水泵設計制造水平提升策略分析

摘 要：改革開放以來，我國整體工業水平持續提升，機械設計、研發制造能力日益增強。就水泵這類常見產品而言，我國水泵相關設計和制造技術已經取得突破，我國自主生產的水泵在國內市場份額占比逐年遞增。但相對比國外先進技術而言，我國水泵設計和制造水平依然較低，有針對性展開相關研究，利于我國企業在水泵領域的創新發展，有助于進一步提升我國水泵產品的市場競爭力。

關鍵詞：水泵；制造；科技

引言

在經濟社會快速發展的背景下，我國在整體機械設計制造領域取得長足進步。其中在水泵設計制造方面，已經實現了技術突破，逐漸成為水泵生產制造強國。水泵是常見的液體輸送和增壓機械，廣泛應用于供水、排污、石油輸送發電等公共服務和基礎工業當中。總體上，水泵應用廣泛，展開水泵設計制造水平方面研究具有積極現實意義和價值，有助于推動水泵設計制造水平取持續提升。

1 水泵設計制造發展概述

水泵制造業是我國通用機械制造業的重要組成部分，在社會經濟建設當中發揮著非常重要的作用。當前我國的水泵在設計和制造方面多以聯合設計、技術引進和自主研發等幾種形式為主。我國市場上常見的水泵基本是技術相對成熟的產品，在自主研發方面，我國水泵設計制造企業依然缺乏足夠競爭力，仿制和改進依然是中低端水泵產品的主要制造模式。在實際制造和設計過程中，因為缺乏自主研發能力，水泵整體制作空間拓展性不強，在創新技術應用、新材料使用等方面缺乏突破。雖然在加入世貿組織后，我國水泵產業國際化步伐加快，更多國外產品進入我國國內市場，帶動了市場的升級改造，但我國水泵產品市場競爭力不強的現狀越發突出。加快提升水泵國產化率步伐，推動水泵產品出口已經成為當務之急，其成效如何，直接關系到我國水泵工業未來。

2 水泵設計制造效能提升主導思想

水泵設計制造效能提升關鍵是做好技術創新，將更多新技術和新材料應用到水泵制造和設計當中。現階段，水泵設計制造主流技術多由發達國家企業掌握，在水泵設計制造工藝持續發展過程中，形成了掌握自主知識產權、突出結構設計、注重新材料應用的主導思想。德國等水泵技術領先國家，對水泵設計制造用材非常重視，生產材料必須達到高標準才能使用，同時發達國家水泵制造企業也注重于設計制造的細節化。目前總體來看，國際上水泵設計制造主導思想體現在幾方面：

第一是注重于新技術應用。在實際的設計和制造領域，國外企業引入了大容量計算機精準預測技術、模型計算機設計技術等創新技術，同時隨著磁性軸的發明和應用，實現了水泵領域的技術突破，全方面提升了水泵整體工藝水平。

第二是充分注重技術開發。在水泵開發研究中逐漸發現汽蝕現象，該研究成果實際價值突出。同時部分國外企業也展開了雙方向水泵震動特征研究。總體上看，一系列技術開發有效激發了水泵生產制造潛能。

第三是積極應用計算機輔助設計制造。計算機輔助設計制造技術大幅度提升了設計制造效能，同時也有助于控制成本，增強水泵設計制造的效能。

3 改造我國水泵設計性能的可行性措施

可以預見，隨著我國基礎工業的快速發展，水泵等機械設備設計制造效能持續提升問題必然將更為突出。改造我國國內水泵設計性能應主要從下述三方面著手。

3.1 積極展開葉輪改造

葉輪是水泵的關鍵部件，可謂是水泵的心臟。葉輪決定著水泵的實際效率和質量。在相同工況和設計技術相似情況下，水泵泵體對其性能的影響并不大，而葉輪對水泵的影響是直接和持續的。積極展開葉輪改造，其實用性價值突出，對于葉輪的改進早已經成為提升水泵工作效能的關鍵之舉。設計和制造單位應著重引進國外創新技術，利用大容量精確計算機預測技術對葉輪進行模型預測，進而實現有效設計，同時也應運用有限元計算和實驗模態分析對葉輪動態特征進行計算和分析。在此基礎上，模態置信度和特征值靈敏度理論也被充分應用到了葉輪的設計創新當中，進而構成了一套動態性突出的葉輪設計體系，有效延長了成品葉輪的使用年限，提升了葉輪運行性能。

在葉輪生產工藝改造方面，相關機構和單位也應從研發角度入手，通過引入新材料等方式，切實提升葉輪的質量，確保葉輪的實用性和穩定性。

3.2 推動三元流技術應用

三元流技術是我國在水泵設計制造領域中為數不多的一項國際領先技術。早在上世紀80年代，該技術就被國際學術界公認為未來水泵設計制造領域的關鍵技術。80年代中期射流——尾跡三元流動計算方法已經開始被運用到水泵設計中，隨著技術的發展，三元流動理論得到不斷豐富和創新。現階段，包括我國在內的世界主要工業國都在運用三元流動理論和方法，開展水泵的設計和制造。

“射流——尾跡”這一科學現象最早被人們發現于航空離心壓氣機當中，科學家通過激光測速技術觀察到相關現象。實踐證明在水泵設計過程中可見粘性和壓力梯度的存在，使得泵輪出口沿葉片吸力面等部位會有流體脫流，產生尾跡區現有的技術當中，“射流——尾跡三元流動”計算技術能夠最為簡便、準確做出定量分析，獲取相應結果，使水泵性能更加穩定，進一步提高水泵性能。

水泵三元流葉輪改造是切實提升水泵質量的關鍵之舉。該技術采用了先進的水泵設計軟件系統，對水泵內部水力部件進行有針對的優化設計，可以使設計者在不改變水泵電機、管線固定條件基礎上，進一步增大水泵流量、提高其壓力，增大水泵的泵效。

3.3 計算流體力學運用

計算機輔助設計早已經成為當前工業機械設計的基礎和重點。計算流體力學的重點價值，體現在能夠通過計算機求解相關——方程控制流體流動。在現階段計算流體力學技術主要分為三個運用重點，其一是基本數值運用、其二是計算實驗輔助運用、其三是工程問題處理運用。計算流體力學主要在計算實驗輔助運用方面體現出更大價值。充分運用計算流體力學計算，能夠切實減少試驗次數，提高設計改造效率，同時控制了成本。為了進一步突出計算流體力學優勢，學者開發出三維粘性數值模擬軟件系統，可以在較低資金投入前提下，加快水泵研發速度。我國國內研究機構為有效提升水泵設計制造水平，著重從下述方面進行了計算流體力學相關運用：

一是葉輪網格生成技術研究。該技術是進行流體流動數值模擬模型的基礎保障。葉輪網格的劃分是實現流數值模擬的關鍵技術之一，影響著解析的效果，在實際的研發過程中相關機構或企業應加大研發的資金和技術投入，確保葉輪網格劃分更加科學。

二是對離心泵內部流場進行有效分析。利用計算流動數值技術對離心泵內部流動規律進行研究，能夠有效推動離心泵設計工作。

總體來看，計算流動數值技術是一項關系到水泵設計制造多環節的技術，在水泵研發過程中充分運用該技術，能夠切實提升研發效率和水平，解決尚存的一部分實際問題，取得創新突破。

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