泵設計制造水平提升策略分析

江勁松

（廣州市昕恒泵業制造有限公司，廣東廣州 510530）

0 引言

對國家工業總體發展水平進行分析可以發現，國內的通用機械設計和制造工作發展速度較快，特別是在泵設計和生產發展速度方面。但是與發達國家相比，國內的泵設計制造水平仍然存在一定差距，相關單位需要提高重視，及時開展各項分析工作，切實提高泵的設計質量。

1 泵設計制造發展歷程

通用工程發展過程中需要大量的泵制造，這是保障工程各項工作順利開展的重要因素。在當前國內泵設計工作開展過程中，主要是通過聯合設計的方式來改善泵的性能，并應用相關技術來研發新型功能，逐步克服泵應用過程中存在的問題。當前國內市場上大部分的泵技術已經成熟，但是其核心技術發展過程中仍然需面對一系列的問題，在自主研發方面存在一定的缺陷，這在一定程度上影響了抽水設施的擴張速度[1]。特別是受經濟全球化等的影響，國內的抽水產品市場發展與國際產品相比仍然存在一定差距，影響了泵的本體化建設速度。因此，相關單位要提高重視程度，及時開展自主研發工作，完善泵送產品的各項性能，加快泵送產品從進口向出口的轉變速度，為國內通用工程建設提供保障。

2 泵殼零件加工存在的問題

泵外殼在保護設備內部穩定性以及連接相關部件方面有重要作用，出現破損之后設備零部件可能會出現不同程度的位置變動，嚴重者可能會影響泵正常工作。分析后可以發現，不同功能的泵形態也存在差異，但其結構在整體上存在相似性。這就需要工作人員結合泵的性能來調整零件的安裝方式等，將零件安放到空間的指定位置，在保障泵內部空間合理使用的同時減輕泵承載壓力等方面的負擔，有效提高泵的整體性能。為了保障泵結構的整體剛度，同時適當控制零部件的重量，在設計鑄件的過程中會減小其壁厚，而這就需要設計人員重視泵結構平面和相關孔距設計精度控制工作，嚴格按照標準開展后續施工，這樣才能保障其安裝質量，后續生產過程中出現問題的概率也會隨之減少[2]。最后，設計人員還要重視螺釘安裝孔的選擇，雖然對該類安裝孔沒有特殊要求，但是為保障工作質量，要及時核對各部位的安裝孔尺度。

3 國內泵設計性能改進措施

3.1 合理開展葉輪改進工作

葉輪是泵的核心組成之一，它出現問題將直接影響泵的運行質量。在工作負荷和工作介質相同的情況下，泵運行環境對其運行穩定性的影響較小，但是葉輪變化會直接影響泵的工作情況，嚴重時還會導致泵整體出現不同程度的損壞，造成嚴重的經濟損失。為此，相關人員必須重視泵葉輪修改的設計工作，通過引進國外的先進技術和設計方法，結合泵運行過程中出現的葉輪運行問題進行調整，可以收到較好的效果。同時，設計者等也應當重視計算機技術，利用其搭建虛擬葉輪模型，通過分析模型運行過程中出現的問題以及可改進方向等來對其進行調整，并在此基礎上開展葉輪試驗，進一步提高葉輪設計質量，使其在運行過程中的反應更加靈活。最后，設計人員也要重視葉輪運行的可靠性，通過合理調整葉輪動態設計系統，添加多種類型突發問題的應對措施，可以進一步提高葉輪運行質量，減少非必要因素對葉輪正常運行的影響，同時延長葉輪的使用壽命。

3.2 應用計算流體力學

現代工業工程設計過程中會大量利用計算機設計對運行模式等進行分析，并探究相應的改進方法。通過合理應用計算流體力學技術，可以減少非必要因素對測試造成的影響，繼而提高測試效率，測試所耗費的成本也會隨之下降。當前應用計算流體動力學技術的領域主要有3個，分別是基礎數值運算、計算實驗和工程問題應用。此外，科學家還引入了三維粘性數值模擬軟件系統，在該系統的幫助下泵結構開發速度明顯加快、耗費的資金明顯減少，設計效益明顯提高[3]。

當前，國內研究機構的計算機流體力學應用主要圍繞以下兩方面開展。

（1）對葉輪網絡的制作技術展開研究。該技術是流動數值模擬模型的基本組成之一，通過研究葉輪網絡的分離，可以推動后續各項工作按規定方式開展，其分析質量也會隨之提高。

（2）分析離心泵內部流場。在數值方法的幫助下研究離心泵內部流動規律，對推動離心泵發展速度有重要作用。

3.3 引進三元流技術

三元流技術是推動泵制造業發展的關鍵技術之一，現在仍然需要被重視，通過推進相關技術的發展創新來進一步提高泵的設計制造水平。在航空離心壓氣機中最先發現“射流—尾跡”現象，在激光測速技術的幫助下可以直接地觀察到該現象。圖1中，v1和v2分別代表進口和出口處的流速，曲線dc和cg分別代表兩個相鄰的葉輪，t表示流動分離點，ht表示尾跡區，射流區則分別用c、d、v以及t和g來表示。

圖1 射流—尾跡模型

但是，在尾跡計算方面目前國內仍然沒有廣泛且有效的方法。該現象的出現與粘性、壓力梯度密切相關，在實際運行過程中，受葉輪和前蓋板運行方式的影響，會脫流不同程度的液體、組成尾跡區。對該現象進行三元流動計算，可以測算出相應的定量并進行調整，進而提升泵的性能。而三元流葉輪改造技術離不開水泵設計軟件的支持，在不變化其他影響因素的情況下優化、調整水泵內的水力部件，可以直接改變葉片的形狀和運行性能（圖2）。

圖2 三元流葉輪測試

分析測試圖后發現，三元流葉片的進口邊向和出口寬度的變化，可以減少運行過程中的能耗損失、有效節約成本。

3.4 明確各項加工要求

在泵的設計過程中必須重視各項加工要求，嚴格按照規定加工，以保證最終各類零部件的精度，減少泵在整體安裝過程中出現的問題。工作人員應圍繞以下加工要求開展工作：首先是尺寸要求，在出現尺寸偏差時必須結合公差要求，通過取中間公差的方式開展各項處理工作；其次是重視經營者的要求，必須嚴格在工藝文件等的指導下設計，并明確不同零部件所用材料的精度和質地等影響因素，在此基礎上綜合性地分析、選擇最優工藝方法開展工作；然后要重視粗糙處理要求，加工人員等應當結合精加工余量來調整其深度、滿足施工要求；最后在生產過程中要重視對粗加工、精加工范圍以及加工工藝的要求，關注施工過程中可能出現的溫度變化等因素，避免因為應力變化等導致產品的尺寸精度發生變化。此外，加工過程中還要重視零件松動和切割等問題：通過調整加工設備來保證加工零件的精準度，避免應用過程中出現松動等問題；切割零件過程中出現的問題，應當關注系統運行過程中出現的粗糙度和聲音變化，一旦發現系統運行聲響等發生變化則應及時停止切割操作并檢查系統，避免出現不必要的安全問題。

4 結束語

當前國內研究團隊在泵生產設計領域已經取得了一定成就，但是受國內市場泵比例需求等方面的影響，相關人員仍然要加強對泵特殊產品研究工作的重視，結合不同領域的使用要求，及時探究其研發重點和應當采取的生產及加工措施，不斷提高泵的生產加工質量、設計和生產標準，進而提供更加優質的國產泵送產品。