解析泵類流體機械研究進展及發展方向

吳宏飛

摘 要：泵是將原動機的機械能轉化為液體能量的機械，廣泛應用于國民經濟的各個領域，無論是航空、核電站、核潛艇，還是農業排灌、城市供水、油化工、熱力發電等國家建設的各個方面，都離不開泵行業發展和支持。在現代泵設計理論和方法研究方面，國內各高校學者和企業的工程師們，經過幾代人的努力建立了一套完整的設計理論，取得了豐碩的成果。二十一世紀，隨著計算機的快速發展，計算流體動力學（CFD）技術隨之發展，為泵設計提供了新的研究方法和工具，也為我國泵實際理論的發展提供了新的契機。

關鍵詞：泵;流體機械;設計理論;計算流體力學

目前，泵類流體機械已經涵蓋了生活的方方面面，包括工業、農業、制造業和服務業等國民經濟支柱行業。上世紀60年代，我國通過前蘇聯專家的幫助，將流體機械設計理論成功引入國內。經過近半個世紀的發展，對泵類流體機械技術的深入研究，在泵類流體機械領域取得了豐碩的成果。

1主要研究成果

近年來，計算機技術的發展，使得泵類流體機械產品的設計技術和檢測技術研究有了長足的進步，取得了眾多的成果。

1.1內部流動數值模擬（CFD）和測試研究

目前泵類流體機械的研究進入了一個新的階段，在泵類流體機械的研究中使用了大量新興的方法和技術，如計算流體動力學、計算機仿真技術和一些專業的工程分析軟件等，特別是內部流態模擬和測試實驗。在計算機技術引進之前，許多關鍵技術數據無法準確測量。隨著計算機技術和工程仿真軟件的持續研究開發，專業的數值模擬軟體逐漸出現，為預測泵的性能提供了更加方便的手段，得到了更加準確的設計結果驗證數據，為泵類流體機械產品的設計提供了快速的結果反饋。與此同時，泵類流體機械的設計也逐漸開始采用三維實體造型和計算機輔助機械設計與制造技術，使得泵類流體機械的設計與制造耗時大大減少，可以很方便地對泵類流體機械進行設計確認，從而得到更準確的結果反饋。但是，我們還需要重視在泵流體機械的設計方法和研究方法方面的研究，目前的技術研究與國外仍存在著較大的差距，尤其是計算機輔助設計技術和產品工程分析技術。

1.2預測性能的手段、設計理論的改善和CAD軟件的應用

泵類流體機械產品性能預測的及時性是十分重要的，因為它不僅可以大大縮短產品開發周期，而且還能節約投資。一般來說，預測離心泵性能的方法有很多，如流量分析法、水力損失計算法和神經網絡分析法。但是，上述方法的預測結果均不精確，適用范圍也存在一定的局限性。目前，在泵類流體機械設計領域，越來越多地使用一種工程仿真軟件（CFX），提高了水力設計預測精度。在提升水力方案設計效率方面，部分學者在AUTO CAD軟件的基礎上，二次開發的 PCAD 軟件，將設計流程固化到軟件上，減少了水力模型設計和修改的時間，提高了設計方案效率。這些軟件的開發，對泵類流體機械的設計和開發具有重要的指導意義。

1.3符合我國經濟技術先進性要求的泵類新產品和新技術的研究與應用

經過幾十年的發展，在泵類流體機械的研究中，研制了許多符合我國實際情況的新型泵類流體機械產品。

根據國內無堵塞泵的需求，通過深入研究，使用了無堵塞泵設計法，無過載曲線設計法，設計出的泵類產品，如： 新型旋流前伸式雙葉片排污泵、潛水排污泵等。這些設備采用通道式葉輪設計，過流能力好，部分泵型還具有切割功能，防潮繞功能，清污功能。對于國內產品標準及同類產品平均水平，效率均提高5%～10%，達到國內領先水平。

近年來，國內工業增壓領域的循環泵和供水領域的供水泵的需求大量增加，同時，根據我國十三五規劃節能減排的總體要求，泵的效率成為關鍵指標。而供水領域，人們對飲水安全的關注也持續關注。通過對沖壓焊接工藝的研究，使用沖壓焊接技術制造的泵，解決了人們關注的難點。目前，沖壓焊接泵種類繁多，以安裝型式來分，有立式泵和臥式泵;以級數分：有單級泵和多級泵;沖壓焊接泵，不僅可以用在工業增壓領域和供水領域，還可以用在凈水處理行業、空調暖通、深井提水等領域。沖壓焊接泵，是目前世界最新的水泵制造技術，零部件的加工方法屬于少切削或無切削，加工過程節材、節能、環保。產品效率高，結構緊湊，運行平穩，外形輕巧美觀，是傳統鑄造類泵的更新換代產品。它的發展，符合目前世界上泵行業技術的發展方向，符合我國目前3060碳目標計劃。另外，沖壓焊接泵在解決低比轉速泵效率低的問題上，也具有無可比擬的優勢，產品對比鑄造類產品效率提升10%～15%，遠遠高于泵產品的節能標準。

2泵類流體機械的研究現狀和發展方向

2.1 泵現代設計理論與方法及節能降耗的研究

就泵類流體機械的研究而言，尤其是現代泵設計理論和方法的研究，主要是基于理論和實踐經驗的結合。無論采何種設計理論和方法，設計師的經驗都是至關重要的。這是由于泵內液體的流動是極其復雜，泵內流體的壓力分布狀況也比較復雜，各設計參數復雜多變，設計參數與泵外特性參數之間沒有規律可循。另外，對泵內液體流動機理的研究還不夠深入，現代水泵設計理論和方法的適用范圍也不夠廣泛，還有許多問題亟待解決。隨著國家3060碳目標的提出，對泵行業的發展，提高泵的運行效率成為了發展主題。提高效率，需要在設計方法、測試方法、制造工藝等等方面做出改進。另外，針對泵產品的節能，我們還要關注泵選型和泵所在系統運行的節能，泵產品的性能參數保證了額定點的高效，所以，應用行業在設計系統時，對泵的選型也要格外注意，盡量使泵運行在高效區，避免偏離太大造成的系統不匹配，增加能耗。

2.2 泵類流體機械研究的發展方向

近年來，雖然我國泵類流體機械的設計、制造技術水平與國外的差距越來越小，甚至一些國防裝備使用的泵技術處于世界前列，但是我國泵的總體設計水平仍然比較落后，尤其是在新技術的開發方面，與國外還存在著明顯的差距。同時，我國泵類流體機械產品種類較少，不能滿足一些特殊工況的需求。因此，在今后的研究中，我們需要繼續引進新技術，鼓勵創新和改進。在泵設計技術上，要勇于引進基于3D軟件的設計方法，使用先進的計算流體力學（CFD）預測泵的性能，在設計方案中優中選優，縮短研發的周期。

2.3 泵類流體機械優秀水力模型平臺的建設

提高泵類流體機械設計水平需要長期的積累和總結，需要經過幾代人的努力才能趕上國際水平。雖然水力設計技術的發展，能夠開發出眾多優秀水力模型，但在未來，我們也要兼顧水力模型平臺建設。目前泵設計理論還是半經驗半理論的狀態，需要建立平臺積累研究成果、規劃優秀水力模型庫、沉淀總結設計經驗。便于培養泵類流體機械的設計人員，在平臺的基礎上，不斷改進和創新，研究出更多的成果，促使我國的水力設計水平早日達到國際先進水平。

結束語

綜上所述，我國泵類流體機械研究方法，在引入了3D模型設計和計算流體力學（CFD）的方法之后有了長足的進步和發展，但是，相比國外還是有相當差距。對于特殊行業的產品研究基礎還比較薄弱。在水力模型的積累和管理上，也存在相當大的差距。因此，在十四五規劃的碳目標基礎上，應加大泵類流體機械設計方法的研究，注重水力模型庫建設，提高泵的設計水平，制造水平，使泵類流體機械的設計、制造、測試早日達到國際先進水平。

參考文獻：

[1]吳璀強.解析泵類流體機械研究進展[J].科技與企業，2014（03）：254.

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