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我国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)联合设计产品以沈泵所为主的研究单位,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)型单级单吸离心泵;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型耐腐蚀液下离心泵;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: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;沈泵(上泵)-德国KSB公司的锅炉给水泵;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式真空泵;上海水泵厂-KSB公司的热水泵、船用泵;天津工业泵总厂-德国阿尔维勒公司的螺杆泵;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公司的潜水排污泵;长沙水泵厂-美国英格索尔公司的大型立式斜流泵;上海第一水泵厂-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,性能比较先进,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: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;沈阳飞力-潜水排污泵;苏州格兰富-冲压泵;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;直联管道泵;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、关键泵产品从部分进口到现在基本全部国化:


由于引进产品和KSB等著名企业的进入,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)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&。

用数控铣床加工轴流泵叶片和用于加工的叶片三维图


(2)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&。

用JP1软件设计的螺旋离心泵叶轮水力图

(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,简称CFD问世,为流体机械流场计算提供了新的思路和手段&。用CFD进行流场计算,首先要把计算区域画成三维实体,然后生成网格,再用商用CFD软件Fluent等进行计算,见图3&。

CFD


(4)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&。

(5)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:以优秀模型统计资料为基础的速度系数优化法;以水力损失最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等先进技术的问世,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&。


4、无堵塞泵和低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、蜗室最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先进水平:


2004年9月25日至2005年1月16日,全国27个模型,参加了水利部南水北调工程水泵模型天津同台测试&。本次试验领导有力、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先进水平&。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&。