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我國(guó)泵技術(shù)的發(fā)展前景

   2016-01-11 590
核心提示:我國(guó)泵技術(shù)的發(fā)展前景

一、泵企業(yè)概況

生產(chǎn)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(guó)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、茬原等世界著名泵企業(yè)(如上泵- KSB、 ITT南京古爾茲、嘉立特-茬原、博泵-茬原、大耐-蘇爾壽(海密梯克、里瓦赫伯特)、佛泵-安德里茲、大連帝國(guó)、上海尼可尼等)逐步進(jìn)入我國(guó),民營(yíng)泵企業(yè)快速發(fā)展?,F(xiàn)在國(guó)內(nèi)泵企業(yè)約1000家,占世界泵企業(yè)10000家的1/10;國(guó)內(nèi)泵產(chǎn)值2004年約220億人民幣,約占世界泵產(chǎn)值270億美元的1/10,世界十大泵企業(yè)產(chǎn)值約占世界泵總產(chǎn)值的22%,我國(guó)十大泵企業(yè)的產(chǎn)值也約占全國(guó)泵產(chǎn)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(yè)會(huì)資料):

1、美國(guó) ITT(17.01億美元);2、美國(guó) 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(guó) KSB(9.0億美元);6、瑞士蘇爾壽(6.83億美元);7、英國(guó)威爾(5.84億美元);8、德國(guó)威樂(lè)(5.84億美元);9、美國(guó) IDEX(4.27億美元);10、美國(guó) PENTAIR(4.0億美元)

國(guó)內(nèi)2004年按銷售值排列前十大泵企業(yè)(因統(tǒng)計(jì)不全,可能有誤,僅供參考):

上海凱泉泵業(yè)集團(tuán);沈陽(yáng)水泵廠有限公司;上海 KSB;上海電力修造廠有限公司;大耐泵業(yè)有限公司;石家莊泵業(yè)有限公司;湘電長(zhǎng)沙水泵廠有限公司;博泵科技有限公司;上海連成泵業(yè)有限公司;上海東方泵業(yè)有限公司。

國(guó)內(nèi)泵產(chǎn)值年增長(zhǎng)率10.5%,約為國(guó)家經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)率的1.5倍,是世界泵年增長(zhǎng)率4.3%的2.5倍。隨著建筑、電力、鋼鐵、石化、環(huán)保工業(yè)的發(fā)展和向第三世界出口泵產(chǎn)品的增加,這種快速增長(zhǎng)的形勢(shì)將保持幾年。

從地區(qū)上在看,江浙滬發(fā)展最快,泵年產(chǎn)值約占全國(guó)的60%;上海泵年產(chǎn)值約占全國(guó)的20%,按銷售值排列全國(guó)前十名有半數(shù)在上海,因而上海逐漸成為全國(guó)泵業(yè)的中心。

二、泵技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展

1、我國(guó)泵產(chǎn)品圖樣的來(lái)源可分為聯(lián)合設(shè)計(jì)、引進(jìn)、自行開發(fā)等幾種。

(1)聯(lián)合設(shè)計(jì)產(chǎn)品以沈泵所為主的研究單位,20世紀(jì)60~80年代,組織有關(guān)泵廠進(jìn)行了許多種泵的聯(lián)合設(shè)計(jì)。如 IS( IB)型單級(jí)單吸離心泵; IH型化工泵; S( SH)型雙吸離心泵;D( DG)型節(jié)段式多級(jí)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(chǎn)品當(dāng)時(shí)都是國(guó)內(nèi)的主導(dǎo)產(chǎn)品,至今仍在生產(chǎn),但是有些產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)(造型)、性能指標(biāo)比較落后,應(yīng)當(dāng)逐步用新型產(chǎn)品替代。

(2)引進(jìn)產(chǎn)品80年代以前我國(guó)引進(jìn)的泵技術(shù)很少,到改革開放初期,大量從國(guó)外引進(jìn)泵技術(shù),并隨著外襯膠泵國(guó)泵公司以合資或獨(dú)資的形式陸續(xù)進(jìn)入我國(guó),也帶進(jìn)了一些新的泵產(chǎn)品技術(shù)。例如:

石泵-沃爾曼的渣漿泵;石泵(天津電機(jī)廠)-德國(guó)里茲公司的井用潛水電泵;沈泵(上泵)-德國(guó)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公司的冷凝水泵;長(zhǎng)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 CZ、 ZA( ZE)等化工流程泵;上海水泵廠泵-美國(guó)德來(lái)賽公司的污水泵;佛山水泵廠-德國(guó)西門子公司的水環(huán)式真空泵;上海水泵廠- KSB公司的熱水泵、船用泵;天津工業(yè)泵總廠-德國(guó)阿爾維勒公司的螺桿泵;天津工業(yè)泵總廠-日本大晃公司的船用泵;南京深井泵廠-德國(guó) ABS公司的潛水排污泵;長(zhǎng)沙水泵廠-美國(guó)英格索爾公司的大型立式斜流泵;上海第一水泵廠-英國(guó) M· J公司的高揚(yáng)程多級(jí)離心泵;襄樊五二五廠-法國(guó) H· S公司的磷酸泵等。

引進(jìn)的這些泵產(chǎn)品,技術(shù)比較成熟,性能比較先進(jìn),對(duì)推動(dòng)我國(guó)泵技術(shù)的發(fā)展起了重要作用,成為我國(guó)泵產(chǎn)品的主體,至今仍大量生產(chǎn)。其中有的產(chǎn)品在結(jié)構(gòu)或性能方面也存在問(wèn)題,應(yīng)進(jìn)一步改進(jìn)。

(3)外國(guó)在華合資(獨(dú)資)泵企業(yè)的產(chǎn)品例如:上海 KSB- Omega(RDL)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(jí)單吸離心泵、 P型節(jié)段式多級(jí)離心泵;大連帝國(guó)-屏蔽泵;沈陽(yáng)飛力-潛水排污泵;蘇州格蘭富-沖壓泵;蘭州耐馳-螺桿泵。

這些產(chǎn)品的質(zhì)量大都比國(guó)內(nèi)產(chǎn)品好,盡管價(jià)格高,但銷售情況很好。

(4)自行開發(fā)產(chǎn)品 AY油泵; TSWA多級(jí)離心泵; ZJ渣漿泵;管道泵;直聯(lián)管道泵;高樓給水泵;空調(diào)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(chǎn)品大部分通用化、標(biāo)準(zhǔn)化程度不高,性能也有待進(jìn)一步提高。

2、關(guān)鍵泵產(chǎn)品從部分進(jìn)口到現(xiàn)在基本全部國(guó)化

由于引進(jìn)產(chǎn)品和 KSB等著名企業(yè)的進(jìn)入,我國(guó)泵的生產(chǎn)能力顯著提高。國(guó)民經(jīng)濟(jì)部門的主要關(guān)鍵用泵基本上都可以生產(chǎn)。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(jí)泵;鋼廠高壓除鱗泵;東深、南水北調(diào)工程用大型調(diào)水泵;礦用大流量高揚(yáng)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(shù)廣泛應(yīng)用

(1)泵的模具、葉片和重要零件開始用數(shù)控機(jī)床加工,從而可以提高泵的制造質(zhì)量,圖1是用數(shù)控銑床加工軸流泵葉片和用于加工的葉片三維圖。

(2)泵水力設(shè)計(jì)與繪型軟件逐漸代替人工計(jì)算和繪圖有人問(wèn)用這個(gè)軟件設(shè)計(jì)的泵效率有多高,這是外行人說(shuō)的話,再好的軟件也要人去使用,可以溶入設(shè)計(jì)者的設(shè)計(jì)思想和經(jīng)驗(yàn),而且快速、準(zhǔn)確。圖2是用 JP1軟件設(shè)計(jì)的螺旋離心砂礫泵泵葉輪水力圖,設(shè)計(jì)該圖只需10min,人工設(shè)計(jì)可能要兩天。

(3)泵內(nèi)流場(chǎng)計(jì)算從準(zhǔn)三元非黏性流動(dòng)向全三元黏性流動(dòng)進(jìn)展準(zhǔn)三元非黏性流動(dòng)計(jì)算的主要方法是S1、 S2兩類流面迭代,它是把三維流動(dòng)降維成二維,也就是用子午面(軸面)和任意轉(zhuǎn)面(流面)上的流動(dòng)進(jìn)行迭代求解,解決三維流動(dòng)問(wèn)題。由于把復(fù)雜的三維流動(dòng)簡(jiǎn)化成二維求解,使得解的精度受到影響。近年計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)( Computational Fluid Dynamics),簡(jiǎn)稱 CFD問(wèn)世,為流體機(jī)械流場(chǎng)計(jì)算提供了新的思路和手段。用 CFD進(jìn)行流場(chǎng)計(jì)算,首先要把計(jì)算區(qū)域畫成三維實(shí)體,然后生成網(wǎng)格( GridGeneration),再用商用 CFD軟件 Fluent等進(jìn)行計(jì)算,見(jiàn)圖3。

(4)內(nèi)部流場(chǎng)測(cè)量以前經(jīng)常采用探針進(jìn)行測(cè)量,一方面控針本身對(duì)流動(dòng)的影響很大,另一方面測(cè)量旋轉(zhuǎn)流場(chǎng)的轉(zhuǎn)換裝置也很復(fù)雜。進(jìn)一步使用激光多普勒測(cè)速儀( LVD),它是用激光照射流動(dòng)中的粒子,光被粒子散射,根據(jù)散射的成度測(cè)量流速。這種方法已經(jīng)成熟并廣泛應(yīng)用,但是一般只測(cè)量一點(diǎn)速度的某一分量?,F(xiàn)在開始使用粒子圖象測(cè)速技術(shù)(PIV),其工作原理是在流場(chǎng)中散布示蹤粒子,用脈沖片光源照射流場(chǎng),通過(guò)連續(xù)兩次或多次曝光,粒子圖象被記錄在底片上,由此獲得流場(chǎng)速度分布。這種方法突破傳統(tǒng)的單點(diǎn)測(cè)量的限制,可瞬時(shí)無(wú)接觸測(cè)量一個(gè)截面上的速度分布,具有較高的測(cè)量精度.

(5)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法為了提高泵的性能,許多學(xué)者進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)方法研究。歸納起來(lái)主要有以下幾種方法:以優(yōu)秀模型統(tǒng)計(jì)資料為基礎(chǔ)的速度系數(shù)優(yōu)化法;以水力損失最小為目標(biāo)的損失極值優(yōu)化法;以某一指標(biāo)為目標(biāo)函數(shù)的準(zhǔn)則篩選優(yōu)化法。值得說(shuō)明的是目前的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法,可能只對(duì)具體泵的設(shè)計(jì)有指導(dǎo)意義。另外CFD等先進(jìn)技術(shù)的問(wèn)世,在很大程度上沖淡了對(duì)優(yōu)化設(shè)計(jì)的興趣,近兩年研究?jī)?yōu)化設(shè)計(jì)方法的學(xué)者逐漸減少。

4、無(wú)堵塞泵和低轉(zhuǎn)速泵技術(shù)取得進(jìn)展

(1)我國(guó)自行總結(jié)出的無(wú)堵塞泵設(shè)計(jì)方法,基本達(dá)到實(shí)用程度,國(guó)內(nèi)廣泛使用設(shè)計(jì)方法主要包括:沿流道中線斷面變化規(guī)律設(shè)計(jì)雙流道葉輪;方格網(wǎng)保角變換方法設(shè)計(jì)螺旋離心式葉輪;根據(jù)葉輪外徑、蝸室最大外徑和喉部面積三要素設(shè)計(jì)旋流式葉輪。

(2)低比轉(zhuǎn)速泵理論和設(shè)計(jì)的研究廣泛而深入無(wú)過(guò)載設(shè)計(jì)方法得到推廣應(yīng)用,采用長(zhǎng)短葉片和短葉片偏置取得良好效果。

5、軸流泵模型達(dá)到國(guó)外同類模型的先進(jìn)水平

2004年9月25日至2005年1月16日,全國(guó)27個(gè)模型,參加了水利部南水北調(diào)工程水泵模型天津同臺(tái)測(cè)試。本次試驗(yàn)領(lǐng)導(dǎo)有力、組織嚴(yán)密、監(jiān)督公正、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確。模型比轉(zhuǎn)速500~1500,基本復(fù)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(gè)模型的角度平均效率超過(guò)85%,已達(dá)到國(guó)外同類模型的先進(jìn)水平。國(guó)家南水北調(diào)等重要工程的低揚(yáng)程水泵,大部分將從這些模型中選用。

三、泵技術(shù)發(fā)展展望

1、注意發(fā)現(xiàn)和開發(fā)新領(lǐng)域用泵

泵是一種通用機(jī)械,應(yīng)用非常廣泛,而且新領(lǐng)域用泵不斷出現(xiàn)。例如:心臟泵、噴水推進(jìn)泵、計(jì)算機(jī)冷卻泵、空調(diào)泵、導(dǎo)熱油泵、油氣混輸泵、煙氣脫硫泵、石油平臺(tái)注水泵等??赡苓€存在著應(yīng)當(dāng)用泵的地方而沒(méi)有用泵,新的用泵領(lǐng)域也會(huì)不斷出現(xiàn),這就需要我們注意發(fā)現(xiàn)并致力開發(fā)。

2、CFD、PIV等先進(jìn)技術(shù)結(jié)合實(shí)際開展試驗(yàn)研究

CFD等新技術(shù)的先進(jìn)性,不可否認(rèn),現(xiàn)在各院校都有軟件,都在進(jìn)行計(jì)算,研究生50%以上的課題都與此有關(guān)。一項(xiàng)新技術(shù)從發(fā)展成熟有一個(gè)過(guò)程,目前應(yīng)作為一種解決實(shí)際工程問(wèn)題的輔助手段,與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法配合使用。另外要盡量結(jié)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(guò)大,有的選一臺(tái)泵從進(jìn)口算到出口,一個(gè)泵站從進(jìn)水池算到出水池,這樣的計(jì)算結(jié)果難以判斷。像渣漿泵的磨損部位、進(jìn)水流道的旋渦部位等很適合用CFD和 PIV技術(shù)進(jìn)行研究。還有,一些大的泵廠應(yīng)與有條件的院校合作開展這方面的研究工作。

3、樹立精品意識(shí),重視標(biāo)準(zhǔn)化、通用化

揚(yáng)州川源(臺(tái)資)、無(wú)錫億志(新加坡獨(dú)資)兩個(gè)泵公司,利用國(guó)內(nèi)技術(shù)、設(shè)備生產(chǎn)出可和國(guó)外先進(jìn)產(chǎn)品媲美的泵產(chǎn)品,其原因在于有精品意識(shí)。

上海 KSB公司的 Omega雙吸泵,28個(gè)品種,共用6根軸,每種泵裝 A、B兩種葉輪,每種葉輪切割三次外徑,這樣一來(lái)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(chǎn)的 ISO單級(jí)單吸離心泵,39個(gè)品種,共用5根軸,每種泵有4條性能曲線,結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、體積小。

我國(guó)有些泵廠,有一個(gè)訂貨設(shè)計(jì)一種泵,做了一年泵,回過(guò)頭來(lái)一看可能是一個(gè)泵一個(gè)樣,制造成本高也就可想而知了。

4、重視關(guān)鍵技術(shù)和關(guān)鍵產(chǎn)品的研究與開發(fā)

要提高泵的技術(shù)水平必須解決關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。例如:渣漿泵磨損機(jī)理的研究;高效斜流雜質(zhì)泵水力模型研究;自吸泵簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)、提高效率的研究;便于檢修的高效、大流量、高揚(yáng)程礦山排水泵和輸油泵的研究開發(fā);新型船用泵的研究開發(fā);大型煙氣脫硫泵、煤液化用高溫、高壓泵的研究開發(fā);屏蔽泵、磁力泵提高可靠性的研究;新型計(jì)量泵(隔膜泵)的研究開發(fā);提高部分流泵效率的研究等。

四、采用復(fù)合技術(shù)實(shí)現(xiàn)泵技術(shù)的創(chuàng)新與發(fā)展

縱觀泵技術(shù)的發(fā)展,許多是采用了復(fù)合技術(shù)的結(jié)果。例如:

(1)離心葉輪和旋渦葉輪的結(jié)合,成為離心旋渦自吸泵。

(2)射流噴頭和離心泵結(jié)合,成為離心射流自吸泵。

(3)水泵葉輪和水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪的結(jié)合,成為水輪泵。

(4)離心泵和活塞隔膜泵結(jié)合,構(gòu)成一種強(qiáng)力自吸泵。

(5)誘導(dǎo)輪和離心輪結(jié)合,提高了泵的抗汽蝕性能。

(6)雙吸葉輪和單吸葉輪結(jié)合,能解決汽蝕和軸向力平衡問(wèn)題。

(7)長(zhǎng)短葉片結(jié)合使用,解決葉輪進(jìn)口堵塞和出口擴(kuò)散問(wèn)題。

(8)短葉片向長(zhǎng)葉片背面偏署,可防止軸向旋渦和出口流動(dòng)分離。

(9)下裝低揚(yáng)程葉輪提液,上裝高揚(yáng)程葉輪加壓的長(zhǎng)軸液下泵(雙輪液下泵),解決長(zhǎng)軸液下泵制造困難,運(yùn)行不可靠問(wèn)題。

(10)把機(jī)械密封的動(dòng)、靜環(huán)裝在末級(jí)葉輪的后密封環(huán)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(dòng)、靜環(huán)的磨損問(wèn)題,經(jīng)濟(jì)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(gè)間隙,可以像平衡盤一樣自動(dòng)平衡軸向力。當(dāng)軸向力大時(shí),葉輪向進(jìn)口方向移動(dòng),軸向間隙增大,葉輪后面的壓力降低,葉輪向后移動(dòng)。

(12)糊狀填料密封,這種密封美國(guó)赤士頓公司首先使用,并在我國(guó)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(guò)程中,可以用注射槍注入(補(bǔ)充)。據(jù)說(shuō)在有些情況下使用,效果不錯(cuò)。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(shù)的一項(xiàng)突破。

(13)渣漿泵葉輪采用扭曲葉片,可能會(huì)因?yàn)榉狭鲃?dòng)狀態(tài)而減輕磨損,并能提高效率。

采用復(fù)合技術(shù)的成功實(shí)例不勝枚舉,要用好用活復(fù)合技術(shù),要求有較寬的知識(shí)面,并敢于倉(cāng)新。

五、結(jié)語(yǔ)

我國(guó)泵的技術(shù)發(fā)展是一個(gè)很大題目,沒(méi)經(jīng)過(guò)全面的調(diào)研和總結(jié),不可能講的全面、準(zhǔn)確。不妥之處,歡迎指正。

 
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