現代設計方法在水泵設計中的應用

郭臣生 王平久

沈陽三科水力機械制造有限公司

現代設計方法在水泵設計中的應用

郭臣生 王平久

沈陽三科水力機械制造有限公司

隨著當前水泵的應用領域的不斷增加，對水泵使用環境提出了更高的要求，因此，我們要不斷運用新的科技手段來滿足水泵的使用要求，提升其應用空間。

現代設計方法；水泵設計；應用

1.前言

我們要不斷的運用新的設計理念和方法來提升水泵的應用范圍，滿足水泵的需要。

2.水泵創新設計的思路

水泵的創新設計是設計者在對創造力充分發揮的前提下，使用現有的科學技術進行創造性的構思，從而設計出實用性、創造性、新穎性的產品。在水泵創新設計中要著重解決的問題是對水泵產品的創造模式、機理、方法、過程等進行探討，通過對水泵產品的程式化、算法化、符號化、定量化來強化水泵設計的質量、效率、可靠性。雖然水泵創新設計要基于水泵設計的傳統方法，但是水泵創新設計更追求創造性，因為要加強水泵產品的競爭力就必須強調設計的創新性。在水泵創新設計中，雖然設計的投入只有產品總投入的5%，但是設計的決策在產品投入中占70%。由于在設計階段就要對產品的結構、性能、成本、質量、維護等因素進行確定，且創新設計不僅是關于產品使用周期的設計，還是關于用戶和市場的設計，因此只有通過水泵設計的創新才能使水泵產品具有更加良好的競爭力。水泵的創新設計不僅繁雜、耗時、費腦力，還緊張、繁重、費體力，要有效地提升創新設計的效率，就要使用科學的設計工具和設計方法，而設計的自動化便是創新設計的理想目標。

3.結合現代設計法實現優化水泵設計策略

3.1 優化參數

泵的設計參數至關重要。參數選擇是泵設計的基礎，部分設計的設計往往更關注泵的整體安全性，設計理念符合系統設計要求，但保守設計也容易導致泵流量和電梯過大，相應的設計標準超過要求的裕量。在泵操作過程中，隨著容易磨損的運動逐漸增加，影響流量，顯著降低泵效率。總的來說，通過引入現代設計方法，通過使用計算機輔助設計和優化設計方法實現泵設計參數優化的真正價值，然后確保泵的一般流量余量更大大于或等于10%，壓頭余量小于或等于20%，以確保泵處于良好的工作狀態，保持高效率。

3.2 液壓損失控制

水泵水力損失的主要形式是液壓摩擦損失和局部損失。在本研究中，將分別分析兩種類型的損失問題。通過使用現代設計方法可以進行結構設計，材料選擇等方面的質量和效率，實現持續優化和創新。

3.2.1 水摩擦損失控制策略。首先，降低液壓摩擦系數。阻力系數傾向于與泵流體的粘度和流動表面的粗糙度直接相關。所以泵的轉輪應保持清潔明亮，在泵的設計選擇上，葉輪等部件應采用更加精密的鑄造技術和優質材料，同時泵還應注意工作的過程葉輪等位置的維修工作，實現泵效率。第二個是減少泵流道長度。如果泵內每個流動通道的長度過長，則顯然會增加液壓摩擦損失，因此泵應確保葉片從入口側到出口側的纏繞角度是合理的，并且不會引起液壓由于太大的纏繞角導致的損耗。不能太小的包裝角度，導致使用葉片之間的流動效率下降。在正常情況下，角度應包裹在85°～110°之間。

3.2.2 局部丟失控制策略。液壓泵的局部損失主要發生在流道內明顯增大，收緊，轉彎，流動和逆流會聚等場所。液流在上述位置容易產生渦流，液體旋轉產生摩擦和沖擊，然后消耗部分動能，導致液壓動力損失。在設計泵時應從幾個方面入手，從而減少局部液壓泵損失：第一是關注適用性。在葉輪葉片的實際設計中，導葉葉片不是太厚，設計者充分考慮了泵的運行穩定性，安全性和效率問題，通過科學的計算和分析，盡可能控制葉片厚度，然后減小局部液壓泵堵塞問題。第二個是合理的選擇。選用葉輪葉片，導葉導入和導出角度。特別是葉輪進出口容易導致過渡區的水損失，應注意設計的有效性和專業性，避免造成水力損失，影響后期的經濟運行。

4.現代設計方法在水泵設計中的應用

4.1 水泵的計算機輔助設計

從新世紀開始，計算機輔助設計(CAD)作為一種現代設計方法在中國得到了廣泛的研究和普及。該方法利用計算機運行速度，運算結果精確，記憶功能強，邏輯運算能力強的特點，最終通過人機交互完成設計。在泵設計中，計算機輔助設計方法主要涉及CAD設計。與傳統設計相比，泵的CAD設計具有精度高，可靠性好，成本低，設計周期短等特點，而且在一定程度上釋放了工人的勞動力。然而，CAD設計在三維設計中，仍有很大的缺陷，我相信在后續的研究中，問題會是一個很好的解決方案，CAD設計中的泵設計會更廣泛。

4.2 水泵的有限元分析

有限元分析是20世紀60年代開發的一種新型數值分析方法。它是一種基于計算機技術發展的重要工程分析方法。它依靠計算機技術，隨著計算機技術的發展在各種工程設計中的應用。有限元分析的本質是離散化的結構，分為有限數量的易于分析的單元，最終的再合成解，得出結論。例如：在ZYT3H-8/450高壓三活塞泵設計的重要部件中，有限元分析和設計已被廣泛應用。ZYT3H-8/450高壓三活塞泵的負荷很復雜。有限元方法可用于構建模型，ANSYS軟件用于分析活塞，連桿和曲軸的負載。獲取負載分布，方便下一步的設計。有限元分析方法在水泵設計中的應用可以克服傳統設計方法中經驗公式設計的局限性，使設計更加精確。它可以顯著提高泵產品的綜合性能，縮短設計周期，提高使用壽命和市場、競爭力。

4.3 水泵的優化設計

泵的設計工作，如泵壽命，泵效率和泵的可靠性等因素都需要考慮，而傳統的設計方法在協調中的影響很多因素無效。這需要應用現代設計方法來優化統一規劃的設計。在泵設計工作中，優化設計方法與計算流體力學和基本流量理論相結合，從泵的最小液壓損失開始，以泵效率為原則，設計用于調節泵流量參數和幾何參數，獲得最佳參數設置。在國內，泵的優化設計方法主要包括損耗極限優化設計方法，速度系數優化設計方法和CFD優化設計方法。

5.結束語

在當前水泵設計的過程中，要不斷運用新的設計方法和工藝，提高水泵的設計水平。

[1]姜巧巧，王柳云，江靈玲.現代設計方法在水泵設計中的應用[J].科技致富向導，2015(15)：68-69

[2]邵國輝，賴喜德.現代設計方法在水泵設計中的應用[J].機械設計與制造，2009，(8)：91-93.