5.3.2 技术需求分析
1）企业简介
某企业是集研发、制造与工程服务为一体，从事矿山排水装备及流体输送技术开发推广的科技型企业，矿山排水多级离心泵和离心式渣浆泵为其核心产品。企业建筑面积15 000 m2（库房面积6 700 m2，露天仓库面积1 700 m2，建有矿山排水与流体输送装备生产车间和矿山设备实验室，拥有铸造、热处理、金工、装配、工装模具、检测等生产装备，产品包括50多个系列600多种规格，成品生产一次交验合格率达到95%，成品出厂合格率达到100%，国内同类市场占有率30%，同时产品远销俄罗斯、越南、印度等国家。
2）矿山排水多级离心泵
矿山排水多级离心泵是将具有同样功能的两个以上离心泵进行组合，在流体通道结构上使第一级的介质泄压口与第二级的进口相通、第二级的介质泄压口与第三级的进口相通串联形成的多级离心泵，如图5-44所示。
图5-44 矿山排水多级离心泵
矿山排水多级离心泵属于流体输送装备技术领域，其工作原理涉及机械结构设计理论、流体力学理论、计算流体力学理论以及机械加工工艺等理论，是一种多学科交叉融合的复杂技术装备。
尤其是矿山排水多级离心泵叶轮、导叶和蜗壳等过流部件的内部流动属于非定常三维湍流流动，而非定常三维湍流流动，是流变学理论中最为复杂的流动。
目前矿山排水多级离心泵优化节能技术创新方向主要集中在以下5个方面：
①构建多目标、多参数优化设计的各种计算模型。
②综合考虑零件之间的匹配关系，优化设计对象，逐步从单过流部件延伸到多过流部件甚至整机。
③参数设计与基于CFD分析的改型设计结合。
④离心泵叶片型线的优化设计及叶型与几何参数优化结合。
⑤多种优化法则（如遗传算法等）应用于离心泵各种参数的优化设计。
此外，矿山排水多级离心泵的技术进化与技术创新方向主要包括以下3方面内容：
①矿山排水多级离心泵的设计由以基础部件为重心转向更加重视平衡、密封、抗磨、减振和除噪，同时更加重视对多级离心泵的精细化和友好化设计。
②在以矿山排水多级离心泵为基础开展的跨领域推广与应用方面，研发设计人员更加重视解决多领域融合产生的技术矛盾，更加重视发挥多级离心泵的技术功效并拓宽其推广应用的跨领域范围，尤其是节能减排领域的应用。
③矿山排水多级离心泵的生产工艺和装配方式趋于集成化、规模化，生产企业更加重视降低成本、提高效率以适应市场竞争的需要。
因此，利用科学的技术创新方法寻求矿山排水多级离心泵的技术突破路径，开发系列化、标准化、专业化、大型化、高效率以及自动化的新型矿山排水多级离心泵对企业乃至行业领域的科技进步十分必要。
3）离心式渣浆泵
离心式渣浆泵是一种将电能转换成介质的动能和势能，借助离心力（泵的叶轮的旋转）作用使固、液混合介质能量增加的机械。离心式渣浆泵实物如图5-45所示。
图5-45 离心式渣浆泵
离心式渣浆泵是固液两相物料管道输送系统的关键性设备，其泵输送的固液浆体中含有固体颗粒，导致渣浆泵在使用过程中普遍存在效率低、磨损严重及密封可靠性差等问题。
国内渣浆泵的清水效率一般为40%～60%，与国外同口径产品相比，我国的离心式渣浆泵效率普遍低5%～15%。
此外，含有大量硬固体颗粒的渣浆在通过泵的过流部件时起“液体砂轮”作用，从而使泵的过流部件受到磨损，缩短了泵的使用寿命。其中，渣浆泵磨损受多种因素的影响，所以，过流部件的使用寿命因部件的几何参数、叶片型线、过流部件材质、固液两相流体性质以及渣浆泵的基本参数不同存在较大的差异，使用寿命从100多小时到几千小时不等。同等条件下，国外渣浆泵过流部件的使用寿命较国内产品要高出10%～50%。
因此，以固液两相流体输送的关键设备离心式渣浆泵为技术创新对象，提高泵的效率和使用寿命为目的，综合运用理论分析、数值模拟和实验研究等多种方法，结合渣浆泵固液两相流动数学模型、渣浆泵计算流体动力学分析、渣浆泵性能预测及节能叶轮设计、泵内固体颗粒冲蚀特性研究、叶轮磨损预测及设计等理论开发高效率低磨耗的离心式渣浆泵，对提高我国固液物料水力输送系统的技术水平具有重要的实践应用价值。