目前我國自主生產(chǎn)設計的水泵已經(jīng)國內(nèi)市場投放上取得了很到成就，幾乎占有市場份額的絕大部分，但是在國外市場上，我國自主生產(chǎn)設計的水泵卻很難打進去，究其原因，還是因為我國自主生產(chǎn)設計的水泵與國際領先水平存在一些差距。本文就目前國內(nèi)外水泵研究現(xiàn)狀入手分析，提出水泵改造的可行性措施，為我國自主研發(fā)水泵技術達到或超過國際水平提供理論支持。 　　

1 我國水泵技術發(fā)展現(xiàn)狀 　　

我國現(xiàn)階段水泵生產(chǎn)形式以及圖紙模型等主要為聯(lián)合設計、引進、自行研發(fā)幾種，我國市場上和行業(yè)使用的水泵基本上都是通過這些手段設計制造的，是國內(nèi)市場的主導產(chǎn)品，但是這些產(chǎn)品的設計水平和技術相對于國際先進水平還有一定的差距。比如國內(nèi)生產(chǎn)的水泵很少有完全獨立自主的設計，往往是復制或者借鑒參照國外圖樣，缺少自主研發(fā)的靈活性和巧妙行，可拓展性很小，這也造成我國在生產(chǎn)設計水泵過程中缺乏自主意識，思維不夠靈活，無法從目前這些設計框架中突破出來，形成自己的、獨特的設計理念和技術。若只在別人的基礎上修改、改良而缺乏國外設計師的那種自由奔放的思考，這樣是不會有很大的進步和突破的。另外，雖然國內(nèi)設計生產(chǎn)的水泵成本較低并很快占據(jù)了國內(nèi)市場，但是在國際市場上還是空白。 　　

2 國外先進水泵技術發(fā)展現(xiàn)狀 　　

在國外一些技術較為先進的國家，他們對水泵的設計都有一個統(tǒng)一的理念，即設計奔著機構巧妙、設計思維靈活、具有獨立自主的設計意識、重視水泵結構的同時一樣重視水泵材料等，比如意大利國家對水泵的用材非常講究，不銹鋼外殼必須具備一定的標準才可以使用，另外日本在設計制造水泵時，他們對水泵的細節(jié)要求非常高，制造出來的水泵非常精細。 　　

國外水泵研究設計相對國內(nèi)來說主要有以下幾個方面存在領先： 　　

1）大容量計算機精準預測技術、模型計算機設計技術等；

2）在水泵開發(fā)研究中發(fā)現(xiàn)汽蝕現(xiàn)象的一項重要成果，即過流部件的汽蝕破壞程度dE/dt與泵的氣泡長度L有如下指數(shù)關系：dE/dt=K，并且氣泡長度有近似計算方法；

3）從兩個方向研究泵的震動特性，并取得一定成果；

4）引入一種逆向函數(shù)傳遞發(fā)測量泵的振動值后，獲取葉輪外力特性；

5）在設計上，國外更加注重葉輪的動力特性和汽蝕現(xiàn)象的研究，磁性軸的發(fā)明和應用實現(xiàn)了水泵領域的一項重大技術突破；

6）以計算機為基礎，實現(xiàn)機械零件實型成型技術，對提高設計水平有較為明顯的意義。 　　

3改造我國水泵設計性能的可行性措施 　　

近些年來，我國水泵設計制造技術已經(jīng)取得很大進步，有些設計已經(jīng)接近國際領先水平，但是在水泵設計制造的很多方面還是存在一些差距的，比如設計理念、機械用材、設計制造的新技術等方面，所以我國在水泵研究設計過程中，首先應該調(diào)整心態(tài)，確立正確的理念，然后才是對用材和技術方面的深入研究開發(fā)。 　　

3.1 對葉輪的改造 　　

葉輪是水泵的心臟，他決定了泵的揚程和效率，在工況和設計差異不大的情況下，泵體對水泵性能的影響是較小的，多以對葉輪的改進顯得尤為重要。首先可以引進國外先進的大容量計算機精準預測技術，并組織專業(yè)人員對其進行精細研究。通過此項技術對水泵葉輪進行模型預測和設計，另外運用有限元計算和實驗模態(tài)分析對葉輪的動態(tài)特性進行計算分析，引入模態(tài)置信度和特征值靈敏度修改理論，對葉輪的設計改進提供一種基于動態(tài)性的設計方法。另外為了延長葉輪的使用壽命，除了改善泵空化性能外，還可以采用優(yōu)質(zhì)良材，比如采用1Cr13Ni4Mo不銹鋼等。 　　

對水泵葉輪的技術性改造理念應主要集中在靈活性和適應性上，針對目前國際上比較先進的CFD技術、三元流技術等，我國相關機構和部門應加大研發(fā)投入，建立專業(yè)的研發(fā)團隊和研發(fā)人員培養(yǎng)機制、體系，為水泵技術研發(fā)源源不斷的輸送人才。 　　

3.2 引進三元流技術 　　

早在1976年，美國權威工具書《泵手冊》就已經(jīng)對我國科學家吳仲華創(chuàng)立的三元流動理論進行詳細的分析，并認為這項技術必定發(fā)展成為水泵設計制造行業(yè)的領先技術。1986年，射流——尾跡三元流動計算方法就開始投入水泵設計運用中，隨著該項技術的發(fā)展，目前我國和世界其他先進國家都在深入研究和使用該項技術，可以說這是我國水泵技術方面為數(shù)不多的一項領先與世界其他國家的技術，所以我國在設計制造水泵過程中一定不能落下此項技術。 　　

“射流——尾跡”現(xiàn)象最早發(fā)現(xiàn)于航空離心壓氣機中，通過激光測速技術觀察到“射流——尾跡”現(xiàn)象。如圖1所顯示，彎曲線dh和cg分別代表相鄰的兩個葉輪，dc和hg分別為進口和出口，W1和W2分別表示進、出口處的流速，t是流動分離點，htv是尾跡區(qū)，cdtvg則是射流區(qū)。但是對于尾跡的計算，目前尚無準確方法。由于粘性和壓力梯度的存在，泵輪出口沿葉片吸力面及前蓋板表面都會有流體脫流，形成尾跡區(qū)，只有通過“射流——尾跡三元流動”計算才能得出定量分析，進而是泵的性能提高。 　　

水泵三元流葉輪改造技術實際上是使用領先的水泵設計軟件，重新對水泵內(nèi)水力部件進行優(yōu)化設計，可以實現(xiàn)在不改變電機、泵體、管線的條件下增大流量、提高壓力，達到提高水泵泵效。如圖2所示，兩種設計葉輪的安裝尺寸（軸孔、鍵、密封環(huán)）相同，但是葉片的形狀進行了很大改變，子午流到三元流葉片的加寬增大了流通能力，另外直徑的減小相對增大了出口寬度。同時三元流葉片進口邊向來流進口擴展，減少進口損失，因此通過三元流動計算技術改進的葉輪更加合理。 　　

3.3 CFD技術研究和運用 　

計算流體力學（CFD）技術的研究重點是采用數(shù)值計算的方法，通過計算機求解這些控制流體流動的數(shù)學方程。目前在業(yè)界的普遍研究中大致認為分三個層次：基本數(shù)值方法、數(shù)值計算與實驗相輔、解決實際工程問題，國內(nèi)外較為先進的運用主要集中在第二層次，運用CFD技術，可以有效減少實際試驗的次數(shù)，提高水泵性能。在財力、專業(yè)人員等支持不足的情況下，依靠科技大力發(fā)展CFD技術，建立三維粘性數(shù)值模擬軟件系統(tǒng)，能夠在減小投入、減低成本的前提下快速提高我國水泵研發(fā)水平，才有可能盡快的使我國水泵設計水平達到或者領先世界先進水平。 　　研究和完善葉輪網(wǎng)格生成技術是進行流體流動數(shù)值模擬建立流場模型的基礎前提，網(wǎng)格的劃分是流動控制方程數(shù)值離散的基礎，是實現(xiàn)湍流數(shù)值模擬的關鍵技術之一，直接決定解析的斂散性和結果的精度，所以應加大葉輪網(wǎng)格生產(chǎn)技術的研發(fā)投入。另外邊界條件的設置在水泵內(nèi)部流場模擬中十分重要，進、出口邊界條件以及周期性邊界條件都是計算域時所需要的邊界條件。利用CFD計算流體力學，對離心泵內(nèi)部流場進行分析和研究，對認識和掌握離心泵的內(nèi)部流動規(guī)律，對離心泵的設計工作是非常重要的。該項研究內(nèi)容在泵行業(yè)具有非常大的發(fā)展前景，但該項研究內(nèi)容又是一個非常復雜的研究工作，因此要對CFD技術有一個正確的認識，要合理、合格的進行科研人員的組合。另外CFD技術是一項設計到多個領域的技術，所以要想在水泵的研發(fā)過程中充分發(fā)揮CFD技術的優(yōu)勢作用，還必須考慮到綜合因素，更多的理論結合實驗，將CFD數(shù)值模擬與實驗、理論有機結合起來，這樣才能理想而有效的解決問題。 　

4 水泵改進的主體思想 　　

水泵的研發(fā)目的主要是降低成本，提高泵效，延長泵的使用壽命，最大化的減低能源浪費，適應國家提倡的節(jié)能減排的主體思路。雖然近些年來，我國自己生產(chǎn)的水泵已經(jīng)取得了很大的成就，基本上占領了國內(nèi)市場，但是相比于國外較為先進的水泵，我國自主生產(chǎn)的水泵在國際市場上的份額很低，即使國外生產(chǎn)的水泵成本較高，價格較高，但是國外市場更愿意選擇那些水泵產(chǎn)品，究其原因，就是因為國外生產(chǎn)的水泵具有更為先進的技術含量，泵效和使用壽命跟高。所以我國在自主研發(fā)水泵產(chǎn)品時，應該奔著自主意識、靈活意識、高質(zhì)量材質(zhì)、高技術含量等這些方向作為主體研發(fā)思路，才能在水泵的研發(fā)設計上達到甚至領先世界先進水平