如何提升水泵设计与制造水平

王妙云　樊华

摘  要：水泵是社会生产生活中不可或缺的通用机械设备，对社会经济发展和生活质量改善有着积极的推动作用。长期以来，我国通过积极引进国外水泵先进生产技术，水泵设计与制造水平相较过去有大幅的提升，水泵制造技术呈现出多元化发展趋势。然而近些年随着全球能源紧张，欧美等西方国家对水泵的能效指标要求又有了进一步的提高，和国外先进的水泵设计制造水平相比，我国目前的研发仍然处于相对偏低的水平，研发周期长，投入成本高，特别是在水力设计上和制造工艺方面，对既有经验依赖性强，还需要对水泵设计制造创新保持高度重视，加大设计制造创新投入力度，力争达到世界先进水平。基于此，本文将对如何提升水泵设计与制造水平进行分析。

关键词：水泵;设计;制造水平

1 水泵设计制造发展概述

现阶段，水泵行业对我国制造业的影响是十分重要的，同时也在我国社会经济发展中占有一席之地。目前，我国的水泵设计与制造呈现出多元化发展趋势。通过自行研发或引进国内外先进生产技术对水泵进行设计制造。在引进国内外先进技术生产的水泵现阶段己成为我国使用的主流水泵。但是，我国自主研发的水泵在市场经济面前还是缺少竞争力的。这一现象在我国加入到WTO后表现的由为突出。所以我国在对水泵的自主研发方面的研究也已迫在眉睫，加速提高国产化水泵技术，是我国水泵行业未来的发展方向。

2 水泵设计制造存在的问题

2.1 技术问题

目前国内一些企业在水泵设计制造过程中，依然采用传统的设计理念和方法，水泵产品的技术含量不高。以节能技术为例，很多设计人员对水系节能方面知识缺乏了解，导致水泵产品节能水平较低。水泵的节能问题，不仅体现在水泵能效指标、MEI值等方面，还需要结合水泵产品的具体使用目的、环境及运行工况来综合考量，兼顾水泵自身性能的稳定性、经济性等指标。在节能方面，国内水泵设计制造还有较长的一段路要走。

2.2 材料问题

水泵产品需要使用健康、环保的材料，兼顾产品的性能、使用寿命、生产成本等多方面因素。然而目前水泵设计制造往往侧重于性能指标而忽略了其他性能，比如追求高效率、低成本而选用非环保的材料，追求环保节能导致管道材料使用寿命短。水泵材料的选择，直接关系到水泵产品的质量和寿命，关系到人民群众的切实利益，还需要不断积累经验，满足客户的需求，全面考量产品的使用工况，提升水泵产品的材料品质。

3 提升水泵设计与制造水平的有效对策

3.1 优化叶轮设计

叶轮在水泵的组成结构中属于核心部件，其正常运行是水泵功能发挥的重要基础，因此也可将叶轮称之为水泵的心脏。如果外界环境工况相同且工作量没有显著差异，那么环境对于水泵产生的影响相对较弱，但是水泵的叶轮可对其产生较大影响，且叶轮产生的影响具有连续性。因此，在水泵设计和制造中对叶轮进行重新优化设计和改造十分重要。第一，积极学习国外先进技术，重点学习大容量预测技术，并以此为基础建立水泵叶轮设计和预测等模型。第二，可利用有限元计算和模态分析多种方法计算和分析水泵叶轮存在的动态性能，并引入模态置信度和特征灵敏度相关理论，提供动态性叶轮改进和设计方法。这不但能够优化水泵的空间性能，而且能延长其使用年限。第三，改造水泵叶轮的设计技术，展现技术的适用性和灵活性特点。相关部门可加大研发力度，深入研究国际上先进的三元流和CFD等技术，组建专业研发团队，为其设计工艺的优化提供支持。综上所述，完善水泵设计时需重点关注叶轮的灵敏度和置信度，制定动态化叶轮设计系统，不断提高其运行效率，延长其使用年限，提高叶轮设计质量，从而为水泵的正常使用奠定基础。

3.2 计算流体力学运用

现阶段，计算机技术应用广泛，在水泵设计中融入计算机技术也己成为发展趋势，所以，通过计算机对水泵的流体力学进行分析，是目前我国水泵设计者的首选。目前，水泵设计通过计算机进行流体力学计算分析主要是通过以下几种方式;第一，基体参数的应用;第二，计算机辅助实验系统;第三，在工程的运用以及处理过程中，流体力学的运用是对计算试验有着非常大的辅助作用的。合理有效的对计算流体力学进行运用，可以有效的对试验的次数进行控制，对工程的改造以及设计的效率进行有效改造，这样对工程施工的成本也能有效的进行控制。为了能够更加有效的体现流体力学的有点，相关人员对于流体力学的软件进行开发，有了三维粘性数值模拟的软件系统后，就能够在低成本投入的情况下，使用水泵的流速来进行计算。在我国，目前使用了两种方式对水泵的流速进行技术研究，这两种方式也对流体力学的计算有这个很大的作用。第一就是叶轮网的生成技术，叶轮网技术主要是对流体数值基础保障进行研究分析，网格的划分也是流体模拟数值体现的价值技术的重要部分。在实际的开发过程中直接对解析的效果有着影响。同时也加强了网格划分的科学性。其次就是离心泵的研究以及离心泵对流场的分析，这一分析主要及时利用离心泵的内部流动规律来进行的计算研究。离心泵流场的合理计算对于此项研究是非常有帮助的。总的来说，计算的流动数值影响了水泵设计以及制造中的很多个方面的技术手段。在水泵的设计中，合理使用此项技术能够有效的保证水泵的研发以及效率，同时还解决了水泵在施工使用过程中的一些问题，做到了对水泵技术的突破和创新。

3.3 选用优质材料

选用适合的材料是保证水泵产品质量的基础。作为液体输送工具，水泵及其管道设计必须慎重考虑选材问题，绝不能马虎大意。水泵产品在日常生产生活中被频繁的使用，需要经受液体无数次的冲刷，选材好坏关系到使用寿命的长短，必须确保自身封闭性良好，不会出现液体泄漏问题。同时，要具有较强的抗腐蚀能力，并足够安全环保，不会为人体健康和自然环境造成危害。

以水泵管道材料为例，水泵管道材料选择首先要考虑密闭性是否良好。管道需要靠管内外压力形成液体流通，只有满足密闭性要求才能确保畅通流动。在此基础上，还需要考虑管道材料的耐腐蚀性，是否能经受介质液体长年累月的冲刷。如果选用橡胶材料，虽然短期内具有较好的抗腐蚀性表现，但长期使用会出现被介质液体腐蚀烂掉的问题，不仅影响水泵的正常运转，还可能导致健康安全问题。因此，水泵设计制造需要借鉴国内外先进的材料技术，研发出更好的水泵制造材料，提升水泵产品的质量稳定性。

3.4 加强三元流技术的研发与应用

国内水泵设计制造企业需要一直绷紧技术创新这根弦，保持三元流技术等方面的领先性，依靠技术创新提升水泵制造业水平。

在航空离心压气机中发现的“射流—尾迹”现象就具有很大的研究价值。目前对于尾迹计算缺乏准确的方法，受黏性、压力梯度影响，叶轮出口在前盖板表面和叶片吸力面存在流体脱流，必须借助“射流—尾迹”三元流动计算才能得出定量分析的结果。依靠这一技术，可以实现水泵产品的性能提升。水泵三元流叶轮改造就是借助三元流理论，对水泵内水力部件进行优化设计，在相同电机、泵体、管线条件下能够有效提升流量和压力，获得更高的泵效率。

4 结束语

在水泵设计和制造等领域，为响应国家节能减排要求，设计人员要不断提升水泵效率，控制其使用成本，延长其使用年限，最大化利用能源。虽然当前我国在该领域已经取得了不小的成就，国内市场上我国自主研发设计的水泵占据份额较高，但是相比于国外水泵设计和制造过程运用的理念和技术还存在不足。因此，水泵设计和制造等领域需要秉承灵活和自主理念，选择高品质材料，积极运用叶轮改造等技術，不断提高水泵的制造水平。

参考文献：

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