解析泵类流体机械研究进展及发展方向

吴宏飞

摘 要：泵是将原动机的机械能转化为液体能量的机械，广泛应用于国民经济的各个领域，无论是航空、核电站、核潜艇，还是农业排灌、城市供水、油化工、热力发电等国家建设的各个方面，都离不开泵行业发展和支持。在现代泵设计理论和方法研究方面，国内各高校学者和企业的工程师们，经过几代人的努力建立了一套完整的设计理论，取得了丰硕的成果。二十一世纪，随着计算机的快速发展，计算流体动力学（CFD）技术随之发展，为泵设计提供了新的研究方法和工具，也为我国泵实际理论的发展提供了新的契机。

关键词：泵;流体机械;设计理论;计算流体力学

目前，泵类流体机械已经涵盖了生活的方方面面，包括工业、农业、制造业和服务业等国民经济支柱行业。上世纪60年代，我国通过前苏联专家的帮助，将流体机械设计理论成功引入国内。经过近半个世纪的发展，对泵类流体机械技术的深入研究，在泵类流体机械领域取得了丰硕的成果。

1主要研究成果

近年来，计算机技术的发展，使得泵类流体机械产品的设计技术和检测技术研究有了长足的进步，取得了众多的成果。

1.1内部流动数值模拟（CFD）和测试研究

目前泵类流体机械的研究进入了一个新的阶段，在泵类流体机械的研究中使用了大量新兴的方法和技术，如计算流体动力学、计算机仿真技术和一些专业的工程分析软件等，特别是内部流态模拟和测试实验。在计算机技术引进之前，许多关键技术数据无法准确测量。随着计算机技术和工程仿真软件的持续研究开发，专业的数值模拟软体逐渐出现，为预测泵的性能提供了更加方便的手段，得到了更加准确的设计结果验证数据，为泵类流体机械产品的设计提供了快速的结果反馈。与此同时，泵类流体机械的设计也逐渐开始采用三维实体造型和计算机辅助机械设计与制造技术，使得泵类流体机械的设计与制造耗时大大减少，可以很方便地对泵类流体机械进行设计确认，从而得到更准确的结果反馈。但是，我们还需要重视在泵流体机械的设计方法和研究方法方面的研究，目前的技术研究与国外仍存在着较大的差距，尤其是计算机辅助设计技术和产品工程分析技术。

1.2预测性能的手段、设计理论的改善和CAD软件的应用

泵类流体机械产品性能预测的及时性是十分重要的，因为它不仅可以大大缩短产品开发周期，而且还能节约投资。一般来说，预测离心泵性能的方法有很多，如流量分析法、水力损失计算法和神经网络分析法。但是，上述方法的预测结果均不精确，适用范围也存在一定的局限性。目前，在泵类流体机械设计领域，越来越多地使用一种工程仿真软件（CFX），提高了水力设计预测精度。在提升水力方案设计效率方面，部分学者在AUTO CAD软件的基础上，二次开发的 PCAD 软件，将设计流程固化到软件上，减少了水力模型设计和修改的时间，提高了设计方案效率。这些软件的开发，对泵类流体机械的设计和开发具有重要的指導意义。

1.3符合我国经济技术先进性要求的泵类新产品和新技术的研究与应用

经过几十年的发展，在泵类流体机械的研究中，研制了许多符合我国实际情况的新型泵类流体机械产品。

根据国内无堵塞泵的需求，通过深入研究，使用了无堵塞泵设计法，无过载曲线设计法，设计出的泵类产品，如： 新型旋流前伸式双叶片排污泵、潜水排污泵等。这些设备采用通道式叶轮设计，过流能力好，部分泵型还具有切割功能，防潮绕功能，清污功能。对于国内产品标准及同类产品平均水平，效率均提高5%～10%，达到国内领先水平。

近年来，国内工业增压领域的循环泵和供水领域的供水泵的需求大量增加，同时，根据我国十三五规划节能减排的总体要求，泵的效率成为关键指标。而供水领域，人们对饮水安全的关注也持续关注。通过对冲压焊接工艺的研究，使用冲压焊接技术制造的泵，解决了人们关注的难点。目前，冲压焊接泵种类繁多，以安装型式来分，有立式泵和卧式泵;以级数分：有单级泵和多级泵;冲压焊接泵，不仅可以用在工业增压领域和供水领域，还可以用在净水处理行业、空调暖通、深井提水等领域。冲压焊接泵，是目前世界最新的水泵制造技术，零部件的加工方法属于少切削或无切削，加工过程节材、节能、环保。产品效率高，结构紧凑，运行平稳，外形轻巧美观，是传统铸造类泵的更新换代产品。它的发展，符合目前世界上泵行业技术的发展方向，符合我国目前3060碳目标计划。另外，冲压焊接泵在解决低比转速泵效率低的问题上，也具有无可比拟的优势，产品对比铸造类产品效率提升10%～15%，远远高于泵产品的节能标准。

2泵类流体机械的研究现状和发展方向

2.1 泵现代设计理论与方法及节能降耗的研究

就泵类流体机械的研究而言，尤其是现代泵设计理论和方法的研究，主要是基于理论和实践经验的结合。无论采何种设计理论和方法，设计师的经验都是至关重要的。这是由于泵内液体的流动是极其复杂，泵内流体的压力分布状况也比较复杂，各设计参数复杂多变，设计参数与泵外特性参数之间没有规律可循。另外，对泵内液体流动机理的研究还不够深入，现代水泵设计理论和方法的适用范围也不够广泛，还有许多问题亟待解决。随着国家3060碳目标的提出，对泵行业的发展，提高泵的运行效率成为了发展主题。提高效率，需要在设计方法、测试方法、制造工艺等等方面做出改进。另外，针对泵产品的节能，我们还要关注泵选型和泵所在系统运行的节能，泵产品的性能参数保证了额定点的高效，所以，应用行业在设计系统时，对泵的选型也要格外注意，尽量使泵运行在高效区，避免偏离太大造成的系统不匹配，增加能耗。

2.2 泵类流体机械研究的发展方向

近年来，虽然我国泵类流体机械的设计、制造技术水平与国外的差距越来越小，甚至一些国防装备使用的泵技术处于世界前列，但是我国泵的总体设计水平仍然比较落后，尤其是在新技术的开发方面，与国外还存在着明显的差距。同时，我国泵类流体机械产品种类较少，不能满足一些特殊工况的需求。因此，在今后的研究中，我们需要继续引进新技术，鼓励创新和改进。在泵设计技术上，要勇于引进基于3D软件的设计方法，使用先进的计算流体力学（CFD）预测泵的性能，在设计方案中优中选优，缩短研发的周期。

2.3 泵类流体机械优秀水力模型平台的建设

提高泵类流体机械设计水平需要长期的积累和总结，需要经过几代人的努力才能赶上国际水平。虽然水力设计技术的发展，能够开发出众多优秀水力模型，但在未来，我们也要兼顾水力模型平台建设。目前泵设计理论还是半经验半理论的状态，需要建立平台积累研究成果、规划优秀水力模型库、沉淀总结设计经验。便于培养泵类流体机械的设计人员，在平台的基础上，不断改进和创新，研究出更多的成果，促使我国的水力设计水平早日达到国际先进水平。

结束语

综上所述，我国泵类流体机械研究方法，在引入了3D模型设计和计算流体力学（CFD）的方法之后有了长足的进步和发展，但是，相比国外还是有相当差距。对于特殊行业的产品研究基础还比较薄弱。在水力模型的积累和管理上，也存在相当大的差距。因此，在十四五规划的碳目标基础上，应加大泵类流体机械设计方法的研究，注重水力模型库建设，提高泵的设计水平，制造水平，使泵类流体机械的设计、制造、测试早日达到国际先进水平。

参考文献：

[1]吴璀强.解析泵类流体机械研究进展[J].科技与企业，2014（03）：254.

[2]赵才甫.不锈钢冲焊泵的特点、应用及发展现状和趋势[J].通用机械，2010（9）：82.