国内给排水泵的现状及未来发展方向研究

泵被广泛的应用在城市给排水、建筑给排水、消防工程、石油化工、农田灌溉、排涝、矿山、船舶以及水利建设等诸多领域中，可以说泵对于各个工业系统的运行有着非常重要的作用。给排水工程是经济建设得以正常运转的重要保障、城市不可缺少的公共设施，是人类生产生活的重要组成部分。

    在科技快速发展的今天，经济建设突飞猛进，动力源是工程设施的生命，给排水工程的动力源在影响着社会功能发挥的同时，对人类健康、道路交通、城市安全和水资源保护等都有着直接的影响。泵作为给排水工程不可缺少的重要组成部分，是给排水系统正常运行的水力枢纽，直接影响着整个给排水系统的工作。如给水泵为居民、工厂、矿山及运输企业供应生产生活用水、消防用水、道路绿化用水等；排水泵为人类排除生活污水和生产中的各种废水、多余的地表水等。因此，给排水泵直接关系着民计民生。

    一、常用给排水泵产品

    给排水工程中泵受使用场合、使用条件和工作环境等多方面的影响，所使用的泵不尽相同，现就几种常见的给排水工程用泵进行介绍。

    1．城市给排水用泵

    城市给排水用泵作为防洪排涝泵站中重要组成部分，若设施不完善、选型不合理，在突降暴雨、洪水暴涨、潮汐顶托等影响下，极易引发内涝。城市给排水用泵一般流量大、扬程低，多选用大型的轴流泵。轴流泵具有效率高、轴功率曲线平缓不易出现超负载现象、设备质量可靠等特点，在城市给排水设施中广泛应用。

    2．煤矿给排水用泵

    煤矿给排水用泵主要包括卧式多级给排水泵、干式电动机下泵式潜水泵、湿式电动机上泵式潜水泵三种。由于煤矿给排水用泵具有压力大、扬程高、输送介质复杂等特点，卧式多级给排水泵的级数一般可达10～12级，多通过平衡盘来平衡轴向力，或利用叶轮对称布置的结构形式来平衡轴向力。近年来，国内对煤矿给排水泵的需求量逐年增加，泵的生产企业很多，但多为中小型企业，虽然泵的品种不断增加，但泵产品质量不高，有些产品效率较低，故障多，易磨损，寿命不长。

    3．锅炉给水用泵

    锅炉给水泵是现代工业蒸汽锅炉的重要组成部分，对锅炉的安全稳定运行起着重要的作用。锅炉给水泵采用*多的是电动多级离心泵，具有结构简单、运行稳定、给水均匀等特点。

    4．污水泵

    污水泵是专门用于抽吸、输送城市污水、工业废液的专用泵，污水泵也属于给排水泵产品中的一种。污水泵输送的介质比较特殊，其叶轮形式多种多样，如单通道叶轮和单叶片叶轮、旋流式叶轮、S形双叶叶轮以及螺旋离心式叶轮等。

    污水系列叶轮必须根据被输送介质的情况，尤其是浊度、悬浮物类型、含气量多少以及是否可损伤进行选择。

    5．农用泵

    中小型农用泵用来抽水灌溉，其流量根据农业实际用水量确定。中小型泵大都选用卧式离心泵，其结构相对于轴流泵、混流泵具有扬程高、流量小、结构简单、易于操作和管理，是农田排灌、水产养殖优先选择的泵。

  三、给排水泵技术现状

    随着国民经济的发展，市场对给排水泵的需求量日益增大。给排水泵工作条件复杂、抽送的介质种类繁多，其中以离心泵、大型轴流泵为主。科技的发展促进了国内泵行业的进步，泵的质量不断提高，水力性能不断完善，但在创新能力、水力性能和制造工艺等方面与发达国家相比还存在一定差距。当前，国内给排水泵的技术现状包括以下几个方面。

    1．排水泵输送介质多样

    给排水泵在设计时必须考虑运行时的流量、扬程和输送介质等因素，若设计不合理或选用不当就会造成泵的效率下降、堵塞情况的发生。如在工业用煤矿给排水用泵中，输送介质中的固体颗粒往往会对叶轮、蜗壳等过流部件表面造成冲蚀磨损，甚至在固体表面形成附加的流动阻力损失，影响泵的机械效率和水效率，造成泵扬程降低、效率下降、轴功率增加。

    对于污水泵，由于被输送的介质中常含有易产生缠绕或聚束的纤维物，使污水泵的流道容易堵塞，一旦堵塞严重，导致泵不能正常工作，甚至烧坏电动机。

    而锅炉给水泵输送的介质常常具有较高的压力和温度，锅炉给水泵是锅炉的重要组成部分，影响着锅炉的安全稳定运行，这对泵的设计制造以及安装维护都提出了较高的要求。

    2．排水泵扬程范围广

    城市防涝排水系统中常选用的轴流泵比转速为500～1200 r／min，扬程为4～15m；攀钢能源动力中心深井泵站的3JD-l9 X3长轴深井泵单台流量1450 m3／h，扬程为80m；用于农田灌溉、居民供水等提水高度大的系统中的离心泵比转速为30～300 r／min，扬程可达几百米；大型矿用潜水泵的流量和扬程可达2000m3ha、1500m。

    3．排水泵安装维护严格

    给排水泵设备运行可靠性差、检修维护频繁，在运转过程中经常出现泄漏、堵塞等故障。对于有腐蚀性的或高温的污水，必须有针对地选用特殊材质的耐腐蚀泵，如塑料、不锈钢等材质制造的水泵，否则泵体容易被腐蚀，使整个系统的运行受到影响。如长轴深井排水泵要求传动轴必须正直，2.5m的传动轴其中部挠度不得大于0.2mm，当井壁管发生倾斜和弯曲时，传动轴经常发生断裂。

    4．排水泵存在的问题

    首先，在提倡可持续发展战略的今天，泵产品更加注重环保问题，但国内泵的效率偏低、能耗过大，在一些特殊工况下的泵仍采用进口产品。

    其次，给排水泵品种规格繁多，并向大型化、高速化方向发展，泵产业想要取得长足发展，就必须向发达国家学习，建立一整套完善的标准体系以获得更高的效益，便于生产管理和维护。

    第三，自主研发能力有待提高，技术水平偏低，关键泵产品要逐步实现国产化。

    *后，生产制造工艺仍需改进，要打破原有的体制和理念，生产出运行安全，可靠、稳定的产品。

    四、排水泵技术发展趋势

    随着国内给排水工程的不断发展，对泵各方面的要求越来越高，给排水泵产品的技术发展趋势有以下几个方面。

       1．现代设计方法

    当前，泵仍是一门理论与经验参半的学科，一次成功的水力模型设计往往要经过反复的修改和试验才能完成，仅仅依靠传统的泵设计方法已不能很好地适应现代化的产品开发需要。如作为使用*为广泛的泵类产品之一的离心泵，因其叶轮内部的复杂性，流场测试的难度相对较大，不能定量地对离心泵内部流场进行分析计算，无法从根本上解决离心泵的理论设计问题。

    随着科技的进步，计算机性能不断提升，计算流体力学CFD技术迅速发展，数值计算精度大幅提升，数值模拟已经成为进行流体理论研究和工程应用的重要手段，该方法在国内外应用广泛，其准确性得到了一致认可。因此，在传统设计方法的基础上，应用CFD技术与试验研究相结合的手段，建立并完善泵水力元件的现代设计方法（即一种基于传统设计方法、CFD计算流体力学和试验手段的高效率水力性能设计方法）势在必行。

    2．新材料新工艺

    泵的材料从铸铁到特种金属合金，从橡胶制品、陶瓷等典型非金属材料到工程塑料，在解决泵的耐腐蚀、耐磨损和耐高温等问题上都发挥了显著的作用。同时，新工艺的运用，又更好地使新材料运用到泵的零部件乃至整个泵系统中。如采用高强度的复合材料替代金属材料，新的表面涂覆技术和表面处理技术，同样具有良好的耐磨、耐腐蚀特性。

    3．多目标优化设计

    在泵的设计过程中，大都以泵的某一个目标来提高泵的效率，而对其他目标参数考虑过少。如在离心泵的设计中常以叶轮的机械损失*小为目标，不考虑其他损失，但离心泵的容积损失、水力损失与机械损失的变化规律并不同向，这样势必导致在以机械损失优化后，离心泵的效率提高受限。

    因此，从单点／目标设计转向多点／目标设计尤为必要；同时，遗传优化算法为泵水力部件的多目标优化设计提供可行的办法。

    4．节能降耗

    能源消耗日益严重，能源问题已成为全球必须面对和解决的问题，节能降耗迫在眉睫。流体在输送过程中，泵站的动力几乎全部用于克服流体表面摩擦阻力。泵在给排水工程中耗电量巨大，对自来水制水成本、污水处理成本等有较大的影响，如：一般城镇自来水厂泵站消耗电费约占制水成本的40％一70％，而在整个给水工程的用电量中有近95％的电量用来维持泵的运转，同时泵在城市污水处理中也是耗能*大的产品，因此，对于泵的节能降耗问题显然已成为泵行业亟待解决的关键问题之一。并且，这一问题在现阶段国家倡导节能减排的大环境下具有良好的发展前景，符合国家"十二五"计划的发展契机。

    5．3D打印

    伴随着工业现代化的不断发展，传统加工方法已无法满足现代工业零部件的加工需求，即使在数控技术高速发展的今天，很多结构复杂的零部件仍很难甚至无法加工。轴向力的作用下前后窜动，与前后护板发生摩擦，轴承受的扭矩和弯曲应力急剧变大，同时还要承受轴向冲击，轴发生断裂。

    通常，渣浆泵的轴径设计裕量充足，断轴的原因主要是外部因素造成的，在查找断轴原因时，除了轴本身，我们还要着重考虑泵运转过程中，轴受力的实际状况，尤其要检测转子与前后护套是否产生摩擦碰撞。

    六、操作规范

    在现场，发现一些不规范的操作和管路设置，对泵可靠性有很大的影响。比如通过进口阀门调节泵的性能参数；泵的出口管路载荷强加在泵的出口法兰上；泵长时间反转；不接冲洗管路及冷却管路等，这些都极易造成泵的损坏。

    泵长期稳定的运行是随着正确的使用、操作和仔细的维护而增强和延长的。即使高品质的泵，如果在不恰当的操作下，其可靠性也难免差强人意。所以要求操作者在操作泵之前，必须仔细阅读相关的产品安装使用维护说明书。