現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法在水泵設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究

摘 要：水泵運(yùn)行效率、運(yùn)行穩(wěn)定性等一系列問題，長(zhǎng)期受到業(yè)內(nèi)的普遍關(guān)注。通過創(chuàng)新和優(yōu)化設(shè)計(jì)方法能夠有效提升水泵設(shè)計(jì)效率和水平。本次研究將圍繞現(xiàn)代設(shè)計(jì)法在水泵領(lǐng)域的科學(xué)應(yīng)用而展開，研究的實(shí)際意義突出，所取得的研究成果具有一定可借鑒意義。

關(guān)鍵詞：現(xiàn)代設(shè)計(jì)法；水泵；設(shè)計(jì)

序言

現(xiàn)代設(shè)計(jì)是計(jì)算機(jī)、信息化、數(shù)據(jù)化技術(shù)發(fā)展所形成的一類創(chuàng)新性設(shè)計(jì)理論和方法總稱?，F(xiàn)代設(shè)計(jì)是一門專業(yè)性強(qiáng)、學(xué)科之間彼此交叉的學(xué)科。其中現(xiàn)代設(shè)計(jì)法的主要目標(biāo)在于實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計(jì)?，F(xiàn)代設(shè)計(jì)法主要包括優(yōu)化設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)等內(nèi)容。

水泵作為常見的機(jī)械組件之一，隨著工業(yè)的快速發(fā)展，有效降低水泵能耗，相應(yīng)提升其生產(chǎn)作業(yè)效能已經(jīng)成為關(guān)鍵。本次研究將從現(xiàn)代設(shè)計(jì)理念、方法在水泵設(shè)計(jì)中應(yīng)用入手，提出強(qiáng)化水泵效率、提升其運(yùn)行穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)性的措施。

1 現(xiàn)代設(shè)計(jì)法特點(diǎn)分析

現(xiàn)代設(shè)計(jì)法主要具備三方面的特點(diǎn)：其一是系統(tǒng)化?，F(xiàn)代設(shè)計(jì)法具有整體性，形成了一個(gè)系統(tǒng)化的設(shè)計(jì)體系，在固有集成化設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，能夠使不同設(shè)計(jì)進(jìn)行有效綜合，提升設(shè)計(jì)的專業(yè)化水平，進(jìn)而能夠圍繞設(shè)計(jì)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)預(yù)期設(shè)計(jì)目標(biāo)。其二是智能化。現(xiàn)代設(shè)計(jì)法充分運(yùn)用到計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等創(chuàng)新技術(shù)，使設(shè)計(jì)的實(shí)效性和準(zhǔn)確性都得到大幅度提升。其三是創(chuàng)新性?，F(xiàn)代設(shè)計(jì)法具有突出的創(chuàng)新性，通過設(shè)計(jì)理念、設(shè)計(jì)技術(shù)、設(shè)計(jì)方法的實(shí)際創(chuàng)新，帶動(dòng)設(shè)計(jì)水平和標(biāo)準(zhǔn)的持續(xù)提升，推動(dòng)工業(yè)化、機(jī)械化的全面發(fā)展。

2 現(xiàn)代設(shè)計(jì)法在水泵設(shè)計(jì)中的應(yīng)用價(jià)值

水泵設(shè)計(jì)優(yōu)化具有積極的現(xiàn)實(shí)價(jià)值。其價(jià)值主要體現(xiàn)在經(jīng)濟(jì)性、安全性和實(shí)效性三方面。

2.1 經(jīng)濟(jì)性

通過運(yùn)用現(xiàn)代設(shè)計(jì)法對(duì)水泵進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，能夠在一定程度上降低成本投入，在較少投入情況下，獲取更為理想的回報(bào)。由此可見，運(yùn)用現(xiàn)代設(shè)計(jì)法能夠科學(xué)合理實(shí)現(xiàn)水泵設(shè)計(jì)優(yōu)化工作，該實(shí)踐具有突出的經(jīng)濟(jì)性。

2.2 安全性

水泵運(yùn)行中出現(xiàn)安全問題往往源于設(shè)計(jì)不合理和組裝不到位等原因。引入現(xiàn)代設(shè)計(jì)法進(jìn)行水泵的設(shè)計(jì)，能夠切實(shí)提升水泵的整體安全性，降低水泵出現(xiàn)安全問題的機(jī)率。

2.3 實(shí)效性

水泵優(yōu)化設(shè)計(jì)和組裝的根本目的在于要不斷增強(qiáng)水泵運(yùn)行的實(shí)效性，確保水泵能夠處于一個(gè)良好的運(yùn)行狀態(tài)下，使水泵能夠發(fā)揮應(yīng)有作用。通過運(yùn)用現(xiàn)代設(shè)計(jì)法進(jìn)行水泵設(shè)計(jì)能夠進(jìn)一步強(qiáng)化水泵運(yùn)行的實(shí)際效果，體現(xiàn)出其實(shí)效性。

3 現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法在水泵設(shè)計(jì)應(yīng)用重點(diǎn)分析

3.1 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)

在水泵設(shè)計(jì)中，當(dāng)前我國(guó)研究學(xué)界和實(shí)務(wù)界積極運(yùn)用的一種技術(shù)是計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)建立在完善的計(jì)算機(jī)技術(shù)系統(tǒng)和分析系統(tǒng)基礎(chǔ)上，隨著信息和數(shù)據(jù)技術(shù)的不斷發(fā)展，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)能夠幫助設(shè)計(jì)者在有效人機(jī)互動(dòng)前提下，更好地完成設(shè)計(jì)工作。

3.2 優(yōu)化設(shè)計(jì)

優(yōu)化設(shè)計(jì)是在原有設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上的延伸設(shè)計(jì)和深入化設(shè)計(jì)。在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)法難以滿足于水泵應(yīng)用發(fā)展要求的背景下，優(yōu)化設(shè)計(jì)能夠根據(jù)應(yīng)用實(shí)際和科學(xué)化設(shè)計(jì)要求，實(shí)現(xiàn)多元化設(shè)計(jì)和精確化設(shè)計(jì)，使設(shè)計(jì)參數(shù)獲取和設(shè)計(jì)參數(shù)修正效率更高，進(jìn)而全面提升水泵運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性。

4 結(jié)合現(xiàn)代設(shè)計(jì)法實(shí)現(xiàn)優(yōu)化水泵設(shè)計(jì)策略

4.1 優(yōu)化參數(shù)

水泵設(shè)計(jì)的參數(shù)選取非常關(guān)鍵。參數(shù)選取是水泵設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，部分設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)中往往更多顧及水泵的整體安全性，這種設(shè)計(jì)理念基本符合系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，但設(shè)計(jì)思想保守也容易導(dǎo)致水泵流量及揚(yáng)程過大、水泵設(shè)計(jì)相應(yīng)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)超過要求裕量。在水泵運(yùn)行過程中，其動(dòng)靜配合處容易因間隙磨損逐漸增大，影響流量，明顯降低水泵效率?？傮w來看，通過引入現(xiàn)代設(shè)計(jì)法，通過運(yùn)用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，實(shí)現(xiàn)水泵設(shè)計(jì)參數(shù)優(yōu)化的現(xiàn)實(shí)價(jià)值突出，進(jìn)而能夠確保水泵一般流量裕量大于等于10%，揚(yáng)程裕量則小于等于20%，確保水泵處于良好運(yùn)行狀態(tài)下，保持較高效率。

4.2 控制水力損失

水泵的水力損失主要形式是水力摩擦損失和局部損失。本次研究將分別對(duì)兩類損失問題進(jìn)行分析。通過運(yùn)用現(xiàn)代設(shè)計(jì)法可以從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、材料選取等方面提質(zhì)增效，實(shí)現(xiàn)持續(xù)優(yōu)化創(chuàng)新。

4.2.1 水力摩擦損失控制策略

一是減小水力摩擦阻力系數(shù)。阻力系數(shù)往往會(huì)與水泵液體粘性和過流表面的粗糙度有直接關(guān)系。因此水泵流道應(yīng)保持光潔，在水泵設(shè)計(jì)選材時(shí)，在葉輪等部件上應(yīng)采用更為精密的鑄造技術(shù)和優(yōu)質(zhì)材料，同時(shí)水泵加工過程中也應(yīng)注重在葉輪進(jìn)出工作面等位置的修光作業(yè)，實(shí)現(xiàn)水泵效率的提升。二是減小水泵流道長(zhǎng)度。水泵內(nèi)部的各個(gè)流道如果長(zhǎng)度過長(zhǎng)，明顯會(huì)增加水力的摩擦損失，因此在水泵設(shè)計(jì)時(shí)要確保葉片從進(jìn)口邊到出口邊的包角大小合理，不能因包角過大造成水力損失，同時(shí)也不能包角過小，造成葉片間流道利用效率的下降。一般情況下包角幅度應(yīng)在85°～110°之間。三是有效增加水力半徑。濕周中圓形濕周最大，而長(zhǎng)方形最小，方形適中。為了能夠減小濕周，水泵葉輪進(jìn)出口等位置應(yīng)盡可能采用方形流道。

4.2.2 局部損失控制策略。水泵水力局部損失主要發(fā)生在流道明顯增大、收緊、轉(zhuǎn)彎、流道與液流反向匯合等位置。液流容易在上述位置產(chǎn)生漩渦，液體旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生了摩擦和沖擊，進(jìn)而消耗了部分動(dòng)能，導(dǎo)致水力出現(xiàn)損失。在水泵設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)從幾方面入手，進(jìn)而降低水泵水力的局部損失：第一是注重適用性。在實(shí)際設(shè)計(jì)中葉輪葉片、導(dǎo)葉葉片不易太厚，設(shè)計(jì)者充分考慮到水泵運(yùn)行穩(wěn)定性、安全性和效率問題后，通過科學(xué)計(jì)算和分析，盡可能控制葉片厚度，進(jìn)而減小水泵局部水力阻塞問題。第二是合理選型。有針對(duì)性地選擇葉輪葉片、導(dǎo)葉葉片的進(jìn)出口角度。尤其是葉輪進(jìn)出口等容易造成水力損失的過渡區(qū)，則應(yīng)注意設(shè)計(jì)的實(shí)效性和專業(yè)性，避免造成水力損失，影響后期運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。同時(shí)進(jìn)口邊要適當(dāng)向吸入口延伸，增加葉片的重疊程度，進(jìn)而有效減少流道擴(kuò)散，避免水力局部損失。第三是突出創(chuàng)新。在水力局部損失控制方面，也要采取相應(yīng)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)策略。如在密封環(huán)、導(dǎo)葉套、軸套等部位開環(huán)形槽，水泵內(nèi)部的這些槽能夠起到控制水壓的作用，使水從高壓一側(cè)流向低壓，起到節(jié)流的實(shí)際作用，減少水力的損失。

5 結(jié)束語

綜上所述，可見現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法的普遍應(yīng)用具有積極的現(xiàn)實(shí)意義，該類技術(shù)方法在水泵設(shè)計(jì)方面發(fā)揮著提升水泵運(yùn)行效率、有效控制運(yùn)行成本的作用。

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