泵設(shè)計(jì)制造水平提升策略分析

江勁松

（廣州市昕恒泵業(yè)制造有限公司，廣東廣州 510530）

0 引言

對(duì)國(guó)家工業(yè)總體發(fā)展水平進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)，國(guó)內(nèi)的通用機(jī)械設(shè)計(jì)和制造工作發(fā)展速度較快，特別是在泵設(shè)計(jì)和生產(chǎn)發(fā)展速度方面。但是與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，國(guó)內(nèi)的泵設(shè)計(jì)制造水平仍然存在一定差距，相關(guān)單位需要提高重視，及時(shí)開(kāi)展各項(xiàng)分析工作，切實(shí)提高泵的設(shè)計(jì)質(zhì)量。

1 泵設(shè)計(jì)制造發(fā)展歷程

通用工程發(fā)展過(guò)程中需要大量的泵制造，這是保障工程各項(xiàng)工作順利開(kāi)展的重要因素。在當(dāng)前國(guó)內(nèi)泵設(shè)計(jì)工作開(kāi)展過(guò)程中，主要是通過(guò)聯(lián)合設(shè)計(jì)的方式來(lái)改善泵的性能，并應(yīng)用相關(guān)技術(shù)來(lái)研發(fā)新型功能，逐步克服泵應(yīng)用過(guò)程中存在的問(wèn)題。當(dāng)前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上大部分的泵技術(shù)已經(jīng)成熟，但是其核心技術(shù)發(fā)展過(guò)程中仍然需面對(duì)一系列的問(wèn)題，在自主研發(fā)方面存在一定的缺陷，這在一定程度上影響了抽水設(shè)施的擴(kuò)張速度[1]。特別是受經(jīng)濟(jì)全球化等的影響，國(guó)內(nèi)的抽水產(chǎn)品市場(chǎng)發(fā)展與國(guó)際產(chǎn)品相比仍然存在一定差距，影響了泵的本體化建設(shè)速度。因此，相關(guān)單位要提高重視程度，及時(shí)開(kāi)展自主研發(fā)工作，完善泵送產(chǎn)品的各項(xiàng)性能，加快泵送產(chǎn)品從進(jìn)口向出口的轉(zhuǎn)變速度，為國(guó)內(nèi)通用工程建設(shè)提供保障。

2 泵殼零件加工存在的問(wèn)題

泵外殼在保護(hù)設(shè)備內(nèi)部穩(wěn)定性以及連接相關(guān)部件方面有重要作用，出現(xiàn)破損之后設(shè)備零部件可能會(huì)出現(xiàn)不同程度的位置變動(dòng)，嚴(yán)重者可能會(huì)影響泵正常工作。分析后可以發(fā)現(xiàn)，不同功能的泵形態(tài)也存在差異，但其結(jié)構(gòu)在整體上存在相似性。這就需要工作人員結(jié)合泵的性能來(lái)調(diào)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(nèi)部空間合理使用的同時(shí)減輕泵承載壓力等方面的負(fù)擔(dān)，有效提高泵的整體性能。為了保障泵結(jié)構(gòu)的整體剛度，同時(shí)適當(dāng)控制零部件的重量，在設(shè)計(jì)鑄件的過(guò)程中會(huì)減小其壁厚，而這就需要設(shè)計(jì)人員重視泵結(jié)構(gòu)平面和相關(guān)孔距設(shè)計(jì)精度控制工作，嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)展后續(xù)施工，這樣才能保障其安裝質(zhì)量，后續(xù)生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)問(wèn)題的概率也會(huì)隨之減少[2]。最后，設(shè)計(jì)人員還要重視螺釘安裝孔的選擇，雖然對(duì)該類(lèi)安裝孔沒(méi)有特殊要求，但是為保障工作質(zhì)量，要及時(shí)核對(duì)各部位的安裝孔尺度。

3 國(guó)內(nèi)泵設(shè)計(jì)性能改進(jìn)措施

3.1 合理開(kāi)展葉輪改進(jìn)工作

葉輪是泵的核心組成之一，它出現(xiàn)問(wèn)題將直接影響泵的運(yùn)行質(zhì)量。在工作負(fù)荷和工作介質(zhì)相同的情況下，泵運(yùn)行環(huán)境對(duì)其運(yùn)行穩(wěn)定性的影響較小，但是葉輪變化會(huì)直接影響泵的工作情況，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)導(dǎo)致泵整體出現(xiàn)不同程度的損壞，造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。為此，相關(guān)人員必須重視泵葉輪修改的設(shè)計(jì)工作，通過(guò)引進(jìn)國(guó)外的先進(jìn)技術(shù)和設(shè)計(jì)方法，結(jié)合泵運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)的葉輪運(yùn)行問(wèn)題進(jìn)行調(diào)整，可以收到較好的效果。同時(shí)，設(shè)計(jì)者等也應(yīng)當(dāng)重視計(jì)算機(jī)技術(shù)，利用其搭建虛擬葉輪模型，通過(guò)分析模型運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題以及可改進(jìn)方向等來(lái)對(duì)其進(jìn)行調(diào)整，并在此基礎(chǔ)上開(kāi)展葉輪試驗(yàn)，進(jìn)一步提高葉輪設(shè)計(jì)質(zhì)量，使其在運(yùn)行過(guò)程中的反應(yīng)更加靈活。最后，設(shè)計(jì)人員也要重視葉輪運(yùn)行的可靠性，通過(guò)合理調(diào)整葉輪動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)系統(tǒng)，添加多種類(lèi)型突發(fā)問(wèn)題的應(yīng)對(duì)措施，可以進(jìn)一步提高葉輪運(yùn)行質(zhì)量，減少非必要因素對(duì)葉輪正常運(yùn)行的影響，同時(shí)延長(zhǎng)葉輪的使用壽命。

3.2 應(yīng)用計(jì)算流體力學(xué)

現(xiàn)代工業(yè)工程設(shè)計(jì)過(guò)程中會(huì)大量利用計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)對(duì)運(yùn)行模式等進(jìn)行分析，并探究相應(yīng)的改進(jìn)方法。通過(guò)合理應(yīng)用計(jì)算流體力學(xué)技術(shù)，可以減少非必要因素對(duì)測(cè)試造成的影響，繼而提高測(cè)試效率，測(cè)試所耗費(fèi)的成本也會(huì)隨之下降。當(dāng)前應(yīng)用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)技術(shù)的領(lǐng)域主要有3個(gè)，分別是基礎(chǔ)數(shù)值運(yùn)算、計(jì)算實(shí)驗(yàn)和工程問(wèn)題應(yīng)用。此外，科學(xué)家還引入了三維粘性數(shù)值模擬軟件系統(tǒng)，在該系統(tǒng)的幫助下泵結(jié)構(gòu)開(kāi)發(fā)速度明顯加快、耗費(fèi)的資金明顯減少，設(shè)計(jì)效益明顯提高[3]。

當(dāng)前，國(guó)內(nèi)研究機(jī)構(gòu)的計(jì)算機(jī)流體力學(xué)應(yīng)用主要圍繞以下兩方面開(kāi)展。

（1）對(duì)葉輪網(wǎng)絡(luò)的制作技術(shù)展開(kāi)研究。該技術(shù)是流動(dòng)數(shù)值模擬模型的基本組成之一，通過(guò)研究葉輪網(wǎng)絡(luò)的分離，可以推動(dòng)后續(xù)各項(xiàng)工作按規(guī)定方式開(kāi)展，其分析質(zhì)量也會(huì)隨之提高。

（2）分析離心泵內(nèi)部流場(chǎng)。在數(shù)值方法的幫助下研究離心泵內(nèi)部流動(dòng)規(guī)律，對(duì)推動(dòng)離心泵發(fā)展速度有重要作用。

3.3 引進(jìn)三元流技術(shù)

三元流技術(shù)是推動(dòng)泵制造業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)之一，現(xiàn)在仍然需要被重視，通過(guò)推進(jìn)相關(guān)技術(shù)的發(fā)展創(chuàng)新來(lái)進(jìn)一步提高泵的設(shè)計(jì)制造水平。在航空離心壓氣機(jī)中最先發(fā)現(xiàn)“射流—尾跡”現(xiàn)象，在激光測(cè)速技術(shù)的幫助下可以直接地觀察到該現(xiàn)象。圖1中，v1和v2分別代表進(jìn)口和出口處的流速，曲線(xiàn)dc和cg分別代表兩個(gè)相鄰的葉輪，t表示流動(dòng)分離點(diǎn)，ht表示尾跡區(qū)，射流區(qū)則分別用c、d、v以及t和g來(lái)表示。

圖1 射流—尾跡模型

但是，在尾跡計(jì)算方面目前國(guó)內(nèi)仍然沒(méi)有廣泛且有效的方法。該現(xiàn)象的出現(xiàn)與粘性、壓力梯度密切相關(guān)，在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，受葉輪和前蓋板運(yùn)行方式的影響，會(huì)脫流不同程度的液體、組成尾跡區(qū)。對(duì)該現(xiàn)象進(jìn)行三元流動(dòng)計(jì)算，可以測(cè)算出相應(yīng)的定量并進(jìn)行調(diào)整，進(jìn)而提升泵的性能。而三元流葉輪改造技術(shù)離不開(kāi)水泵設(shè)計(jì)軟件的支持，在不變化其他影響因素的情況下優(yōu)化、調(diào)整水泵內(nèi)的水力部件，可以直接改變?nèi)~片的形狀和運(yùn)行性能（圖2）。

圖2 三元流葉輪測(cè)試

分析測(cè)試圖后發(fā)現(xiàn)，三元流葉片的進(jìn)口邊向和出口寬度的變化，可以減少運(yùn)行過(guò)程中的能耗損失、有效節(jié)約成本。

3.4 明確各項(xiàng)加工要求

在泵的設(shè)計(jì)過(guò)程中必須重視各項(xiàng)加工要求，嚴(yán)格按照規(guī)定加工，以保證最終各類(lèi)零部件的精度，減少泵在整體安裝過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題。工作人員應(yīng)圍繞以下加工要求開(kāi)展工作：首先是尺寸要求，在出現(xiàn)尺寸偏差時(shí)必須結(jié)合公差要求，通過(guò)取中間公差的方式開(kāi)展各項(xiàng)處理工作；其次是重視經(jīng)營(yíng)者的要求，必須嚴(yán)格在工藝文件等的指導(dǎo)下設(shè)計(jì)，并明確不同零部件所用材料的精度和質(zhì)地等影響因素，在此基礎(chǔ)上綜合性地分析、選擇最優(yōu)工藝方法開(kāi)展工作；然后要重視粗糙處理要求，加工人員等應(yīng)當(dāng)結(jié)合精加工余量來(lái)調(diào)整其深度、滿(mǎn)足施工要求；最后在生產(chǎn)過(guò)程中要重視對(duì)粗加工、精加工范圍以及加工工藝的要求，關(guān)注施工過(guò)程中可能出現(xiàn)的溫度變化等因素，避免因?yàn)閼?yīng)力變化等導(dǎo)致產(chǎn)品的尺寸精度發(fā)生變化。此外，加工過(guò)程中還要重視零件松動(dòng)和切割等問(wèn)題：通過(guò)調(diào)整加工設(shè)備來(lái)保證加工零件的精準(zhǔn)度，避免應(yīng)用過(guò)程中出現(xiàn)松動(dòng)等問(wèn)題；切割零件過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題，應(yīng)當(dāng)關(guān)注系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)的粗糙度和聲音變化，一旦發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行聲響等發(fā)生變化則應(yīng)及時(shí)停止切割操作并檢查系統(tǒng)，避免出現(xiàn)不必要的安全問(wèn)題。

4 結(jié)束語(yǔ)

當(dāng)前國(guó)內(nèi)研究團(tuán)隊(duì)在泵生產(chǎn)設(shè)計(jì)領(lǐng)域已經(jīng)取得了一定成就，但是受?chē)?guó)內(nèi)市場(chǎng)泵比例需求等方面的影響，相關(guān)人員仍然要加強(qiáng)對(duì)泵特殊產(chǎn)品研究工作的重視，結(jié)合不同領(lǐng)域的使用要求，及時(shí)探究其研發(fā)重點(diǎn)和應(yīng)當(dāng)采取的生產(chǎn)及加工措施，不斷提高泵的生產(chǎn)加工質(zhì)量、設(shè)計(jì)和生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)而提供更加優(yōu)質(zhì)的國(guó)產(chǎn)泵送產(chǎn)品。