22% 。

    世界 2004 年按销售值排列泵企业（引自沈泵所 2005年上海行业协会资料）：

    1 、美国 ITT （ 17. 01 亿美元）； 2 、美国 FLOWSERVE （ 10.3 亿美元）； 3 、丹麦格兰富（ 10.1 亿美元）； 4 、日本荏原（ 10.0 亿美元）； 5 、德国 KSB （ 9.0 亿美元）； 6 、瑞士苏尔寿（ 6.83 亿美元）； 7 、英国威尔（ 5.84 亿美元）； 8 、德国威乐（ 5.84 亿美元）； 9 、美国 IDEX （ 4.27 亿美元）； 10 、美国 PENTAIR （ 4.0 亿美元）

    国内 2004 年按销售值排列前泵企业（因统计不全，可能有误，仅供参考）：     上海凯泉泵业集团；沈阳水泵厂有限公司；上海连成泵业有限公司；上海东方泵业有限公司；上海沪龙泵业有限公司；上海KSB ；上海电力修造厂有限公司；大耐泵业有限公司；石家庄泵业有限公司；湘电长沙水泵厂有限公司；博泵科技有限公司。

    国内泵产值年增长率10.5% ，约为国家经济增长率的1.5 倍，是世界泵年增长率4.3% 的2.5 倍。随着建筑、电力、钢铁、石化、环保工业的发展和向第三世界出口泵产品的增加，这种快速增长的形势将保持几年。

    从地区上在看，江浙沪发展zui快，水泵年产值约占全国的 60% ；上海泵年产值约占全国的 20% ，按销售值排列*名有半数在上海，因而上海逐渐成为全国泵业的中心。

二、水泵技术的现状和发展
    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*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*，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

    由于引进产品和水泵制造企业的进入，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，图 1 是用数控铣床加工轴流泵叶片和用于加工的叶片三维图。

    （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。图 2 是用 JP1 软件设计的螺旋离心泵叶轮水力图，设计该图只需 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：以模型统计资料为基础的速度系数优化法；以水力损失zui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*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zui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*水平

    2004 年 9 月 25 日至 2005 年 1 月 16 日，全国 27 个模型，参加了*南水北调工程水泵模型天津同台测试。本次试验*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*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。

三、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*技术结合实际开展试验研究 

    CFD 等新技术的*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；斜流泵水力模型研究；自吸泵简化结构、提率的研究；便于检修的、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*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。 

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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（见图 4 ）。 
    （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，并敢于仓新。