現代設計方法在水泵設計中的應用研究

摘 要：水泵運行效率、運行穩定性等一系列問題，長期受到業內的普遍關注。通過創新和優化設計方法能夠有效提升水泵設計效率和水平。本次研究將圍繞現代設計法在水泵領域的科學應用而展開，研究的實際意義突出，所取得的研究成果具有一定可借鑒意義。

關鍵詞：現代設計法；水泵；設計

序言

現代設計是計算機、信息化、數據化技術發展所形成的一類創新性設計理論和方法總稱。現代設計是一門專業性強、學科之間彼此交叉的學科。其中現代設計法的主要目標在于實現產品的創新設計。現代設計法主要包括優化設計、計算機輔助設計等內容。

水泵作為常見的機械組件之一，隨著工業的快速發展，有效降低水泵能耗，相應提升其生產作業效能已經成為關鍵。本次研究將從現代設計理念、方法在水泵設計中應用入手，提出強化水泵效率、提升其運行穩定性、經濟性的措施。

1 現代設計法特點分析

現代設計法主要具備三方面的特點：其一是系統化。現代設計法具有整體性，形成了一個系統化的設計體系，在固有集成化設計的基礎上，能夠使不同設計進行有效綜合，提升設計的專業化水平，進而能夠圍繞設計系統實現預期設計目標。其二是智能化。現代設計法充分運用到計算機輔助設計、互聯網技術等創新技術，使設計的實效性和準確性都得到大幅度提升。其三是創新性。現代設計法具有突出的創新性，通過設計理念、設計技術、設計方法的實際創新，帶動設計水平和標準的持續提升，推動工業化、機械化的全面發展。

2 現代設計法在水泵設計中的應用價值

水泵設計優化具有積極的現實價值。其價值主要體現在經濟性、安全性和實效性三方面。

2.1 經濟性

通過運用現代設計法對水泵進行優化設計，能夠在一定程度上降低成本投入，在較少投入情況下，獲取更為理想的回報。由此可見，運用現代設計法能夠科學合理實現水泵設計優化工作，該實踐具有突出的經濟性。

2.2 安全性

水泵運行中出現安全問題往往源于設計不合理和組裝不到位等原因。引入現代設計法進行水泵的設計，能夠切實提升水泵的整體安全性，降低水泵出現安全問題的機率。

2.3 實效性

水泵優化設計和組裝的根本目的在于要不斷增強水泵運行的實效性，確保水泵能夠處于一個良好的運行狀態下，使水泵能夠發揮應有作用。通過運用現代設計法進行水泵設計能夠進一步強化水泵運行的實際效果，體現出其實效性。

3 現代設計方法在水泵設計應用重點分析

3.1 計算機輔助設計

在水泵設計中，當前我國研究學界和實務界積極運用的一種技術是計算機輔助設計。計算機輔助設計建立在完善的計算機技術系統和分析系統基礎上，隨著信息和數據技術的不斷發展，計算機輔助設計能夠幫助設計者在有效人機互動前提下，更好地完成設計工作。

3.2 優化設計

優化設計是在原有設計基礎上的延伸設計和深入化設計。在傳統設計法難以滿足于水泵應用發展要求的背景下，優化設計能夠根據應用實際和科學化設計要求，實現多元化設計和精確化設計，使設計參數獲取和設計參數修正效率更高，進而全面提升水泵運行的安全性和穩定性。

4 結合現代設計法實現優化水泵設計策略

4.1 優化參數

水泵設計的參數選取非常關鍵。參數選取是水泵設計的基礎，部分設計人員在設計中往往更多顧及水泵的整體安全性，這種設計理念基本符合系統設計要求，但設計思想保守也容易導致水泵流量及揚程過大、水泵設計相應設計標準超過要求裕量。在水泵運行過程中，其動靜配合處容易因間隙磨損逐漸增大，影響流量，明顯降低水泵效率。總體來看，通過引入現代設計法，通過運用計算機輔助設計和優化設計方法，實現水泵設計參數優化的現實價值突出，進而能夠確保水泵一般流量裕量大于等于10%，揚程裕量則小于等于20%，確保水泵處于良好運行狀態下，保持較高效率。

4.2 控制水力損失

水泵的水力損失主要形式是水力摩擦損失和局部損失。本次研究將分別對兩類損失問題進行分析。通過運用現代設計法可以從結構設計、材料選取等方面提質增效，實現持續優化創新。

4.2.1 水力摩擦損失控制策略

一是減小水力摩擦阻力系數。阻力系數往往會與水泵液體粘性和過流表面的粗糙度有直接關系。因此水泵流道應保持光潔，在水泵設計選材時，在葉輪等部件上應采用更為精密的鑄造技術和優質材料，同時水泵加工過程中也應注重在葉輪進出工作面等位置的修光作業，實現水泵效率的提升。二是減小水泵流道長度。水泵內部的各個流道如果長度過長，明顯會增加水力的摩擦損失，因此在水泵設計時要確保葉片從進口邊到出口邊的包角大小合理，不能因包角過大造成水力損失，同時也不能包角過小，造成葉片間流道利用效率的下降。一般情況下包角幅度應在85°～110°之間。三是有效增加水力半徑。濕周中圓形濕周最大，而長方形最小，方形適中。為了能夠減小濕周，水泵葉輪進出口等位置應盡可能采用方形流道。

4.2.2 局部損失控制策略。水泵水力局部損失主要發生在流道明顯增大、收緊、轉彎、流道與液流反向匯合等位置。液流容易在上述位置產生漩渦，液體旋轉產生了摩擦和沖擊，進而消耗了部分動能，導致水力出現損失。在水泵設計時應從幾方面入手，進而降低水泵水力的局部損失：第一是注重適用性。在實際設計中葉輪葉片、導葉葉片不易太厚，設計者充分考慮到水泵運行穩定性、安全性和效率問題后，通過科學計算和分析，盡可能控制葉片厚度，進而減小水泵局部水力阻塞問題。第二是合理選型。有針對性地選擇葉輪葉片、導葉葉片的進出口角度。尤其是葉輪進出口等容易造成水力損失的過渡區，則應注意設計的實效性和專業性，避免造成水力損失，影響后期運行的經濟性。同時進口邊要適當向吸入口延伸，增加葉片的重疊程度，進而有效減少流道擴散，避免水力局部損失。第三是突出創新。在水力局部損失控制方面，也要采取相應的創新設計策略。如在密封環、導葉套、軸套等部位開環形槽，水泵內部的這些槽能夠起到控制水壓的作用，使水從高壓一側流向低壓，起到節流的實際作用，減少水力的損失。

5 結束語

綜上所述，可見現代設計方法的普遍應用具有積極的現實意義，該類技術方法在水泵設計方面發揮著提升水泵運行效率、有效控制運行成本的作用。

參考文獻

[1]陳學武.常用立式水泵安裝質量控制[J].福建建筑，2011（5）.

[2]張梁，郭雷，尹俊連，等.水泵水輪機水輪機工況大流量區數值分析[J].排灌機械工程學報，2012（5）.

[3]楊魏，王福軍，王宏.離心風機葉片三維反問題優化設計[J].農業機械學報，2012（8）.

[4]冉紅娟，張瑤，羅先武，等.可逆式水輪機泵工況下駝峰現象的數值模擬[J].水力發電學報，2011（3）.

[5]華維，郭昀凱.基于水輪機震動的原因及對策處理[J].技術與市場，2015（11）.