试论离心泵现代设计方法研究和工程实现

摘 要：随着我国社会经济和科学技术的不断发展，离心泵在许多的行业中得到了越来越广泛的应用，而且许多的行业当前对于离心泵的设计也提出了更高的要求，因此对离心泵现代设计方法及其工程实现进行研究是非常有必要的。本文以离心泵设计方法为研究对象，基于现代的设计理论，对传统的设计方法进行了一定的改进，以期能够为优化离心泵的设计提供一些参考。

关键词：离心泵；现代设计方法；工程实现

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.03.242

1 离心泵概述

所谓泵，实质上是一种流体机械，通过这种流体机械，可以实现机械能向动能和压力能的转换，并且这种动能和压力能是以被输送流体作为载体的，简而言之，泵就是一种流体机械，能够为输送的流体提供能量。泵在国民经济建设中具有的作用，具有广泛地应用范围，很多机械设备中都使用到了泵。例如，在化工和石油企业中，他们生产过程中需要使用的原料、生产出的半产品和产成品多是以液体形式存在的。在生产过程中需要经过复杂的生产环节才能变成最终的产生品，而这些液体在不同环节之间的流转就需要使用到泵。通过泵，可以输送液体，还可以提供化学反应的压力流量。除了运输流体以往，泵还具有调节温度的作用，很多机械设备都利用了泵的这一功能特点。在农业生产过程中，泵也是具有广泛地应用范围的。农业生产过程中需要灌溉技术，而灌溉技术的实现需要使用到排灌机械，这些排灌机械就是利用泵提供动力的。我国农业种植面积非常大，使用泵的概率也是非常高的。在采矿业和冶金业中，泵也有较高的使用频率。例如，在进行煤炭开采的过程中，需要使用泵进行排水。在选矿、冶炼的过程中需要用泵来供水。在电力部门中，泵也是一种不可或缺的设备，在电热厂中，有锅炉给水泵、循环水泵、冷凝水泵、灰渣泵等等。在核电站中，泵就显得更为重要，因为核电站需要核主泵、二级泵、三级泵。在国防建设以及船舶制造工业中，也都需要使用到大量的泵，所以可见泵在我国的生活生产活动中的应用是十分广泛的，泵的质量和功能往往影响着生产活动的效率，所以必须要对其设计方法进行进一步的优化，使得其设计与当代生产力的发展相适应。

2 离心泵的工作原理

在物理学中有关于离心运动的介绍，所谓的离心运动就是指一个物体围绕一个轴心做圆周运动。在物体围绕轴心做圆周运动的过程中会产生一个远离运动中心的力，即为离心力。离心泵所利用的就是这种离心力，正是因为有这种离心力的存在，离心泵才能够正常运转。就比如说水泵，水泵的运动主要是依靠动力机提供的动力。在水泵中有一个叶轮，当给叶轮提供动力以后，叶轮会高速旋转，这样就会给水泵中的液体一个离心力，从而使得液体会向四周分散出去，而这些分散出去的液体本身是带有巨大能量的，这些液体所带有的能量全部汇集在水泵中。当水泵中过流面积不断增大时，速度就会逐渐降低，使得其内部的压力增大，液体就会被排出到泵体外面。在叶轮的进口处会形成低压区，并产生压力差。泵体外面的液体受到压力差的影响会重新回到叶轮内，完成一次输送液体的任务。在离心泵中，泵的扬程和泵内产生的离心力大小有直接的关系，而离心力和泵的转速、叶轮半径有关。泵的转速越大，离心力越大。叶轮半径越大，离心力越大。当离心力增大时，泵的扬程也会增大。相反，如果离心力变小，则泵的扬程也会变小。由此可见，离心泵是一种动力泵。

3 离心泵的现代设计方法研究

3.1 离心泵的传统设计方法

在传统的离心泵设计中，所采用的基本上都是相似换算法和速度系数法，同时再对水力模型加以结合，使得这两种设计方法在离心泵的设计中发挥着十分重要的作用。而且这两种传统的设计方法也比较易于掌握，设计过程中出现错误的可能性比较小，准确度比较稳定。但随着科学技术的不断进步，这两种传统的设计方法逐渐暴露出一些问题。首先，相似换算法必须要建立起一个全面的水力模型库，只有在建立起水力模型库的基础上，才能够很好的应用这一方法。但是传统的水力模型库往往又有着很强的局限性，因为传统的水力模型库并没有对汽蚀性能加以考虑。其次，我国的速度系数法技术相比于国际上来说还十分的落后，在设计的过程中总是会存在离心泵性能曲线形状设计不合理的现象。最后，在设计的过程中容易忽视离心泵过载设计。主要是设计人员对无过载的认识还不够深入。而且传统的设计方法对于型式试验的依赖程度非常之高，但是型式试验的工作量非常之大，开展起来较为费时费力。

3.2 CFD技术在离心泵设计中的应用

随着我国计算机技术的不断发展，CFD计算流体力学技术诞生了，它给现代离心泵设计方法的革新提供了新的思路，对于探索离心泵内部流动规律以及提高离心泵设计方法的先进性具有重要作用。但就目前的情况来看，如何将CFD技术应用于离心泵设计之中，仍然是一个值得探讨的问题。但是我们不可否认的是现代的离心泵设计方法必然是要使用到计算机技术和CFD技术。利用计算机技术可以解决离心泵内部设计过程中存在的问题，通过CFD技术可以掌握离心泵内部流动的客观规律。通过将CFD技术和计算机技术结合在一起使用，可以达到优化设计的目的。如果在现代的离心泵设计方法中，不应用CFD技术则很难进行技术创新。此外，在完成离心泵设计以后还要进行试验，只要试验合格以后，才能够获得最为真实和准确的数据，从而帮助优化离心泵的设计。通过对CFD技术的利用，可以更进一步的对离心泵内部流动的情况进行模拟，从而趋近于真实的系统。但是仅仅依靠CFD技术仍然不能够完成对离心泵的优化设计，因此还必须要结合传统的设计方法，将CFD技术、传统的设计方法和试验手段三者进行有机的结合，从而实现离心泵的现代化设计。

4 结语

正是由于离心泵在我们的生产生活中有着不可替代的作用，所以必须要对离心泵的设计方法引起足够的重视，通过对离心泵设计方法的优化，从而提升离心泵的性能，使得离心泵能够更好的在生产活动中发挥作用。

参考文献：

[1]王勇，刘厚林，袁寿其等.离心泵内部空化特性的CFD模拟[J].排灌机械工程学报，2011，29（02）：99-103.

[2]苏永生，王永生，段向阳等.离心泵空化试验研究[J].农业机械学报，2010，41（03）：77-80.

[3]赵伟国，盛建萍，杨军虎等.基于CFD的离心泵优化设计与试验[J].农业工程学报，2015，（21）：125-131.