泵设计制造水平提升策略分析

2021-12-27江劲松

设备管理与维修 2021年22期

江劲松

（广州市昕恒泵业制造有限公司，广东广州 510530）

0 引言

对国家工业总体发展水平进行分析可以发现，国内的通用机械设计和制造工作发展速度较快，特别是在泵设计和生产发展速度方面。但是与发达国家相比，国内的泵设计制造水平仍然存在一定差距，相关单位需要提高重视，及时开展各项分析工作，切实提高泵的设计质量。

1 泵设计制造发展历程

通用工程发展过程中需要大量的泵制造，这是保障工程各项工作顺利开展的重要因素。在当前国内泵设计工作开展过程中，主要是通过联合设计的方式来改善泵的性能，并应用相关技术来研发新型功能，逐步克服泵应用过程中存在的问题。当前国内市场上大部分的泵技术已经成熟，但是其核心技术发展过程中仍然需面对一系列的问题，在自主研发方面存在一定的缺陷，这在一定程度上影响了抽水设施的扩张速度[1]。特别是受经济全球化等的影响，国内的抽水产品市场发展与国际产品相比仍然存在一定差距，影响了泵的本体化建设速度。因此，相关单位要提高重视程度，及时开展自主研发工作，完善泵送产品的各项性能，加快泵送产品从进口向出口的转变速度，为国内通用工程建设提供保障。

2 泵壳零件加工存在的问题

泵外壳在保护设备内部稳定性以及连接相关部件方面有重要作用，出现破损之后设备零部件可能会出现不同程度的位置变动，严重者可能会影响泵正常工作。分析后可以发现，不同功能的泵形态也存在差异，但其结构在整体上存在相似性。这就需要工作人员结合泵的性能来调整零件的安装方式等，将零件安放到空间的指定位置，在保障泵内部空间合理使用的同时减轻泵承载压力等方面的负担，有效提高泵的整体性能。为了保障泵结构的整体刚度，同时适当控制零部件的重量，在设计铸件的过程中会减小其壁厚，而这就需要设计人员重视泵结构平面和相关孔距设计精度控制工作，严格按照标准开展后续施工，这样才能保障其安装质量，后续生产过程中出现问题的概率也会随之减少[2]。最后，设计人员还要重视螺钉安装孔的选择，虽然对该类安装孔没有特殊要求，但是为保障工作质量，要及时核对各部位的安装孔尺度。

3 国内泵设计性能改进措施

3.1 合理开展叶轮改进工作

叶轮是泵的核心组成之一，它出现问题将直接影响泵的运行质量。在工作负荷和工作介质相同的情况下，泵运行环境对其运行稳定性的影响较小，但是叶轮变化会直接影响泵的工作情况，严重时还会导致泵整体出现不同程度的损坏，造成严重的经济损失。为此，相关人员必须重视泵叶轮修改的设计工作，通过引进国外的先进技术和设计方法，结合泵运行过程中出现的叶轮运行问题进行调整，可以收到较好的效果。同时，设计者等也应当重视计算机技术，利用其搭建虚拟叶轮模型，通过分析模型运行过程中出现的问题以及可改进方向等来对其进行调整，并在此基础上开展叶轮试验，进一步提高叶轮设计质量，使其在运行过程中的反应更加灵活。最后，设计人员也要重视叶轮运行的可靠性，通过合理调整叶轮动态设计系统，添加多种类型突发问题的应对措施，可以进一步提高叶轮运行质量，减少非必要因素对叶轮正常运行的影响，同时延长叶轮的使用寿命。

3.2 应用计算流体力学

现代工业工程设计过程中会大量利用计算机设计对运行模式等进行分析，并探究相应的改进方法。通过合理应用计算流体力学技术，可以减少非必要因素对测试造成的影响，继而提高测试效率，测试所耗费的成本也会随之下降。当前应用计算流体动力学技术的领域主要有3个，分别是基础数值运算、计算实验和工程问题应用。此外，科学家还引入了三维粘性数值模拟软件系统，在该系统的帮助下泵结构开发速度明显加快、耗费的资金明显减少，设计效益明显提高[3]。

当前，国内研究机构的计算机流体力学应用主要围绕以下两方面开展。

（1）对叶轮网络的制作技术展开研究。该技术是流动数值模拟模型的基本组成之一，通过研究叶轮网络的分离，可以推动后续各项工作按规定方式开展，其分析质量也会随之提高。

（2）分析离心泵内部流场。在数值方法的帮助下研究离心泵内部流动规律，对推动离心泵发展速度有重要作用。

3.3 引进三元流技术

三元流技术是推动泵制造业发展的关键技术之一，现在仍然需要被重视，通过推进相关技术的发展创新来进一步提高泵的设计制造水平。在航空离心压气机中最先发现“射流—尾迹”现象，在激光测速技术的帮助下可以直接地观察到该现象。图1中，v1和v2分别代表进口和出口处的流速，曲线dc和cg分别代表两个相邻的叶轮，t表示流动分离点，ht表示尾迹区，射流区则分别用c、d、v以及t和g来表示。

图1 射流—尾迹模型

但是，在尾迹计算方面目前国内仍然没有广泛且有效的方法。该现象的出现与粘性、压力梯度密切相关，在实际运行过程中，受叶轮和前盖板运行方式的影响，会脱流不同程度的液体、组成尾迹区。对该现象进行三元流动计算，可以测算出相应的定量并进行调整，进而提升泵的性能。而三元流叶轮改造技术离不开水泵设计软件的支持，在不变化其他影响因素的情况下优化、调整水泵内的水力部件，可以直接改变叶片的形状和运行性能（图2）。

图2 三元流叶轮测试

分析测试图后发现，三元流叶片的进口边向和出口宽度的变化，可以减少运行过程中的能耗损失、有效节约成本。

3.4 明确各项加工要求

在泵的设计过程中必须重视各项加工要求，严格按照规定加工，以保证最终各类零部件的精度，减少泵在整体安装过程中出现的问题。工作人员应围绕以下加工要求开展工作：首先是尺寸要求，在出现尺寸偏差时必须结合公差要求，通过取中间公差的方式开展各项处理工作；其次是重视经营者的要求，必须严格在工艺文件等的指导下设计，并明确不同零部件所用材料的精度和质地等影响因素，在此基础上综合性地分析、选择最优工艺方法开展工作；然后要重视粗糙处理要求，加工人员等应当结合精加工余量来调整其深度、满足施工要求；最后在生产过程中要重视对粗加工、精加工范围以及加工工艺的要求，关注施工过程中可能出现的温度变化等因素，避免因为应力变化等导致产品的尺寸精度发生变化。此外，加工过程中还要重视零件松动和切割等问题：通过调整加工设备来保证加工零件的精准度，避免应用过程中出现松动等问题；切割零件过程中出现的问题，应当关注系统运行过程中出现的粗糙度和声音变化，一旦发现系统运行声响等发生变化则应及时停止切割操作并检查系统，避免出现不必要的安全问题。