如何提高水泵設(shè)計工藝制造水平

如何提高水泵設(shè)計工藝制造水平

目前我國自主生產(chǎn)設(shè)計的水泵已經(jīng)國內(nèi)市場投放上取得了很到成就，幾乎占有市場份額的絕大部分，但是在國外市場上，我國自主生產(chǎn)設(shè)計的水泵卻很難打進去，究其原因，還是因為我國自主生產(chǎn)設(shè)計的水泵與國際領(lǐng)先水平存在一些差距。本文就目前國內(nèi)外水泵研究現(xiàn)狀入手分析，提出水泵改造的可行性措施，為我國自主研發(fā)水泵技術(shù)達到或超過國際水平提供理論支持。上海意嘉泵業(yè)制造有限公司作為國內(nèi)知名水泵廠家，為了使水泵在全世界工業(yè)領(lǐng)域占有一定比率的情況下，引進德國先進的生產(chǎn)工藝技術(shù)，以完美產(chǎn)品質(zhì)量和科技技術(shù)相結(jié)合打造中國水泵航母！

1 我國水泵技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

我國現(xiàn)階段水泵生產(chǎn)形式以及圖紙模型等主要為聯(lián)合設(shè)計、引進、自行研發(fā)幾種，我國市場上和行業(yè)使用的水泵基本上都是通過這些手段設(shè)計制造的，是國內(nèi)市場的主導(dǎo)產(chǎn)品，但是這些產(chǎn)品的設(shè)計水平和技術(shù)相對于國際先進水平還有一定的差距。比如國內(nèi)生產(chǎn)的水泵很少有完全獨立自主的設(shè)計，往往是復(fù)制或者借鑒參照國外圖樣，缺少自主研發(fā)的靈活性和巧妙行，可拓展性很小，這也造成我國在生產(chǎn)設(shè)計水泵過程中缺乏自主意識，思維不夠靈活，無法從目前這些設(shè)計框架中突破出來，形成自己的、獨特的設(shè)計理念和技術(shù)。若只在別人的基礎(chǔ)上修改、改良而缺乏國外設(shè)計師的那種自由奔放的思考，這樣是不會有很大的進步和突破的。另外，雖然國內(nèi)設(shè)計生產(chǎn)的水泵成本較低并很快占據(jù)了國內(nèi)市場，但是在國際市場上還是空白。

2 國外先進水泵技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

在國外一些技術(shù)較為先進的國家，他們對水泵的設(shè)計都有一個統(tǒng)一的理念，即設(shè)計奔著機構(gòu)巧妙、設(shè)計思維靈活、具有獨立自主的設(shè)計意識、重視水泵結(jié)構(gòu)的同時一樣重視水泵材料等，比如意大利國家對水泵的用材非常講究，不銹鋼外殼必須具備一定的標(biāo)準(zhǔn)才可以使用，另外日本在設(shè)計制造水泵時，他們對水泵的細節(jié)要求非常高，制造出來的水泵非常精細。

國外水泵研究設(shè)計相對國內(nèi)來說主要有以下幾個方面存在領(lǐng)先：

1）大容量計算機精準(zhǔn)預(yù)測技術(shù)、模型計算機設(shè)計技術(shù)等；2）在水泵開發(fā)研究中發(fā)現(xiàn)汽蝕現(xiàn)象的一項重要成果，即過流部件的汽蝕破壞程度dE/dt與泵的氣泡長度L有如下指數(shù)關(guān)系：dE/dt=K，并且氣泡長度有近似計算方法；3）從兩個方向研究泵的震動特性，并取得一定成果；4）引入一種逆向函數(shù)傳遞發(fā)測量泵的振動值后，獲取葉輪外力特性；5）在設(shè)計上，國外更加注重葉輪的動力特性和汽蝕現(xiàn)象的研究，磁性軸的發(fā)明和應(yīng)用實現(xiàn)了水泵領(lǐng)域的一項重大技術(shù)突破；6）以計算機為基礎(chǔ)，實現(xiàn)機械零件實型成型技術(shù)，對提高設(shè)計水平有較為明顯的意義。

3改造我國水泵設(shè)計性能的可行性措施

近些年來，我國水泵設(shè)計制造技術(shù)已經(jīng)取得很大進步，有些設(shè)計已經(jīng)接近國際領(lǐng)先水平，但是在水泵設(shè)計制造的很多方面還是存在一些差距的，比如設(shè)計理念、機械用材、設(shè)計制造的新技術(shù)等方面，所以我國在水泵研究設(shè)計過程中，首先應(yīng)該調(diào)整心態(tài)，確立正確的理念，然后才是對用材和技術(shù)方面的深入研究開發(fā)。

3.1 對葉輪的改造

葉輪是水泵的心臟，他決定了泵的揚程和效率，在工況和設(shè)計差異不大的情況下，泵體對水泵性能的影響是較小的，多以對葉輪的改進顯得尤為重要。首先可以引進國外先進的大容量計算機精準(zhǔn)預(yù)測技術(shù)，并組織專業(yè)人員對其進行精細研究。通過此項技術(shù)對水泵葉輪進行模型預(yù)測和設(shè)計，另外運用有限元計算和實驗?zāi)B(tài)分析對葉輪的動態(tài)特性進行計算分析，引入模態(tài)置信度和特征值靈敏度修改理論，對葉輪的設(shè)計改進提供一種基于動態(tài)性的設(shè)計方法。另外為了延長葉輪的使用壽命，除了改善泵空化性能外，還可以采用優(yōu)質(zhì)良材，比如采用1Cr13Ni4Mo不銹鋼等。

對水泵葉輪的技術(shù)性改造理念應(yīng)主要集中在靈活性和適應(yīng)性上，針對目前國際上比較先進的CFD技術(shù)、三元流技術(shù)等，我國相關(guān)機構(gòu)和部門應(yīng)加大研發(fā)投入，建立專業(yè)的研發(fā)團隊和研發(fā)人員培養(yǎng)機制、體系，為水泵技術(shù)研發(fā)源源不斷的輸送人才。

3.2 引進三元流技術(shù)

早在1976年，美國權(quán)威工具書《泵手冊》就已經(jīng)對我國科學(xué)家吳仲華創(chuàng)立的三元流動理論進行詳細的分析，并認(rèn)為這項技術(shù)必定發(fā)展成為水泵設(shè)計制造行業(yè)的領(lǐng)先技術(shù)。1986年，射流——尾跡三元流動計算方法就開始投入水泵設(shè)計運用中，隨著該項技術(shù)的發(fā)展，目前我國和世界其他先進國家都在深入研究和使用該項技術(shù)，可以說這是我國水泵技術(shù)方面為數(shù)不多的一項領(lǐng)先與世界其他國家的技術(shù)，所以我國在設(shè)計制造水泵過程中一定不能落下此項技術(shù)。

“射流——尾跡”現(xiàn)象最早發(fā)現(xiàn)于航空離心壓氣機中，通過激光測速技術(shù)觀察到“射流——尾跡”現(xiàn)象。如圖1所顯示，彎曲線dh和cg分別代表相鄰的兩個葉輪，dc和hg分別為進口和出口，W1和W2分別表示進、出口處的流速，t是流動分離點，htv是尾跡區(qū)，cdtvg則是射流區(qū)。但是對于尾跡的計算，目前尚無準(zhǔn)確方法。由于粘性和壓力梯度的存在，泵輪出口沿葉片吸力面及前蓋板表面都會有流體脫流，形成尾跡區(qū)，只有通過“射流——尾跡三元流動”計算才能得出定量分析，進而是泵的性能提高。

水泵三元流葉輪改造技術(shù)實際上是使用領(lǐng)先的水泵設(shè)計軟件，重新對水泵內(nèi)水力部件進行優(yōu)化設(shè)計，可以實現(xiàn)在不改變電機、泵體、管線的條件下增大流量、提高壓力，達到提高水泵泵效。如圖2所示，兩種設(shè)計葉輪的安裝尺寸（軸孔、鍵、密封環(huán)）相同，但是葉片的形狀進行了很大改變，子午流到三元流葉片的加寬增大了流通能力，另外直徑的減小相對增大了出口寬度。同時三元流葉片進口邊向來流進口擴展，減少進口損失，因此通過三元流動計算技術(shù)改進的葉輪更加合理。

3.3 CFD技術(shù)研究和運用

計算流體力學(xué)（CFD）技術(shù)的研究重點是采用數(shù)值計算的方法，通過計算機求解這些控制流體流動的數(shù)學(xué)方程。目前在業(yè)界的普遍研究中大致認(rèn)為分三個層次：基本數(shù)值方法、數(shù)值計算與實驗相輔、解決實際工程問題，國內(nèi)外較為先進的運用主要集中在第二層次，運用CFD技術(shù)，可以有效減少實際試驗的次數(shù)，提高水泵性能。在財力、專業(yè)人員等支持不足的情況下，依靠科技大力發(fā)展CFD技術(shù)，建立三維粘性數(shù)值模擬軟件系統(tǒng)，能夠在減小投入、減低成本的前提下快速提高我國水泵研發(fā)水平，才有可能盡快的使我國水泵設(shè)計水平達到或者領(lǐng)先世界先進水平。

研究和完善葉輪網(wǎng)格生成技術(shù)是進行流體流動數(shù)值模擬建立流場模型的基礎(chǔ)前提，網(wǎng)格的劃分是流動控制方程數(shù)值離散的基礎(chǔ)，是實現(xiàn)湍流數(shù)值模擬的關(guān)鍵技術(shù)之一，直接決定解析的斂散性和結(jié)果的精度，所以應(yīng)加大葉輪網(wǎng)格生產(chǎn)技術(shù)的研發(fā)投入。另外邊界條件的設(shè)置在水泵內(nèi)部流場模擬中十分重要，進、出口邊界條件以及周期性邊界條件都是計算域時所需要的邊界條件。利用CFD計算流體力學(xué)，對離心泵內(nèi)部流場進行分析和研究，對認(rèn)識和掌握離心泵的內(nèi)部流動規(guī)律，對離心泵的設(shè)計工作是非常重要的。該項研究內(nèi)容在泵行業(yè)具有非常大的發(fā)展前景，但該項研究內(nèi)容又是一個非常復(fù)雜的研究工作，因此要對CFD技術(shù)有一個正確的認(rèn)識，要合理、合格的進行科研人員的組合。另外CFD技術(shù)是一項設(shè)計到多個領(lǐng)域的技術(shù)，所以要想在水泵的研發(fā)過程中充分發(fā)揮CFD技術(shù)的優(yōu)勢作用，還必須考慮到綜合因素，更多的理論結(jié)合實驗，將CFD數(shù)值模擬與實驗、理論有機結(jié)合起來，這樣才能理想而有效的解決問題。

4 水泵改進的主體思想

水泵的研發(fā)目的主要是降低成本，提高泵效，延長泵的使用壽命，最大化的減低能源浪費，適應(yīng)國家提倡的節(jié)能減排的主體思路。雖然近些年來，我國自己生產(chǎn)的水泵已經(jīng)取得了很大的成就，基本上占領(lǐng)了國內(nèi)市場，但是相比于國外較為先進的水泵，我國自主生產(chǎn)的水泵在國際市場上的份額很低，即使國外生產(chǎn)的水泵成本較高，價格較高，但是國外市場更愿意選擇那些水泵產(chǎn)品，究其原因，就是因為國外生產(chǎn)的水泵具有更為先進的技術(shù)含量，泵效和使用壽命跟高。所以我國在自主研發(fā)水泵產(chǎn)品時，應(yīng)該奔著自主意識、靈活意識、高質(zhì)量材質(zhì)、高技術(shù)含量等這些方向作為主體研發(fā)思路，才能在水泵的研發(fā)設(shè)計上達到甚至領(lǐng)先世界先進水平

意嘉泵業(yè)其他產(chǎn)品：管道泵 多級離心泵 磁力泵 排污泵 化工泵 螺桿泵 多級泵 隔膜泵 自吸泵 油桶泵 齒輪油泵 計量泵 屏蔽泵 離心泵 潛水泵 深井泵 塑料泵 氟塑料泵 液下泵 漩渦泵 紙漿泵 玻璃鋼泵 轉(zhuǎn)子泵 管道離心泵 濃漿泵 消防泵 水泵控制柜 污水泵 成套給水設(shè)備 

 

 

意嘉泵業(yè)其他產(chǎn)品：管道泵 多級離心泵 磁力泵 排污泵 化工泵 螺桿泵 多級泵 隔膜泵 自吸泵 油桶泵 齒輪油泵 計量泵 屏蔽泵 離心泵 潛水泵 深井泵 塑料泵 氟塑料泵 液下泵 漩渦泵 紙漿泵 玻璃鋼泵 轉(zhuǎn)子泵 管道離心泵 濃漿泵 消防泵 水泵控制柜 污水泵 成套給水設(shè)備