韩 宇，彭 涛，胡毅钧

（海装沈阳局驻沈阳地区第四军事代表室，辽宁 沈阳 110179）

引言

水泵是社会生产生活中不可或缺的常用机械设备，对社会经济发展和生活质量改善有着积极的推动作用。长期以来，我国通过积极引进国外水泵先进生产技术，水泵设计与制造水平相较过去有大幅的提升，水泵制造技术呈现出多元化发展趋势。然而和国外先进的水泵设计制造水平相比，我国仍然相对偏低，研发周期长，对既有经验依赖性强，还需要对水泵设计制造创新保持高度重视，加大设计制造创新投入力度，力争达到世界先进水平。

1 水泵制造业背景

水泵制造业是通用机械制造业的重要组成部分，目前国内的水泵设计制造主要采用自主研发、联合设计、技术引进等多种形式，技术日益成熟。然而，国内水泵设计制造在自主研发方面还存在一定短板，很多企业多是仿制或改进市场上技术成熟的产品，技术创新有限，新材料、新工艺的使用缺乏突破，尚存在一定的进步空间。近年来许多国外产品逐渐进入国内市场，在对国内水泵设计制造企业造成冲击的同时，也在很大程度上促进了技术的升级和创新。只有不断提升水泵设计与制造水平，才能在国际化市场竞争中占据有利地位，推动我国水泵工业的健康持续发展。

2 水泵设计制造存在的问题

2.1 技术问题

目前国内一些企业在水泵设计制造过程中，依然采用传统的设计理念和方法，水泵产品的技术含量不高。以节能技术为例，很多设计人员对水系节能方面知识缺乏了解，导致水泵产品节能水平较低。水泵的节能问题，不仅体现在水泵指标值、阀门值等方面，还需要结合水泵产品的具体使用目的、环境来综合考量，兼顾水泵自身性能的稳定性、经济性等指标。在节能方面，国内水泵设计制造还有较长的一段路要走。

2.2 材料问题

水泵产品需要使用健康、环保的材料，兼顾产品的性能、使用寿命等多方面因素。然而目前水泵设计制造往往侧重于某些指标而忽略了其他性能，比如追求性能好而选用不环保的材料，追求环保节能导致管道材料使用寿命短。水泵材料的选择，直接关系到水泵产品的质量和寿命，关系到人民群众的切实利益，还需要不断积累经验，全面考量，提升水泵产品的材料品质。

2.3 生产问题

国家提出全面信息化，加速工业化、信息化二者的融合，在此背景下，水泵的制造企业对于ERP系统展开升级，使用LPM和Director6等系统[1]，但是在水泵制造方面，对于信息技术的应用效率还相对较低，远程监控和无线监控等技术还没有应用在水泵的制造环节当中，对于水泵制作过程和质量控制等产生影响，使得国内水泵制造企业生产的产品难以和国外同类企业相匹敌。

总的来说，国内水泵设计制造存在的主要问题在于技术和材料两个方面，提升水泵设计制造水平的首要任务在于提升技术含量，选用高质量的新型环保材料，突出结构设计、细节化设计、高标准生产，努力研发高质量水泵产品，提高泵效，降低成本，延长水泵使用寿命，响应国家提倡的节能减排目标。

3 提升水泵设计制造水平的思路

提升水泵设计制造水平的关键在于技术创新，在水泵设计和制作当中使用更多新的技术和材料。科学技术是第一生产力，新技术开发具有难以估量的实际价值，水泵设计制造应引入大容量计算机精准预测技术、磁性轴技术等先进技术手段，对汽蚀现象、双方向水泵震动特征和新材料等方面展开研究，积极应用计算机辅助设计制造技术，积累科研成果，提升水泵设计技术含量水平，激发水泵制造潜能，有效控制水泵设计制造成本。

3.1 加强技术研发

水泵设计水平的提升，依赖于现有的技术手段和完善的管理制度。一方面，企业应围绕水泵设计理念，积极引入先进的高新技术，并加大自身的技术研究力度。不仅要对现有的技术进行组合研究，研发出一套适合自己的技术体系，还要做好技术的应用落实，使先进的技术手段切实体现在水泵产品的设计制造过程中。企业可以结合目标用户的实际需求，制定水泵产品的性能指标和产品模型，从产品稳定性、经济性、节能性、使用寿命等方面综合评价，选用最佳的技术方案，尽可能兼顾水泵产品的综合性能，减少水源的浪费，提高水泵使用效率和寿命。

另一方面，企业应制定一套完善的管理制度，在水泵设计前期要做好规划工作，对水泵设计人员进行必要的知识培训，根据不同岗位的工作性质和需求安排培训内容，增强设计与制造人员的专业能力和职业素养，有效约束和规范相关人员的工作行为。同时，加强设计与制造部门的沟通合作，实现设计制造的整合性发展，确保各项工作按预期目标顺利达成。

3.2 选用优质材料

选用适合的材料是保证水泵产品质量的基础。作为液体输送工具，水泵及其管道设计必须慎重考虑选材问题，绝不能马虎大意。水泵产品在日常生产生活中被频繁的使用，需要经受液体无数次的冲刷，选材好坏关系到使用寿命的长短，必须确保自身封闭性良好，不会出现液体泄漏问题。同时，要具有较强的抗腐蚀能力，并足够安全环保，不会为人体健康和自然环境造成危害。

以水泵管道材料为例，水泵管道材料选择首先要考虑封闭性是否良好。管道需要靠管内外压力形成液体流通，只有满足封闭性要求才能确保畅通流动。在此基础上，还需要考虑管道材料的耐腐蚀性，是否能经受液体经年累月的冲刷。如果选用橡胶材料，虽然短期内具有较好的抗腐蚀性表现，但长期使用会出现被液体腐蚀烂掉的问题，不仅影响水泵的正常运转，还可能导致健康安全问题。因此，水泵设计制造需要借鉴国内外先进的材料技术，研发出更好的水泵制造材料，提升水泵产品的质量稳定性。

4 提升水泵设计制造水平的可行性措施

在水泵设计制造工作中，相关人员要努力提升自身的专业能力水平，拓宽视野，打开眼界，积极学习先进的设计理念与技术，以及新设备、新材料，实现技术、材料等方面的突破创新。目前，我国水泵设计制造性能提升可以在叶轮改造、三元流技术、计算流体力学等方面重点投资，不断提升水泵设计的含金量和水泵制造的科学性。

4.1 加强水泵设计优化

水泵设计过程中，需要对设计成果进行试验，认真考核设计方案的科学性和可行性，确保设计方案达到最佳的效果。以叶轮设计为例，叶轮是水泵的心脏，叶轮设计对水泵产品质量具有关键性的影响，高质量的叶轮是水泵连续稳定运行的基础。如果水泵叶轮存在设计缺陷或质量问题，必然导致水泵的运行稳定性大受影响。因此，做好水泵叶轮的设计优化至关重要。

在叶轮优化方面，设计人员需要积极学习国外的成熟经验，引进先进的技术手段，应用科学的理念和技术武装头脑，才能切实提升水泵叶轮的设计水平。在设计过程中，应利用计算机建立叶轮模型，对叶轮模型中使用的新技术进行精准预测试验，预判叶轮应用新技术的成果。结合试验结果对叶轮模型进行不断的改进和优化，确保叶轮灵敏度、置信度等指标达到设计要求。

这需要叶轮设计制造企业形成一套科学完善的产品设计体系，明确水泵叶轮等产品的设计流程和操作规范，设计具有动态性的设计体系，对水泵叶轮优化等设计工作提出目标要求，重视借助试验结果对设计进行持续的优化，从而取得最佳的产品设计方案，保证水泵叶轮等零部件质量。

4.2 加强三元流技术的研发与应用

三元流动理论早在20世纪70年代就已出现，吴仲华院士提出的这一理论能够显著提升水泵制造水平，推动水泵设计制造技术的改造升级[2-3]。经过几十年的研发与应用，三元流技术在水泵领域取得了辉煌的成就，理论技术日益成熟，西方发达国家也在这一技术领域投入了大量的资金和人力进行研发。国内水泵设计制造企业需要一直绷紧技术创新这根弦，保持三元流技术等方面的领先性，依靠技术创新提升水泵制造业水平。

在航空离心压气机中发现的“射流—尾迹”现象就具有很大的研究价值。目前对于尾迹计算缺乏准确的方法，受黏性、压力梯度影响，泵轮出口在前盖板表面和叶片吸力面存在流体脱流，必须借助“射流—尾迹”三元流动计算才能得出定量分析的结果。依靠这一技术，可以实现水泵产品的性能提升。水泵三元流叶轮改造就是借助三元流理论，对水泵内水力部件进行优化设计，在相同电机、泵体、管线条件下能够有效提升流量和压力，获得更高的泵效。

设计的两种水泵叶轮轴孔、密封环等参数一致，但三元流设计对叶轮叶片形状进行优化设计，通过加宽叶片提升了流通能力，通过减小直径增加了出口宽度，叶片进口边向来流进口拓展可以降低进口损失。两种设计方案相比，三元流技术明显具有更高的技术合理性，值得在水泵设计制造中推广应用[4]。

4.3 加强计算流体力学的研发与应用

随着信息技术的普及应用，在水泵设计制造中应用计算机技术已经成为主流趋势，可以借助各种辅助设计软件进行流体力学分析。在利用计算机进行水泵流体力学计算分析时，采取基体参数应用、计算机辅助实验系统等方式，合理控制计算流体力学试验次数，不仅可以提升水泵设计效率，推进水泵设计优化水平，还可以对水泵设计制造成本进行控制。

目前，流体力学软件开发已经越来越成熟，设计人员可以借助三维黏性数值模拟软件，在低成本投入下对水泵流速等数值进行计算。在相关技术的研发方面，主要方向包括叶轮网生成技术和离心泵内部流动规律研究。叶轮网技术需要对水泵流体数值进行分析，通过合理划分网格提升流体数值。而离心泵内部流动规律研究，需要对离心泵流场进行合理计算，根据计算结果对水泵设计制造进行改造，提升水泵设计效率，解决水泵制造和应用中存在的一些困难，实现水泵技术的突破创新。

5 结语

水泵设计制造水平提升对于我国水泵产业的发展至关重要。发达国家在水泵设计上追求机构巧妙，设计思维灵活，重视水泵结构设计与水泵材料选用，严格技术和材料标准，在水泵产品精细化方面有许多值得我们学习借鉴的成功经验。国内厂商应该坚持独立自主的设计意识，引进大容量计算机精准预测等先进技术手段，加强水泵叶轮的动力特性和气蚀现象研究，应用磁性轴等技术优化泵体性能，提升水泵产品质量。