高压离心泵技术工艺发展趋势分析

第一节 产品技术发展现状

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。管道泵管道离心泵引进的这些泵产品，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。

第二节 产品工艺特点或流程

离心泵主要结构示意图

离心泵的主要过流部件有吸水室、叶轮和压水室。吸水室位于叶轮的进水口前面，起到把液体引向叶轮的作用；压水室主要有螺旋形压水室(蜗壳式)、导叶和空间导叶三种形式；叶轮是泵的最重要的工作元件，是过流部件的心脏，叶轮由盖板和中间的叶片组成。

离心泵工作前，先将泵内充满液体，然后启动离心泵，叶轮快速转动，叶轮的叶片驱使液体转动，液体转动时依靠惯性向叶轮外缘流去，同时叶轮从吸入室吸进液体，在这一过程中，叶轮中的液体绕流叶片，在绕流运动中液体作用一升力于叶片，反过来叶片以一个与此升力大小相等、方向相反的力作用于液体，这个力对液体做功，使液体得到能量而流出叶轮，这时液体的动能与压能均增大。

离心泵依靠旋转叶轮对液体的作用把原动机的机械能传递给液体。由于离心泵的作用液体从叶轮进口流向出口的过程中，其速度能和压力能都得到增加，被叶轮排出的液体经过压出室，大部分速度能转换成压力能，然后沿排出管路输送出去，这时，叶轮进口处因液体的排出而形成真空或低压，吸水池中的液体在液面压力（大气压）的作用下，被压入叶轮的进口，于是，旋转着的叶轮就连续不断地吸入和排出液体。

第三节 高压离心泵技术应用现状及技术难点分析

油田注水系统地面设备的节能技改重点开始转向6kv高压及1000kw以上的大型离心泵机组。由于这些耗电“巨无霸”多数投产于计划经济年代，机组设计普遍按照油田开采后期含水高，注水量大，地层渗透率降低考虑，因此设计流量大和扬程高，配置的拖动电机功率大、电压高。但是随着地层结构的复杂多变，目前这些大功率离心泵机组绝大部分的运行工况远远低于设计流量和扬程，并且受到传统控制手段的限制，生产现场只能依靠调节开泵台数进行粗调和调节泵排出阀节流细调来控制注水量，由此造成注水系统泵干压差大、单耗高、效率低。

基于对国内外油田注水大型离心泵高能耗问题的认识和对当前自控领域高压大功率电动机TDGC-5K带电动机调速技术的比较研究，选择目前世界上高压大功率变频技术领先的robicon第四代完美无谐波高压变频器HUB8-PID功能器为核心部件，通过系统集成与技术整合，形成了一套具有国内领先水平的解决方案。

注水站应用变频器实施节能技改的系统优化设计：

近几年来，随着高压大功率变频器的不断换代，国内其它油田在高压大功率电动机居多的注水系统实施变频节能改造也逐渐增多。从国产品牌的生产和使用情况看，虽然国内的成都佳灵和北京利德华福生产的高压大功率变频器在市场有一定的份额，但涉足油田注水系统高压大功率离心泵改造的却寥寥无几。主要原因:一是产品起步较晚，二是产品主要性能指标距国外知名品牌还有差距。鉴于高压变频投资大、风险高，所以目前条件下，应用国外最先进的成熟高压变频技术是必要的。从国外品牌的使用情况看，国内多数是从2000年后才开始应用，据了解多为二代或三代产品，使用中谐波的污染问题、英文界面带来的管理不便问题、输出波形畸变造成的转矩振动问题、变频器自身损耗大效率低的问题等等，都在一定程度上对现场生产造成了不良影响。

基于以上原因，为了确保胜利油田第一次应用高压变频器串行通讯接口卡实施注水站节能改造取得成功，我们确定采用美国robicon第四代完美无谐波高压（6kv）变频器作为义一注水站实施节能改造的核心设备。该设备的技术先进性具体体现在主要性能指标均高于同类产品:无谐波污染，符合ieee5191992和gb/t14549-93标准的最严格要求;功率因数高，在20～100%的负载下均能达到或超过0.95的功率因数;效率高，总效率达到97%;频率精度高，在所有因素下都能达到±0.5%;适用性强，可适用国产各种普通异步电机;用户界面人性化程度高，可显示速度，电流，电压，功率，用电度数的数字表。也可现场设置工控机或笔记本电脑，参数调整方便;隔离变压器SBK-750VA带铁壳能保护电机不受共模电压的影响;变频器对电网电压有极强的适应能力;完善的变频器固有保护功能;功率单元为模块化设计，不须专用工具，维修方便。

第四节 国内外技术未来发展趋势分析

随着技术的不断进步，泵产品必将向智能化方向发展，能够对压力、流量、温度和振动等参数进行监测；能够对泵的轴、轴承和密封的状况进行评估；能够对故障的原因进行诊断等。泵行业的技术发展将集中体现在设计电子调节系统、改善驱动装置和寻求新的材料等方面。

1、向大型化和高速化的方向发展’

随着电站、石化装置和水利工程等朝着大型化、规模化的方向发展，泵作为其配套产品必然朝着大型化和高速化的方向发展。

2、向多品种和多用途的方向发展

为满足不同工况和用途的需求，泵产品势必向扩大品种规格、拓展性能范围方向发展。目前国内泵产品在规格、品种和用途广泛性方面还有待于进一步提高。例如，对于高压小流量用泵、混合酸用泵和腐蚀性极强的化工浆料用泵等，还需要不断开发新品种。

3、理论与设计方法的科学化

加强泵的基础理论研究，注重交叉学科、边缘学科、新兴学科的相互渗透。理论研究的重点是：泵内部流动的测量、数值模拟及性能预测；一元黏性流动的数值计算；多相流动的理论与应用；泵的优化设计及设计的多样化。

4、CAD、CAM、CIMS技术的发展与推广

生产和制造的高技术化是产品“价廉物美"的根本保证。通过利用先进的计算机辅助计和计算机辅助制造技术，不仅保证了产品的设计质量，而且缩短了设计周期，大大提高产品设计能力，实现了设计方案的最优化，确保了产品的可靠性。同时，计算机制造集成系统(CIMS)和虚拟技术的应用，大大地缩短了泵产品的生产周期，保证了产品的性能。

5、产品模块化和个性化

模块化泵技术是泵业技术发展的一个重要趋势。在模块化泵系列中，只需要少数几个零件就可以构成整个泵系列，从而可以降低生产成本，缩短交货时间，减少零部件和备件的库存，而个性化的发展则要求产品逐渐趋向于朝多品种、小批量的方向发展。

6、材料技术

近年来，各种新材料的开发和应用是推动泵技术发展的一个重要因素。泵的零部件采用了各种各样的新材料，所带来的好处主要是延长了泵在腐蚀性介质中的使用寿命和可靠性，并扩展了泵的使用范围。同时，涂覆技术和材料的表面处理技术在改善泵的流动特性、耐腐蚀性和耐磨性方面变得日益重要，具有广阔的应用前景。