摘　要：對(duì)于很多用戶來(lái)說(shuō)，不僅希望買(mǎi)到質(zhì)量可靠、效率高、汽蝕性能好的產(chǎn)品，而且同時(shí)還希望價(jià)格便宜。然而，可靠性、效率和價(jià)格如同硬幣有了第三面一樣，不可能同時(shí)存在。文章將結(jié)合工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)及前人研究的成果，就可靠性與效率、壽命、臨界轉(zhuǎn)速及生命周期成本之間的關(guān)系進(jìn)行探討，期望能對(duì)廣大用戶有所借鑒。

關(guān)鍵詞：離心泵；可靠性；效率；壽命；臨界轉(zhuǎn)速；生命周期成本

背 景

對(duì)于一些老的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，這個(gè)題目是不是有一種似曾相識(shí)的感覺(jué)？沒(méi)錯(cuò)！1980s年代，沈陽(yáng)水泵研究所曾經(jīng)翻譯過(guò)美國(guó)Igor J. Karassik的一篇著作“可靠性 – 硬幣的第三面”。之所以采用了同樣的標(biāo)題，一是因?yàn)槠溲芯砍晒裉烊匀痪哂幸欢ǖ膮⒖純r(jià)值，另一方面也是對(duì)前輩表達(dá)一種敬意。

近些年來(lái)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，工業(yè)行業(yè)也得到了長(zhǎng)足的發(fā)展，在生產(chǎn)企業(yè)中電機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的數(shù)量不斷增加，電機(jī)系統(tǒng)用電量占到了工業(yè)用電量的60 % ~ 70 %，而泵的用電量又占電機(jī)系統(tǒng)用電總量的近三分之一。

我國(guó)是能源資源嚴(yán)重短缺的國(guó)家，隨著能源成本的不斷增加，設(shè)備能耗越來(lái)越成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。為了促進(jìn)我國(guó)節(jié)約資源和保護(hù)環(huán)境的基本國(guó)策，以提高能源利用效率和改善生產(chǎn)環(huán)境質(zhì)量為目標(biāo)，2016年國(guó)務(wù)院印發(fā)《“十三五”節(jié)能減排綜合工作方案》（以下簡(jiǎn)稱《方案》），明確了“十三五”節(jié)能減排工作的主要目標(biāo)和重點(diǎn)任務(wù)，對(duì)全國(guó)節(jié)能減排工作進(jìn)行全面部署。并將電機(jī)系統(tǒng)能效提升納入重點(diǎn)節(jié)能工程。在強(qiáng)化重點(diǎn)用能設(shè)備節(jié)能管理內(nèi)容中特別提出：淘汰低效電機(jī)、變壓器、風(fēng)機(jī)、水泵、壓縮機(jī)等用能設(shè)備，全面提升重點(diǎn)用能設(shè)備能效水平。

對(duì)于每個(gè)用戶來(lái)說(shuō)，不僅想買(mǎi)到質(zhì)量可靠、效率高的產(chǎn)品，而且還希望價(jià)格便宜，這是人之常情，可以理解。然而，可靠性、效率和價(jià)格如同硬幣有了第三面一樣，不可能同時(shí)存在。

如果要選擇一個(gè)單獨(dú)的標(biāo)準(zhǔn)作為衡量一臺(tái)設(shè)備的相對(duì)優(yōu)秀程度，要求這臺(tái)設(shè)備在大修前能夠長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)行而不必停機(jī)拆卸檢修、更換某些零部件、花費(fèi)時(shí)間和金錢(qián)，那么，最好的衡量尺度是可靠性。

文章就離心泵可靠性設(shè)計(jì)及應(yīng)用中所涉及到的一些重要因素，如產(chǎn)品質(zhì)量、效率、壽命、臨界轉(zhuǎn)速、生命周期成本等與可靠性之間的關(guān)系進(jìn)行探討，期望能對(duì)廣大用戶有所借鑒。

名詞及術(shù)語(yǔ)

臨界轉(zhuǎn)速

API 610第11版標(biāo)準(zhǔn)[1]對(duì)臨界轉(zhuǎn)速的定義為：轉(zhuǎn)子-軸承-支撐系統(tǒng)處于共振狀態(tài)時(shí)的軸轉(zhuǎn)速。

可靠性

在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時(shí)間區(qū)間內(nèi)，完成規(guī)定功能的能力，稱為產(chǎn)品的可靠性。可靠性是與時(shí)間相關(guān)的質(zhì)量指標(biāo)，產(chǎn)品只能在一定的時(shí)間范圍內(nèi)達(dá)到可靠性目標(biāo)值。

生命周期成本（LCC）

是指在產(chǎn)品有效使用期間（即全生命周期內(nèi)）所發(fā)生的與該產(chǎn)品有關(guān)的所有成本，包括開(kāi)發(fā)（計(jì)劃、設(shè)計(jì)和測(cè)試）、生產(chǎn)制造、產(chǎn)品營(yíng)銷(xiāo)、物流、使用及維護(hù)、廢棄及處置等的成本。

關(guān)于可靠性的總的看法

可靠性對(duì)于很多人來(lái)說(shuō)，都是一個(gè)比較模糊和難以確定的一個(gè)概念，即使是經(jīng)過(guò)專業(yè)訓(xùn)練、素質(zhì)很高的產(chǎn)品設(shè)計(jì)和應(yīng)用工程師也很難用幾句話來(lái)表達(dá)清楚。這就是為什么一個(gè)用戶在收到制造廠提供的幾種選擇（價(jià)格、效率和可靠性）中做出購(gòu)買(mǎi)決定是多么的困難。

如果將價(jià)格和效率當(dāng)作“硬幣”的兩個(gè)面來(lái)看待，那么工程師們必須學(xué)會(huì)考察硬幣的第三面 – 可靠性。用這個(gè)比喻，更進(jìn)一步來(lái)說(shuō)，硬幣的第三面，將告訴工程師們更為重要、更具有價(jià)值的一面[2]。

影響離心泵可靠性的因素

影響離心泵可靠性的因素很多，主要分為四大類(lèi)：泵本體設(shè)計(jì)（執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)、水力設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)）、產(chǎn)品加工制造及裝配、配套件選型及設(shè)計(jì)和現(xiàn)場(chǎng)安裝應(yīng)用。其中最主要的影響因素為：

1）壽命

2）效率

3）臨界轉(zhuǎn)速

4）生命周期成本

可靠性與質(zhì)量之間的關(guān)系

人們經(jīng)常將可靠性與產(chǎn)品質(zhì)量理解為同一概念。

定義

百度百科對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的定義：是指產(chǎn)品滿足規(guī)定需要和潛在需要的特征和特性的總和。任何產(chǎn)品都是為滿足用戶的使用需要而制造的。對(duì)于產(chǎn)品質(zhì)量來(lái)說(shuō)，不論是簡(jiǎn)單產(chǎn)品還是復(fù)雜產(chǎn)品，都應(yīng)當(dāng)用產(chǎn)品質(zhì)量特征或特性去描述。產(chǎn)品質(zhì)量特性依產(chǎn)品的特點(diǎn)而異，表現(xiàn)的參數(shù)和指標(biāo)也多種多樣，反映用戶使用需要的質(zhì)量特性歸納起來(lái)一般有六個(gè)方面：即性能、壽命（耐用性）、可靠性與維修性、安全性、適用性和經(jīng)濟(jì)性。

而產(chǎn)品的可靠性定義包括下列四要素：

1）規(guī)定的時(shí)間；

2）規(guī)定的環(huán)境和使用條件；

3）規(guī)定的任務(wù)和功能；

4）具體的可靠性指標(biāo)。

異同

從質(zhì)量的內(nèi)涵可知，質(zhì)量問(wèn)題是產(chǎn)品某些或某項(xiàng)特性不滿足要求，由設(shè)計(jì)、制造和管理等綜合因素導(dǎo)致。可靠性問(wèn)題指的是產(chǎn)品在規(guī)定條件下不能實(shí)現(xiàn)既定功能，問(wèn)題產(chǎn)生的原因?yàn)楫a(chǎn)品失效或故障。

可靠性問(wèn)題是產(chǎn)品的功能失效，基于產(chǎn)品故障而產(chǎn)生。通過(guò)統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)可知，故障的產(chǎn)生期可劃分為3個(gè)階段，即早期故障階段、偶然故障階段和耗損故障階段。對(duì)于含有很多器件的產(chǎn)品，3個(gè)階段都會(huì)存在；有些產(chǎn)品則只含有部分階段，如軟件產(chǎn)品就沒(méi)有耗損階段。

可靠性與質(zhì)量的共同特點(diǎn)是，二者研究的問(wèn)題是所有產(chǎn)品的共性。每種產(chǎn)品都要求滿足固有特性，同時(shí)也不能喪失規(guī)定的功能。

質(zhì)量問(wèn)題是產(chǎn)品某些固有特性不能滿足要求，可靠性問(wèn)題是指產(chǎn)品是否失效?？煽啃员旧硎钱a(chǎn)品的固有特性，產(chǎn)品在規(guī)定的時(shí)間、條件下能夠?qū)崿F(xiàn)既定功能，即為滿足要求；滿足要求則說(shuō)明該產(chǎn)品具備所需能力，即產(chǎn)品質(zhì)量合格 - 此時(shí)不存在可靠性方面的質(zhì)量問(wèn)題。當(dāng)產(chǎn)品的可靠性不能滿足要求時(shí)，可靠性問(wèn)題則被視為質(zhì)量問(wèn)題。

相互關(guān)系

質(zhì)量問(wèn)題和可靠性問(wèn)題之間，在一定程度上存在著交叉關(guān)系。從時(shí)間段上看，可靠性問(wèn)題與質(zhì)量問(wèn)題常常出現(xiàn)在不同階段。研制生產(chǎn)中的產(chǎn)品如果存在問(wèn)題（生產(chǎn)、制造、試驗(yàn)中的不滿足要求），則多為質(zhì)量問(wèn)題；但如果產(chǎn)品可靠性設(shè)計(jì)不合理，產(chǎn)品交付驗(yàn)收時(shí)（如進(jìn)行鑒定試驗(yàn)）可能發(fā)生故障，不滿足設(shè)計(jì)要求。因此可知，質(zhì)量問(wèn)題與可靠性問(wèn)題二者相互影響。

提高產(chǎn)品可靠性的有效手段之一是采用高質(zhì)量等級(jí)的元器件，即運(yùn)用質(zhì)量控制、質(zhì)量保證的方法提高可靠性。反之，很多試驗(yàn)為確保成功而采用加強(qiáng)篩選的措施，即采用可靠性的方法保證質(zhì)量。由此也不難看出，可靠性與質(zhì)量相互補(bǔ)充[3]。

可靠性與使用壽命之間的關(guān)系

毫無(wú)疑問(wèn)，設(shè)備的可靠性可以提高其運(yùn)行壽命。另外，也可以根據(jù)用戶對(duì)設(shè)備使用壽命的要求（如API泵至少為20年，第三代核電站重要用泵至少為60年）來(lái)確定其可靠性。

從事石化泵工作的人們都知道：API泵最大的特點(diǎn)是高可靠性、長(zhǎng)壽命、安裝維護(hù)方便。

API610標(biāo)準(zhǔn)所涉及的內(nèi)容基本來(lái)自于良好的工程驗(yàn)證和操作實(shí)踐，API泵永遠(yuǎn)將安全可靠性放在第一位，如：

最好具有穩(wěn)定的流量-揚(yáng)程曲線，如果規(guī)定是并聯(lián)運(yùn)行，則曲線上的揚(yáng)程上升量至少應(yīng)當(dāng)是額定流量點(diǎn)揚(yáng)程的10%；

對(duì)于單級(jí)揚(yáng)程超過(guò)200米和單級(jí)功率超過(guò)225kW的高能泵，要求葉輪葉片與蝸殼或?qū)~之間必須具有足夠的間隙，以減小葉輪葉片通過(guò)頻率振動(dòng)和小流量時(shí)的低頻振動(dòng)；

壓力泵殼在最壞組合情況下，要求做到運(yùn)轉(zhuǎn)無(wú)泄漏或旋轉(zhuǎn)部件與靜止部件之間無(wú)接觸，并經(jīng)得住水壓試驗(yàn)，同時(shí)還得預(yù)留至少3mm的腐蝕余量；

軸的全長(zhǎng)進(jìn)行機(jī)械加工并進(jìn)行拋光，使總跳動(dòng)不大于25 μm，同時(shí)軸的剛度應(yīng)當(dāng)限定在主要密封面處軸的總撓度小于50μm；

葉輪、平衡鼓及類(lèi)似的主要轉(zhuǎn)運(yùn)部件應(yīng)當(dāng)進(jìn)行到ISO1940-1 G2.5級(jí)的動(dòng)平衡；動(dòng)/靜零部件應(yīng)當(dāng)具有至少50的布氏硬度差，除非靜止和旋轉(zhuǎn)的耐磨表面都具有至少400的布氏硬度；

為了保證任何工況下動(dòng)/靜部件均不易發(fā)生咬合，加大口環(huán)間隙；API泵應(yīng)配置API682標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的集裝式機(jī)械密封；

如果能量強(qiáng)度（即泵額定功率kW和額定轉(zhuǎn)速r/min的乘積）為4百萬(wàn)或更大，則必須使用流體動(dòng)壓徑向軸承和推力軸承等等。

可靠性越高，使用壽命越長(zhǎng)。

可靠性與效率之間的關(guān)系

可靠性與效率是一對(duì)緊密相關(guān)而又相互矛盾的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。有人曾對(duì)不同效率的兩種超臨界600MW機(jī)組50%容量的給水泵作過(guò)效率與可靠性的研究，得出如圖1的曲線[4]。