泵類流體機(jī)械的研究與應(yīng)用

泵類流體機(jī)械的研究與應(yīng)用

泵是將原動(dòng)機(jī)械轉(zhuǎn)變?yōu)橐后w能量的機(jī)器，廣泛應(yīng)用于經(jīng)濟(jì)和貿(mào)易的各個(gè)領(lǐng)域。無(wú)論航空航天、原子能、核潛艇、農(nóng)業(yè)灌溉、城市供水、石油、化工、能源等國(guó)家的建設(shè)都離不開(kāi)各種各樣的泵。據(jù)統(tǒng)計(jì),泵的耗電量約占全國(guó)總發(fā)電量的20%,其耗油量約占全國(guó)總油耗的5%,它是僅次于電機(jī)的應(yīng)用最為廣泛的通用機(jī)械。泵作為液體提升的工具,古代人民就發(fā)明了各種提水器具,如公元前17世紀(jì)中國(guó)的桔槔和埃及的鏈泵。1689年,法國(guó)物理學(xué)家帕潘發(fā)明了四葉片葉輪的蝸殼離心泵。1754年,瑞士數(shù)學(xué)家歐拉提出了葉輪式水力機(jī)械的基本方程式,才奠定了真正意義上的離心泵設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)。1955年,哈爾濱工業(yè)大學(xué)在前蘇聯(lián)專家的幫助下,正式成立了國(guó)內(nèi)第一個(gè)水力機(jī)械專業(yè)。目前從事泵教學(xué)和科學(xué)研究的單位主要有江蘇大學(xué)(原鎮(zhèn)江農(nóng)機(jī)學(xué)院)、蘭州理工大學(xué)(原甘肅工業(yè)大學(xué))、中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)(原北京農(nóng)業(yè)機(jī)械化學(xué)院)、華中科技大學(xué)(原華中工學(xué)院)、清華大學(xué)等。泵類流體機(jī)械作為一門(mén)應(yīng)用學(xué)科,近年來(lái)在基礎(chǔ)理論研究和應(yīng)用研究方面取得了一系列成果,如泵內(nèi)部流動(dòng)數(shù)值模擬及測(cè)試、性能預(yù)測(cè)與優(yōu)化設(shè)計(jì)、低比轉(zhuǎn)速離心泵無(wú)過(guò)載設(shè)計(jì)理論與方法、南水北調(diào)和大中型水利工程用系列高效軸流泵/混流泵水力模型、高效無(wú)堵塞泵設(shè)計(jì)理論和方法、國(guó)防用高速磁力泵等方面開(kāi)展了深入而廣泛的研究,并取得了重大進(jìn)展。1主要研究成果近年來(lái),隨著科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展,尤其是計(jì)算機(jī)等技術(shù)的應(yīng)用,泵類流體機(jī)械研究取得了重大進(jìn)展。1.1測(cè)試技術(shù)及分析隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)(CFD)和測(cè)試技術(shù)的快速發(fā)展,泵內(nèi)流動(dòng)數(shù)值模擬和測(cè)試研究越來(lái)越深入。進(jìn)行這方面的研究不僅僅是為了得到泵流道內(nèi)任意位置的速度、壓力等流場(chǎng)特征,更重要的是利用這些流動(dòng)特征進(jìn)行泵性能預(yù)測(cè)和優(yōu)化設(shè)計(jì)的研究。在數(shù)值模擬方法上,大多采用基于Reynolds時(shí)均的Navier-Stokes方程(RANS)的k-ε湍流模型及其修正模型。近年來(lái)隨著計(jì)算機(jī)性能的提高,大渦模擬在泵內(nèi)流動(dòng)數(shù)值模擬方面的應(yīng)用越來(lái)越多。如Byskov成功地采用大渦模擬方法,分析了6葉片閉式離心泵葉輪內(nèi)在設(shè)計(jì)點(diǎn)和非設(shè)計(jì)點(diǎn)的流動(dòng)狀況,模擬結(jié)果與PIV測(cè)試結(jié)果吻合得較好。多數(shù)CFD分析的介質(zhì)是單相的水,但氣液、固液兩相流的分析也越來(lái)越多。目前以全流道的動(dòng)靜部件耦合和非定常三維湍流的研究為主,動(dòng)靜部件的界面處理模式上普遍采用滑移網(wǎng)格技術(shù)和動(dòng)網(wǎng)格技術(shù),在測(cè)試技術(shù)上主要采用粒子圖像測(cè)速儀(PIV)測(cè)試。非定常三維湍流條件下的水泵CFD分析是近幾年的研究熱點(diǎn)之一,基于非定常理論的水泵流場(chǎng)壓力脈動(dòng)計(jì)算、機(jī)組過(guò)渡過(guò)程分析、振動(dòng)分析等已取得進(jìn)展。Shi用滑移網(wǎng)格技術(shù)分析了導(dǎo)葉式離心泵內(nèi),由于葉輪和導(dǎo)葉的相互干涉所產(chǎn)生的壓力脈動(dòng)現(xiàn)象,并發(fā)現(xiàn)了源項(xiàng)對(duì)壓力分布和波動(dòng)具有重要的影響。CFD/CAD一體化設(shè)計(jì)分析軟件的研究取得進(jìn)展。日本荏原公司(EBARA)的技術(shù)人員開(kāi)發(fā)了具有葉輪、導(dǎo)葉、蝸殼等模塊的專門(mén)的泵CFD/CAD一體化軟件,具有三維實(shí)體造型、自動(dòng)網(wǎng)格生成、CFD分析和三維反問(wèn)題設(shè)計(jì)系統(tǒng),系統(tǒng)直接與快速成形制造系統(tǒng)及由數(shù)控機(jī)床組成的柔性加工系統(tǒng)相連接。這套設(shè)計(jì)系統(tǒng)極大地縮短了泵的開(kāi)發(fā)周期,并且開(kāi)發(fā)的泵產(chǎn)品具有效率高、可靠性能好等優(yōu)點(diǎn),但這個(gè)軟件系統(tǒng)的各個(gè)功能模塊還是彼此分離的,沒(méi)有融合成一個(gè)系統(tǒng)。國(guó)內(nèi)在這方面的研究同國(guó)外先進(jìn)水平還有較大的差距,應(yīng)集中力量進(jìn)行研究。在汽蝕計(jì)算方面,隨著多相流模型的發(fā)展與完善,汽蝕計(jì)算的精度在不斷提高。Medvitz采用兩相RANS方程模型,研究離心泵汽蝕流動(dòng),分別進(jìn)行定常、非定常條件下全工況范圍內(nèi)的汽蝕特性分析,取得與試驗(yàn)較接近的結(jié)果。不同的研究人員分別利用商用CFD軟件和專門(mén)開(kāi)發(fā)的數(shù)值模擬軟件模擬了離心泵內(nèi)的汽蝕現(xiàn)象,并預(yù)測(cè)了汽泡的初生和發(fā)展。由于汽蝕自身所具有的復(fù)雜性,汽蝕CFD分析仍然是一個(gè)難點(diǎn),數(shù)值模擬結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果還存在著一定的差距,還有許多問(wèn)題需要解決。不同軟件、不同條件下得到的結(jié)果可能差異較大。自從1932年采用可視化技術(shù)試驗(yàn)研究泵內(nèi)部流動(dòng)以來(lái),泵內(nèi)流測(cè)試技術(shù)有了較大的發(fā)展,目前常用的內(nèi)流測(cè)速技術(shù)有:熱線風(fēng)速儀、激光多普勒測(cè)速儀和PIV。PIV測(cè)試系統(tǒng)是隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)在泵類流體機(jī)械研究中的應(yīng)用發(fā)展而成的一種流場(chǎng)測(cè)試系統(tǒng)。它具有全流場(chǎng)快速測(cè)試、直觀、不干擾流場(chǎng)等優(yōu)點(diǎn),目前已成為泵內(nèi)部流場(chǎng)測(cè)試的主要方法。第一個(gè)用PIV測(cè)量泵內(nèi)部流動(dòng)的是Paone,他測(cè)量了離心泵葉輪S1流面上的流動(dòng),并研究了無(wú)葉擴(kuò)壓器內(nèi)尾流的瞬時(shí)結(jié)構(gòu)和空間發(fā)展。Sinha用PIV技術(shù)測(cè)試了導(dǎo)葉式離心泵內(nèi)的流動(dòng),揭示了該泵的流動(dòng)特征是非定常的,并具有明顯的射流-尾跡特征?？偟膩?lái)說(shuō),由于泵內(nèi)部流動(dòng)的極其復(fù)雜性,以及PIV測(cè)試時(shí)對(duì)光路的特殊要求,利用PIV技術(shù)等對(duì)泵內(nèi)部流動(dòng)進(jìn)行測(cè)試時(shí),需要對(duì)泵的流道結(jié)構(gòu)做一定的簡(jiǎn)化或者選取特殊類型的泵,完全意義上的實(shí)泵測(cè)試還有一定的困難和很多難題要解決。1.2泵理論和設(shè)計(jì)方法1.2.1軸流泵和混流泵水力模型更深入地研究低比轉(zhuǎn)速離心泵理論和設(shè)計(jì)方法,無(wú)過(guò)載設(shè)計(jì)方法逐漸得到推廣應(yīng)用,長(zhǎng)短葉片和短葉片偏置技術(shù)開(kāi)始廣泛采用并取得良好效果。提出了加大流量設(shè)計(jì)中流量放大系數(shù)k1和比速放大系數(shù)k2的推薦值及主要幾何參數(shù)β2,b2,Ft和Z等選取范圍;推導(dǎo)了離心泵飽和軸功率性能產(chǎn)生的條件,即葉片出口角β2等于出口絕對(duì)液流角α′2,最大軸功率Pmax及其流量Qmax的預(yù)估公式;提出了無(wú)過(guò)載泵設(shè)計(jì)約束方程組,總結(jié)了主要系數(shù),如Ku,b2/D2,φ,ψ,ωs,β2和h0等圖表;對(duì)面積比原理進(jìn)行了推導(dǎo),得出任何離心泵在理論揚(yáng)程為u2222/2g處有最大軸功率Pmax,且有ψmax=ηh/2。提出無(wú)過(guò)載離心泵面積比Y應(yīng)取1.0~2.0。南水北調(diào)工程是我國(guó)繼三峽工程之后的又一重大跨流域的調(diào)水工程,預(yù)計(jì)建設(shè)期長(zhǎng)達(dá)50年,總投資5000億元。該工程分為東線、中線、西線等三大工程。為了給這一重點(diǎn)工程提供技術(shù)支持和保障,國(guó)內(nèi)很多研究單位和生產(chǎn)廠家都先后研發(fā)了不同性能參數(shù)的軸流泵和混流泵水力模型。為了選取最好的水力模型用于南水北調(diào)工程,2003年水利部南水北調(diào)辦公室在天津?qū)ｉT(mén)新建了一個(gè)泵實(shí)驗(yàn)臺(tái),用于南水北調(diào)工程用泵的同臺(tái)試驗(yàn)。將全國(guó)的優(yōu)秀水力模型集中在一個(gè)實(shí)驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行試驗(yàn),第一批就有比轉(zhuǎn)速?gòu)?00到1600的27個(gè)水力模型參加測(cè)試,從中選出的優(yōu)秀水力模型具有過(guò)流量大,效率高,抗汽蝕性能好,相比國(guó)內(nèi)原有模型提高效率3%左右,綜合技術(shù)指標(biāo)具有國(guó)際領(lǐng)先水平。關(guān)醒凡提出了擴(kuò)大軸流泵高效范圍的方法,主要可以從以下幾個(gè)方面著手:葉片出口采用變環(huán)量分布規(guī)律設(shè)計(jì);采用較大的葉柵稠密度,即較長(zhǎng)的葉片;增加輪轂側(cè)的L/T,以減小輪轂側(cè)和輪緣側(cè)葉片長(zhǎng)度之差;增加輪緣側(cè)的葉片角,減小輪轂側(cè)的葉片角,即減小葉片的扭曲度;增加葉片長(zhǎng)度,包括輪轂側(cè)葉片長(zhǎng)度,對(duì)擴(kuò)大高效范圍和提高抗汽蝕性能有明顯效果。但是從大角度向小角度調(diào)節(jié)葉片時(shí),進(jìn)一步增加了葉片與輪轂側(cè)的間隙,從而使泵效率進(jìn)一步降低。曹樹(shù)良等基于二元理論用流線迭代法求解軸面流動(dòng),用逐點(diǎn)積分法繪制葉形骨線,在軸面上加厚得到葉片的三維造型,該方法較好地實(shí)現(xiàn)了高比轉(zhuǎn)速混流泵葉輪的反問(wèn)題設(shè)計(jì),具有設(shè)計(jì)計(jì)算精度高、得到的葉片表面光滑、葉片表面數(shù)據(jù)齊全、便于數(shù)控機(jī)床加工制造等特點(diǎn)。提出并完善了無(wú)堵塞泵設(shè)計(jì)方法,國(guó)內(nèi)已廣泛使用,許多產(chǎn)品還出口歐美發(fā)達(dá)國(guó)家。建立并優(yōu)化了根據(jù)速度系數(shù)和流道中線斷面變化規(guī)律的雙流道葉輪和單流道葉輪設(shè)計(jì)方法;提出了用方格網(wǎng)保角變換方法設(shè)計(jì)螺旋離心式葉輪;總結(jié)了根據(jù)葉輪外徑、蝸室最大外徑和喉部面積等三要素設(shè)計(jì)旋流式葉輪。另外,提出應(yīng)用極大揚(yáng)程設(shè)計(jì)法和進(jìn)口邊扭曲的反導(dǎo)葉設(shè)計(jì)法設(shè)計(jì)深井離心泵,提出了射流式自吸噴灌泵的設(shè)計(jì)理論和方法。1.2.2計(jì)算結(jié)果和優(yōu)化設(shè)計(jì)泵性能預(yù)測(cè)就是根據(jù)其流道的幾何參數(shù)、內(nèi)部流場(chǎng)、制造加工水平等預(yù)測(cè)泵的性能,它具有縮短產(chǎn)品研發(fā)周期和降低開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)成本等優(yōu)點(diǎn),一直都是泵領(lǐng)域十分重要的研究課題之一,很多專家學(xué)者都對(duì)此進(jìn)行過(guò)大量的研究。性能預(yù)測(cè)的主要方法有水力損失法、流場(chǎng)分析法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法。談明高等揭示了滑移系數(shù)是理論揚(yáng)程計(jì)算結(jié)果精度的主要決定因素之一,比較分析了斯托道拉、威斯奈、普夫萊德?tīng)?、斯基克欽等滑移系數(shù)公式,研究表明對(duì)于離心泵而言,威斯奈公式(適用ns<65)和斯基克欽公式(適用ns>65)的計(jì)算結(jié)果比較準(zhǔn)確,依據(jù)大量?jī)?yōu)秀水力模型的計(jì)算結(jié)果和試驗(yàn)結(jié)果對(duì)這兩個(gè)公式進(jìn)行了修正。瑞士蘇爾壽公司采用CFD技術(shù)預(yù)測(cè)了立式混流泵從關(guān)死點(diǎn)到最大流量的性能曲線。王海松預(yù)測(cè)了軸流泵的揚(yáng)程和效率。目前所取得的這些預(yù)測(cè)精度往往是有條件的,還沒(méi)有辦法做到對(duì)于任意給定類型規(guī)格的水泵均能準(zhǔn)確預(yù)測(cè)出全工況范圍內(nèi)的能量特性和汽蝕特性。成功開(kāi)發(fā)了完全實(shí)用的泵水力設(shè)計(jì)CAD軟件,CAD和優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用。泵水力設(shè)計(jì)CAD軟件PCAD已經(jīng)被國(guó)內(nèi)外100多家用戶采用,該軟件是在Windows平臺(tái)上和ARX環(huán)境下用VC++6.0,對(duì)AutoCAD進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)成功的軟件,主要有離心泵葉輪、混流泵葉輪、軸流泵葉輪、蝸殼、導(dǎo)葉和各種污水泵設(shè)計(jì)模塊。PCAD不僅可以進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),還可以融入設(shè)計(jì)者的設(shè)計(jì)思想和經(jīng)驗(yàn),具有設(shè)計(jì)過(guò)程快、設(shè)計(jì)結(jié)果準(zhǔn)、設(shè)計(jì)泵的效率高等優(yōu)點(diǎn)。另外,國(guó)內(nèi)還開(kāi)發(fā)成功了泵性能預(yù)測(cè)軟件、泵參數(shù)化三維造型軟件、泵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和分析軟件等。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。先后提出了無(wú)堵塞潛污泵、低比轉(zhuǎn)速離心泵、渣漿泵、紙漿泵等的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法,但是目前的這些優(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。另外由于CFD的廣泛應(yīng)用,在很大程度上沖淡了研究人員對(duì)傳統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的興趣,近年來(lái),基于流場(chǎng)分析進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)的研究逐漸增多。1.3自吸噴泵的應(yīng)用根據(jù)無(wú)堵塞泵的發(fā)展現(xiàn)狀及存在的問(wèn)題,創(chuàng)新地提出和總結(jié)了高效無(wú)堵塞泵的設(shè)計(jì)理論與方法。根據(jù)市場(chǎng)需要,先后成功開(kāi)發(fā)了QW型潛水排污泵、PY型多功能清淤排污泵、帶有切割與破碎功能的特種排污泵、ZJ型無(wú)堵塞料漿泵、MZJ型中濃度紙漿泵、低脈沖上漿泵、新型渦旋前伸式雙葉片污水泵等高效無(wú)堵塞泵系列產(chǎn)品。這些新產(chǎn)品分別具有抗堵塞、抗纏繞性能好,攪拌效果好,輸送濃度高,通過(guò)能力強(qiáng),清淤效果佳,運(yùn)行可靠等特點(diǎn),其平均效率比各自相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定值及國(guó)內(nèi)同類產(chǎn)品高出5%~10%,綜合技術(shù)指標(biāo)居國(guó)際先進(jìn)水平。隨著農(nóng)業(yè)水資源的日益短缺、國(guó)家對(duì)農(nóng)業(yè)投入力度的加大和農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的迫切要求,射流式自吸噴灌泵作為一種高效節(jié)水灌溉技術(shù)產(chǎn)品,對(duì)我國(guó)的農(nóng)業(yè)發(fā)展具有重要的促進(jìn)作用。提出了射流式自吸噴灌泵的設(shè)計(jì)理論和方法,并應(yīng)用CFD軟件對(duì)噴灌泵進(jìn)口的三維湍流場(chǎng)進(jìn)行了數(shù)值模擬和優(yōu)化。該噴灌泵采用射流式自吸機(jī)構(gòu)、回流孔自動(dòng)堵塞閥結(jié)構(gòu)和導(dǎo)葉渦殼組合式壓水室,改善了自吸性能,提高了泵的效率和可靠性。據(jù)試驗(yàn),泵效率比標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定值提高5%~9%,自吸時(shí)間比標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定值縮短5~60s,綜合指標(biāo)居國(guó)際先進(jìn)水平。提出并應(yīng)用深井離心泵極大揚(yáng)程設(shè)計(jì)法和進(jìn)口邊扭曲的反導(dǎo)葉設(shè)計(jì)法,研制、開(kāi)發(fā)的深井離心泵系列產(chǎn)品結(jié)構(gòu)新穎,可靠性高,具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán),綜合技術(shù)指標(biāo)居國(guó)內(nèi)領(lǐng)先和國(guó)際先進(jìn)水平。其產(chǎn)品的軸向長(zhǎng)度大大縮短,性價(jià)比大幅提高,比原有QJ型產(chǎn)品重量減輕1/3的同時(shí),還提高了水泵效率,節(jié)能與節(jié)材效果明顯。采用稀土永磁材料、密集型聚磁磁路技術(shù)和焊接式內(nèi)磁轉(zhuǎn)子專利技術(shù),設(shè)計(jì)了裝置體積小、傳動(dòng)效率高、傳動(dòng)能力大的稀土永磁傳動(dòng)裝置,可以廣泛應(yīng)用到各類磁力泵上。研制的400Hz高速磁力泵具有效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、可靠性高、體積小和重量輕等優(yōu)點(diǎn),并且采用了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的F50C新型耐磨材料作為高速磁力泵導(dǎo)軸承、推力盤(pán),提高了產(chǎn)品壽命,還在泵入口增設(shè)了活動(dòng)式消旋器,有效降低了泵的汽蝕余量。該泵已直接應(yīng)用于軍工工程,對(duì)提高我國(guó)軍事裝備配套水平具有重要戰(zhàn)略意義。2當(dāng)前和期待2.1全壽命成本、高速化及節(jié)能技術(shù)國(guó)內(nèi)外泵設(shè)計(jì)理論和方法總體上還處于理論和經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合的階段,無(wú)論是傳統(tǒng)的速度系數(shù)法,還是現(xiàn)在流行的流場(chǎng)分析法,以及反問(wèn)題方法,都離不開(kāi)設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)或優(yōu)秀水力模型。原因有二:一是由于泵類流動(dòng)的極其復(fù)雜性,泵類流體機(jī)械復(fù)雜的流道形狀、高速旋轉(zhuǎn)、流體粘性以及動(dòng)靜部件間的相互干涉作用,決定了泵內(nèi)的流動(dòng)實(shí)際上是一個(gè)三維的、粘性的、非定常的極其復(fù)雜的流動(dòng)方式,有的甚至還是固液或氣液等多相流動(dòng);二是對(duì)泵內(nèi)流動(dòng)機(jī)理的研究不夠。泵內(nèi)流CFD分析和測(cè)試還存在著很大的局限性,只有在特定條件下才能取得比較可靠的結(jié)果,數(shù)值模擬方法的普遍適用性不夠高。原因之一就是缺乏針對(duì)泵特點(diǎn)的CFD方法,基本上是套用其他領(lǐng)域的方法。隨著社會(huì)的進(jìn)步和科技的發(fā)展,對(duì)泵的高效率、可靠性和低噪聲等方面提出了更高的要求。而泵的能量損失、運(yùn)行不穩(wěn)定和噪聲源主要是由其內(nèi)部流動(dòng)決定的。因此,要大力展開(kāi)針對(duì)泵及不同類型泵特點(diǎn)的CFD研究,如計(jì)算網(wǎng)格、湍流模式、動(dòng)靜干涉、多相流等。長(zhǎng)期以來(lái)汽蝕問(wèn)題一直是泵領(lǐng)域的一大難題。眾所周知,汽泡的產(chǎn)生和發(fā)展改變了流道內(nèi)的速度分布,會(huì)使離心泵的效率下降、揚(yáng)程降低,引起機(jī)器振動(dòng),產(chǎn)生噪音,同時(shí)也會(huì)破壞葉輪等過(guò)流部件,嚴(yán)重影響泵的工作性能,并妨礙其正常運(yùn)行。盡管人們已經(jīng)對(duì)汽蝕發(fā)生機(jī)理、破壞機(jī)理和汽蝕診斷等進(jìn)行了很多研究,并取得了不少成果,但如何提高泵的抗汽蝕性能,并消除或減輕汽蝕現(xiàn)象是泵領(lǐng)域要面對(duì)的重要問(wèn)題,需要深入研究。開(kāi)展全壽命成本的研究。目前,泵研究人員主要關(guān)心提高泵效率,生產(chǎn)廠家關(guān)心降低泵生產(chǎn)成本,使用單位關(guān)心泵的可靠性和低維護(hù)費(fèi)用,綜合考慮這幾個(gè)方面的要求,國(guó)外已經(jīng)開(kāi)展了泵產(chǎn)品的全壽命成本或壽命周期成本的研究,我國(guó)應(yīng)盡早開(kāi)展這方面的研究,它有利于創(chuàng)建節(jié)約型社會(huì)。提高泵的運(yùn)行效率,節(jié)能降耗。由于大多數(shù)類型的泵是比較成熟的機(jī)械,從設(shè)計(jì)角度出發(fā)提高泵效率1%都非常困難,而泵運(yùn)行如果偏離設(shè)計(jì)的高效點(diǎn),實(shí)際運(yùn)行的效率遠(yuǎn)不止降低1%。因此,從泵的優(yōu)化運(yùn)行著手,必將有廣闊的節(jié)能空間。泵系統(tǒng)的優(yōu)化運(yùn)行是當(dāng)前泵系統(tǒng)管理運(yùn)行現(xiàn)代化的發(fā)展趨勢(shì),利用計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)泵系統(tǒng)進(jìn)行管理和自動(dòng)控制,從而提高設(shè)備工作效率和可靠性。泵系統(tǒng)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)優(yōu)化運(yùn)行、在線故障診斷技術(shù)及實(shí)用的專家系統(tǒng)是未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)必須重點(diǎn)研究的方向。調(diào)頻技術(shù)在很多場(chǎng)合可以有效提高泵的工作效率,但目前變頻驅(qū)動(dòng)更多地用于要求精確控制流量、長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行的大功率泵或能量損失較多的場(chǎng)合,今后應(yīng)大力研究和推廣泵運(yùn)行的變頻節(jié)能技術(shù)。開(kāi)展泵的高速化研究,節(jié)能降耗。由于圓盤(pán)摩擦損失消耗了太多的功,低比轉(zhuǎn)速離心泵工作效率往往很低,很多低比轉(zhuǎn)速泵的工作效率不到30%,對(duì)于超低比轉(zhuǎn)速離心泵,效率會(huì)更低。提高低比轉(zhuǎn)速泵的轉(zhuǎn)速,就可以提高比轉(zhuǎn)速,大幅度降低圓盤(pán)摩擦損失,從而大幅度提高泵的工作效率。另外,高速化還可以有效縮小泵的體積,節(jié)約材料,降低泵的生產(chǎn)成本。當(dāng)然,高速化也對(duì)泵的抗汽蝕性能、軸承和密封的質(zhì)量提出了更好的要求,這些問(wèn)題都需要我們?nèi)ゴ罅ρ芯?。泵類流體機(jī)械的研究中,關(guān)于節(jié)能降耗的研究無(wú)疑是重點(diǎn),但隨著環(huán)保、國(guó)防等方面的發(fā)展需要,從設(shè)計(jì)和生產(chǎn)兩個(gè)方面都要開(kāi)展環(huán)境友好型泵產(chǎn)品的研究。從設(shè)計(jì)角度考慮,可以通過(guò)無(wú)泄露設(shè)計(jì)、低噪聲設(shè)計(jì)來(lái)減小泵運(yùn)行對(duì)環(huán)境的干擾。磁力泵、屏蔽泵具有完全無(wú)泄露的優(yōu)點(diǎn),但由于價(jià)格比其他類型泵貴,目前一般應(yīng)用于石化行業(yè)。通過(guò)提高磁力傳動(dòng)效率、新型電機(jī)等的研究,可以降低泵類生產(chǎn)成本,從而有利于節(jié)能型泵類推廣使用。水泵產(chǎn)生的噪聲目前已成為工廠、潛艇、艦船和住宅小區(qū)等的主要噪聲源之一。水泵設(shè)計(jì)時(shí)噪聲指標(biāo)已逐步成為必須考慮的一個(gè)重要因素。但是,在泵內(nèi)部流動(dòng)誘導(dǎo)噪聲產(chǎn)生的機(jī)理和規(guī)律、非定常流動(dòng)的抑制、流動(dòng)誘導(dǎo)噪聲的主動(dòng)控制技術(shù),以及低噪聲的優(yōu)化設(shè)計(jì)等方面研究相對(duì)滯后,是目前迫切需要解決的問(wèn)題。從生產(chǎn)角度,改進(jìn)生產(chǎn)工藝可以有效保護(hù)環(huán)境,如丹麥格蘭富公司,大力開(kāi)拓沖壓泵的應(yīng)用領(lǐng)域,這種泵生產(chǎn)過(guò)程具有節(jié)材、節(jié)能、環(huán)保(無(wú)鑄造過(guò)程的污染)等優(yōu)點(diǎn)。這方面國(guó)內(nèi)的科研與生產(chǎn)同國(guó)外相比還有較大的差距。要進(jìn)一步完善和優(yōu)化無(wú)堵塞泵、無(wú)過(guò)載泵、無(wú)泄漏泵的設(shè)計(jì)理論與方法,擴(kuò)大其種類和應(yīng)用領(lǐng)域;改進(jìn)和提高泵的水力設(shè)計(jì)CAD軟件,并進(jìn)一步推廣使用;積極開(kāi)發(fā)其他新結(jié)構(gòu)、新原理泵,例如,結(jié)合國(guó)家建設(shè)綠色大西北戰(zhàn)略的實(shí)施,開(kāi)展太陽(yáng)能泵的研究;大力開(kāi)發(fā)大型往復(fù)泵、高速泵、微型泵、國(guó)防用泵、小流量高揚(yáng)程化工泵等特殊領(lǐng)域用泵的研究,從而滿足國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展之急需。2.2國(guó)內(nèi)泵的展望近年來(lái),我國(guó)泵類產(chǎn)品的技術(shù)水平有了較大的提高,通過(guò)引進(jìn)吸收、更新改造、消化創(chuàng)新,使我國(guó)泵類新一代產(chǎn)品達(dá)到了80年代末、90年代初的國(guó)際水平,特別是某些重大技術(shù)裝備的配套產(chǎn)品,有的已達(dá)到或接近國(guó)際同類產(chǎn)品的先進(jìn)水平。但是泵產(chǎn)品的總體生產(chǎn)技術(shù)水平仍然偏低,國(guó)外