如何提升水泵設計與制造水平

王妙云　樊華

摘? 要：水泵是社會生產生活中不可或缺的通用機械設備，對社會經濟發展和生活質量改善有著積極的推動作用。長期以來，我國通過積極引進國外水泵先進生產技術，水泵設計與制造水平相較過去有大幅的提升，水泵制造技術呈現出多元化發展趨勢。然而近些年隨著全球能源緊張，歐美等西方國家對水泵的能效指標要求又有了進一步的提高，和國外先進的水泵設計制造水平相比，我國目前的研發仍然處于相對偏低的水平，研發周期長，投入成本高，特別是在水力設計上和制造工藝方面，對既有經驗依賴性強，還需要對水泵設計制造創新保持高度重視，加大設計制造創新投入力度，力爭達到世界先進水平。基于此，本文將對如何提升水泵設計與制造水平進行分析。

關鍵詞：水泵;設計;制造水平

1 水泵設計制造發展概述

現階段，水泵行業對我國制造業的影響是十分重要的，同時也在我國社會經濟發展中占有一席之地。目前，我國的水泵設計與制造呈現出多元化發展趨勢。通過自行研發或引進國內外先進生產技術對水泵進行設計制造。在引進國內外先進技術生產的水泵現階段己成為我國使用的主流水泵。但是，我國自主研發的水泵在市場經濟面前還是缺少競爭力的。這一現象在我國加入到WTO后表現的由為突出。所以我國在對水泵的自主研發方面的研究也已迫在眉睫，加速提高國產化水泵技術，是我國水泵行業未來的發展方向。

2 水泵設計制造存在的問題

2.1 技術問題

目前國內一些企業在水泵設計制造過程中，依然采用傳統的設計理念和方法，水泵產品的技術含量不高。以節能技術為例，很多設計人員對水系節能方面知識缺乏了解，導致水泵產品節能水平較低。水泵的節能問題，不僅體現在水泵能效指標、MEI值等方面，還需要結合水泵產品的具體使用目的、環境及運行工況來綜合考量，兼顧水泵自身性能的穩定性、經濟性等指標。在節能方面，國內水泵設計制造還有較長的一段路要走。

2.2 材料問題

水泵產品需要使用健康、環保的材料，兼顧產品的性能、使用壽命、生產成本等多方面因素。然而目前水泵設計制造往往側重于性能指標而忽略了其他性能，比如追求高效率、低成本而選用非環保的材料，追求環保節能導致管道材料使用壽命短。水泵材料的選擇，直接關系到水泵產品的質量和壽命，關系到人民群眾的切實利益，還需要不斷積累經驗，滿足客戶的需求，全面考量產品的使用工況，提升水泵產品的材料品質。

3 提升水泵設計與制造水平的有效對策

3.1 優化葉輪設計

葉輪在水泵的組成結構中屬于核心部件，其正常運行是水泵功能發揮的重要基礎，因此也可將葉輪稱之為水泵的心臟。如果外界環境工況相同且工作量沒有顯著差異，那么環境對于水泵產生的影響相對較弱，但是水泵的葉輪可對其產生較大影響，且葉輪產生的影響具有連續性。因此，在水泵設計和制造中對葉輪進行重新優化設計和改造十分重要。第一，積極學習國外先進技術，重點學習大容量預測技術，并以此為基礎建立水泵葉輪設計和預測等模型。第二，可利用有限元計算和模態分析多種方法計算和分析水泵葉輪存在的動態性能，并引入模態置信度和特征靈敏度相關理論，提供動態性葉輪改進和設計方法。這不但能夠優化水泵的空間性能，而且能延長其使用年限。第三，改造水泵葉輪的設計技術，展現技術的適用性和靈活性特點。相關部門可加大研發力度，深入研究國際上先進的三元流和CFD等技術，組建專業研發團隊，為其設計工藝的優化提供支持。綜上所述，完善水泵設計時需重點關注葉輪的靈敏度和置信度，制定動態化葉輪設計系統，不斷提高其運行效率，延長其使用年限，提高葉輪設計質量，從而為水泵的正常使用奠定基礎。

3.2 計算流體力學運用

現階段，計算機技術應用廣泛，在水泵設計中融入計算機技術也己成為發展趨勢，所以，通過計算機對水泵的流體力學進行分析，是目前我國水泵設計者的首選。目前，水泵設計通過計算機進行流體力學計算分析主要是通過以下幾種方式;第一，基體參數的應用;第二，計算機輔助實驗系統;第三，在工程的運用以及處理過程中，流體力學的運用是對計算試驗有著非常大的輔助作用的。合理有效的對計算流體力學進行運用，可以有效的對試驗的次數進行控制，對工程的改造以及設計的效率進行有效改造，這樣對工程施工的成本也能有效的進行控制。為了能夠更加有效的體現流體力學的有點，相關人員對于流體力學的軟件進行開發，有了三維粘性數值模擬的軟件系統后，就能夠在低成本投入的情況下，使用水泵的流速來進行計算。在我國，目前使用了兩種方式對水泵的流速進行技術研究，這兩種方式也對流體力學的計算有這個很大的作用。第一就是葉輪網的生成技術，葉輪網技術主要是對流體數值基礎保障進行研究分析，網格的劃分也是流體模擬數值體現的價值技術的重要部分。在實際的開發過程中直接對解析的效果有著影響。同時也加強了網格劃分的科學性。其次就是離心泵的研究以及離心泵對流場的分析，這一分析主要及時利用離心泵的內部流動規律來進行的計算研究。離心泵流場的合理計算對于此項研究是非常有幫助的。總的來說，計算的流動數值影響了水泵設計以及制造中的很多個方面的技術手段。在水泵的設計中，合理使用此項技術能夠有效的保證水泵的研發以及效率，同時還解決了水泵在施工使用過程中的一些問題，做到了對水泵技術的突破和創新。

3.3 選用優質材料

選用適合的材料是保證水泵產品質量的基礎。作為液體輸送工具，水泵及其管道設計必須慎重考慮選材問題，絕不能馬虎大意。水泵產品在日常生產生活中被頻繁的使用，需要經受液體無數次的沖刷，選材好壞關系到使用壽命的長短，必須確保自身封閉性良好，不會出現液體泄漏問題。同時，要具有較強的抗腐蝕能力，并足夠安全環保，不會為人體健康和自然環境造成危害。

以水泵管道材料為例，水泵管道材料選擇首先要考慮密閉性是否良好。管道需要靠管內外壓力形成液體流通，只有滿足密閉性要求才能確保暢通流動。在此基礎上，還需要考慮管道材料的耐腐蝕性，是否能經受介質液體長年累月的沖刷。如果選用橡膠材料，雖然短期內具有較好的抗腐蝕性表現，但長期使用會出現被介質液體腐蝕爛掉的問題，不僅影響水泵的正常運轉，還可能導致健康安全問題。因此，水泵設計制造需要借鑒國內外先進的材料技術，研發出更好的水泵制造材料，提升水泵產品的質量穩定性。

3.4 加強三元流技術的研發與應用

國內水泵設計制造企業需要一直繃緊技術創新這根弦，保持三元流技術等方面的領先性，依靠技術創新提升水泵制造業水平。

在航空離心壓氣機中發現的“射流—尾跡”現象就具有很大的研究價值。目前對于尾跡計算缺乏準確的方法，受黏性、壓力梯度影響，葉輪出口在前蓋板表面和葉片吸力面存在流體脫流，必須借助“射流—尾跡”三元流動計算才能得出定量分析的結果。依靠這一技術，可以實現水泵產品的性能提升。水泵三元流葉輪改造就是借助三元流理論，對水泵內水力部件進行優化設計，在相同電機、泵體、管線條件下能夠有效提升流量和壓力，獲得更高的泵效率。

4 結束語

在水泵設計和制造等領域，為響應國家節能減排要求，設計人員要不斷提升水泵效率，控制其使用成本，延長其使用年限，最大化利用能源。雖然當前我國在該領域已經取得了不小的成就，國內市場上我國自主研發設計的水泵占據份額較高，但是相比于國外水泵設計和制造過程運用的理念和技術還存在不足。因此，水泵設計和制造等領域需要秉承靈活和自主理念，選擇高品質材料，積極運用葉輪改造等技術，不斷提高水泵的制造水平。

參考文獻：

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