吳宏飛

摘 要：泵是將原動機的機械能轉(zhuǎn)化為液體能量的機械，廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟的各個領(lǐng)域，無論是航空、核電站、核潛艇，還是農(nóng)業(yè)排灌、城市供水、油化工、熱力發(fā)電等國家建設(shè)的各個方面，都離不開泵行業(yè)發(fā)展和支持。在現(xiàn)代泵設(shè)計理論和方法研究方面，國內(nèi)各高校學(xué)者和企業(yè)的工程師們，經(jīng)過幾代人的努力建立了一套完整的設(shè)計理論，取得了豐碩的成果。二十一世紀，隨著計算機的快速發(fā)展，計算流體動力學(xué)（CFD）技術(shù)隨之發(fā)展，為泵設(shè)計提供了新的研究方法和工具，也為我國泵實際理論的發(fā)展提供了新的契機。

關(guān)鍵詞：泵;流體機械;設(shè)計理論;計算流體力學(xué)

目前，泵類流體機械已經(jīng)涵蓋了生活的方方面面，包括工業(yè)、農(nóng)業(yè)、制造業(yè)和服務(wù)業(yè)等國民經(jīng)濟支柱行業(yè)。上世紀60年代，我國通過前蘇聯(lián)專家的幫助，將流體機械設(shè)計理論成功引入國內(nèi)。經(jīng)過近半個世紀的發(fā)展，對泵類流體機械技術(shù)的深入研究，在泵類流體機械領(lǐng)域取得了豐碩的成果。

1主要研究成果

近年來，計算機技術(shù)的發(fā)展，使得泵類流體機械產(chǎn)品的設(shè)計技術(shù)和檢測技術(shù)研究有了長足的進步，取得了眾多的成果。

1.1內(nèi)部流動數(shù)值模擬（CFD）和測試研究

目前泵類流體機械的研究進入了一個新的階段，在泵類流體機械的研究中使用了大量新興的方法和技術(shù)，如計算流體動力學(xué)、計算機仿真技術(shù)和一些專業(yè)的工程分析軟件等，特別是內(nèi)部流態(tài)模擬和測試實驗。在計算機技術(shù)引進之前，許多關(guān)鍵技術(shù)數(shù)據(jù)無法準確測量。隨著計算機技術(shù)和工程仿真軟件的持續(xù)研究開發(fā)，專業(yè)的數(shù)值模擬軟體逐漸出現(xiàn)，為預(yù)測泵的性能提供了更加方便的手段，得到了更加準確的設(shè)計結(jié)果驗證數(shù)據(jù)，為泵類流體機械產(chǎn)品的設(shè)計提供了快速的結(jié)果反饋。與此同時，泵類流體機械的設(shè)計也逐漸開始采用三維實體造型和計算機輔助機械設(shè)計與制造技術(shù)，使得泵類流體機械的設(shè)計與制造耗時大大減少，可以很方便地對泵類流體機械進行設(shè)計確認，從而得到更準確的結(jié)果反饋。但是，我們還需要重視在泵流體機械的設(shè)計方法和研究方法方面的研究，目前的技術(shù)研究與國外仍存在著較大的差距，尤其是計算機輔助設(shè)計技術(shù)和產(chǎn)品工程分析技術(shù)。

1.2預(yù)測性能的手段、設(shè)計理論的改善和CAD軟件的應(yīng)用

泵類流體機械產(chǎn)品性能預(yù)測的及時性是十分重要的，因為它不僅可以大大縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，而且還能節(jié)約投資。一般來說，預(yù)測離心泵性能的方法有很多，如流量分析法、水力損失計算法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析法。但是，上述方法的預(yù)測結(jié)果均不精確，適用范圍也存在一定的局限性。目前，在泵類流體機械設(shè)計領(lǐng)域，越來越多地使用一種工程仿真軟件（CFX），提高了水力設(shè)計預(yù)測精度。在提升水力方案設(shè)計效率方面，部分學(xué)者在AUTO CAD軟件的基礎(chǔ)上，二次開發(fā)的 PCAD 軟件，將設(shè)計流程固化到軟件上，減少了水力模型設(shè)計和修改的時間，提高了設(shè)計方案效率。這些軟件的開發(fā)，對泵類流體機械的設(shè)計和開發(fā)具有重要的指導(dǎo)意義。

1.3符合我國經(jīng)濟技術(shù)先進性要求的泵類新產(chǎn)品和新技術(shù)的研究與應(yīng)用

經(jīng)過幾十年的發(fā)展，在泵類流體機械的研究中，研制了許多符合我國實際情況的新型泵類流體機械產(chǎn)品。

根據(jù)國內(nèi)無堵塞泵的需求，通過深入研究，使用了無堵塞泵設(shè)計法，無過載曲線設(shè)計法，設(shè)計出的泵類產(chǎn)品，如： 新型旋流前伸式雙葉片排污泵、潛水排污泵等。這些設(shè)備采用通道式葉輪設(shè)計，過流能力好，部分泵型還具有切割功能，防潮繞功能，清污功能。對于國內(nèi)產(chǎn)品標準及同類產(chǎn)品平均水平，效率均提高5%～10%，達到國內(nèi)領(lǐng)先水平。

近年來，國內(nèi)工業(yè)增壓領(lǐng)域的循環(huán)泵和供水領(lǐng)域的供水泵的需求大量增加，同時，根據(jù)我國十三五規(guī)劃節(jié)能減排的總體要求，泵的效率成為關(guān)鍵指標。而供水領(lǐng)域，人們對飲水安全的關(guān)注也持續(xù)關(guān)注。通過對沖壓焊接工藝的研究，使用沖壓焊接技術(shù)制造的泵，解決了人們關(guān)注的難點。目前，沖壓焊接泵種類繁多，以安裝型式來分，有立式泵和臥式泵;以級數(shù)分：有單級泵和多級泵;沖壓焊接泵，不僅可以用在工業(yè)增壓領(lǐng)域和供水領(lǐng)域，還可以用在凈水處理行業(yè)、空調(diào)暖通、深井提水等領(lǐng)域。沖壓焊接泵，是目前世界最新的水泵制造技術(shù)，零部件的加工方法屬于少切削或無切削，加工過程節(jié)材、節(jié)能、環(huán)保。產(chǎn)品效率高，結(jié)構(gòu)緊湊，運行平穩(wěn)，外形輕巧美觀，是傳統(tǒng)鑄造類泵的更新?lián)Q代產(chǎn)品。它的發(fā)展，符合目前世界上泵行業(yè)技術(shù)的發(fā)展方向，符合我國目前3060碳目標計劃。另外，沖壓焊接泵在解決低比轉(zhuǎn)速泵效率低的問題上，也具有無可比擬的優(yōu)勢，產(chǎn)品對比鑄造類產(chǎn)品效率提升10%～15%，遠遠高于泵產(chǎn)品的節(jié)能標準。

2泵類流體機械的研究現(xiàn)狀和發(fā)展方向

2.1 泵現(xiàn)代設(shè)計理論與方法及節(jié)能降耗的研究

就泵類流體機械的研究而言，尤其是現(xiàn)代泵設(shè)計理論和方法的研究，主要是基于理論和實踐經(jīng)驗的結(jié)合。無論采何種設(shè)計理論和方法，設(shè)計師的經(jīng)驗都是至關(guān)重要的。這是由于泵內(nèi)液體的流動是極其復(fù)雜，泵內(nèi)流體的壓力分布狀況也比較復(fù)雜，各設(shè)計參數(shù)復(fù)雜多變，設(shè)計參數(shù)與泵外特性參數(shù)之間沒有規(guī)律可循。另外，對泵內(nèi)液體流動機理的研究還不夠深入，現(xiàn)代水泵設(shè)計理論和方法的適用范圍也不夠廣泛，還有許多問題亟待解決。隨著國家3060碳目標的提出，對泵行業(yè)的發(fā)展，提高泵的運行效率成為了發(fā)展主題。提高效率，需要在設(shè)計方法、測試方法、制造工藝等等方面做出改進。另外，針對泵產(chǎn)品的節(jié)能，我們還要關(guān)注泵選型和泵所在系統(tǒng)運行的節(jié)能，泵產(chǎn)品的性能參數(shù)保證了額定點的高效，所以，應(yīng)用行業(yè)在設(shè)計系統(tǒng)時，對泵的選型也要格外注意，盡量使泵運行在高效區(qū)，避免偏離太大造成的系統(tǒng)不匹配，增加能耗。

2.2 泵類流體機械研究的發(fā)展方向

近年來，雖然我國泵類流體機械的設(shè)計、制造技術(shù)水平與國外的差距越來越小，甚至一些國防裝備使用的泵技術(shù)處于世界前列，但是我國泵的總體設(shè)計水平仍然比較落后，尤其是在新技術(shù)的開發(fā)方面，與國外還存在著明顯的差距。同時，我國泵類流體機械產(chǎn)品種類較少，不能滿足一些特殊工況的需求。因此，在今后的研究中，我們需要繼續(xù)引進新技術(shù)，鼓勵創(chuàng)新和改進。在泵設(shè)計技術(shù)上，要勇于引進基于3D軟件的設(shè)計方法，使用先進的計算流體力學(xué)（CFD）預(yù)測泵的性能，在設(shè)計方案中優(yōu)中選優(yōu)，縮短研發(fā)的周期。

2.3 泵類流體機械優(yōu)秀水力模型平臺的建設(shè)

提高泵類流體機械設(shè)計水平需要長期的積累和總結(jié)，需要經(jīng)過幾代人的努力才能趕上國際水平。雖然水力設(shè)計技術(shù)的發(fā)展，能夠開發(fā)出眾多優(yōu)秀水力模型，但在未來，我們也要兼顧水力模型平臺建設(shè)。目前泵設(shè)計理論還是半經(jīng)驗半理論的狀態(tài)，需要建立平臺積累研究成果、規(guī)劃優(yōu)秀水力模型庫、沉淀總結(jié)設(shè)計經(jīng)驗。便于培養(yǎng)泵類流體機械的設(shè)計人員，在平臺的基礎(chǔ)上，不斷改進和創(chuàng)新，研究出更多的成果，促使我國的水力設(shè)計水平早日達到國際先進水平。

結(jié)束語

綜上所述，我國泵類流體機械研究方法，在引入了3D模型設(shè)計和計算流體力學(xué)（CFD）的方法之后有了長足的進步和發(fā)展，但是，相比國外還是有相當差距。對于特殊行業(yè)的產(chǎn)品研究基礎(chǔ)還比較薄弱。在水力模型的積累和管理上，也存在相當大的差距。因此，在十四五規(guī)劃的碳目標基礎(chǔ)上，應(yīng)加大泵類流體機械設(shè)計方法的研究，注重水力模型庫建設(shè)，提高泵的設(shè)計水平，制造水平，使泵類流體機械的設(shè)計、制造、測試早日達到國際先進水平。

參考文獻：

[1]吳璀強.解析泵類流體機械研究進展[J].科技與企業(yè)，2014（03）：254.

[2]趙才甫.不銹鋼沖焊泵的特點、應(yīng)用及發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢[J].通用機械，2010（9）：82.