傳統(tǒng)水力設(shè)計(jì)方法

1　相似換算法

    相似換算法是建立在相似理論基礎(chǔ)上的一種方法，通過在一臺模型泵的基礎(chǔ)上對相似模型泵的尺寸進(jìn)行放大或縮小來得到所要設(shè)計(jì)的泵尺寸 。對完全相似的泵來說，比轉(zhuǎn)速ns 相等。在相似工況下，假設(shè)實(shí)型泵和模型泵的效率相等，已知一臺泵的幾何形狀和性能參數(shù)，利用相似定律，按照比例放大或縮小為另一臺幾何相似的泵，并換算出相應(yīng)的性能曲線。這種設(shè)計(jì)方法要求要有一個水力模型庫。

2、速度系數(shù)法

    速度系數(shù)法是以速度系數(shù)圖來進(jìn)行設(shè)計(jì)的。實(shí)質(zhì)上，它仍然是基于相似理論基礎(chǔ)的一種相似換算法，它同樣要求有好的泵模型，設(shè)計(jì)時(shí)按ns 選取速度系數(shù)，并作為水力尺寸的依據(jù)。它們的各項(xiàng)系數(shù)都是在比轉(zhuǎn)速大于或等于30 r/min的情況下取得的，也就限制了它們用于較低比速和超低比速離心泵的設(shè)計(jì)。目前已有不少人對這種圖進(jìn)行了改進(jìn) ，并用此方法進(jìn)行泵的設(shè)計(jì)和優(yōu)化。

3、面積比原理設(shè)計(jì)法

    面積比設(shè)計(jì)法是根據(jù)Anderson的面積比原理進(jìn)行設(shè)計(jì)的，即用面積比繪制揚(yáng)程系數(shù)和流量系數(shù)的形式來修正標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)。其目的是根據(jù)不同的設(shè)計(jì)要求尋找最佳的葉輪和泵體匹配;其依據(jù)是不同的葉輪和泵體匹配將產(chǎn)生不同的泵性能;其實(shí)質(zhì)是將葉輪和泵體作為一個整體來系統(tǒng)考慮;其方法是綜合考慮設(shè)計(jì)參數(shù)、經(jīng)濟(jì)性、工藝性和可靠性等的優(yōu)化設(shè)計(jì)。

4、加大流量設(shè)計(jì)法

    加大流量設(shè)計(jì)法依據(jù)低比速泵在小流量范圍內(nèi)運(yùn)行時(shí)，效率隨流量的增加而迅速提高，并將給定流量和比轉(zhuǎn)速放大作為設(shè)計(jì)參數(shù)來設(shè)計(jì)一臺較大的泵在小流量處作小泵使用。這樣的泵不僅在設(shè)計(jì)點(diǎn)處效率有較大提高，而且在整個使用范圍內(nèi)平均效率均有一定程度的提高。

5、短葉片偏置法

    短葉片偏置設(shè)計(jì)的目的是為了改善離心泵葉輪和泵體內(nèi)的速度與壓力分布，以提高泵的性能。其依據(jù)是葉輪內(nèi)速度和壓力分布隨葉輪流道形狀和葉片形狀而變化;其方法是綜合考慮設(shè)計(jì)工況和流道幾何形狀及其工藝性的優(yōu)化設(shè)計(jì);其主要措施是在兩相鄰長葉片中間設(shè)置超短葉片，并向長葉片背面偏置;其不良后果是可能帶來鑄造工藝的困難。

水力設(shè)計(jì)進(jìn)展

    目前基于經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)和設(shè)計(jì)理論的一元設(shè)計(jì)理論已經(jīng)相當(dāng)成熟，一元設(shè)計(jì)理論也是當(dāng)前普遍采用的設(shè)計(jì)理論，而人們在設(shè)計(jì)過程中也已經(jīng)積累了很多優(yōu)秀的水力模型。因此對于普通化工泵產(chǎn)品，設(shè)計(jì)者已經(jīng)能夠設(shè)計(jì)出一些水力性能比較優(yōu)秀的模型，并能較好的滿足用戶的使用要求。

    離心泵內(nèi)部流動是一個全三維的復(fù)雜流動，普通設(shè)計(jì)人員對于內(nèi)部流動特性的了解比較有限，而對于一些特殊用途的離心泵，采用一元設(shè)計(jì)理論設(shè)計(jì)的水力模型并不能完全滿足要求。因此，優(yōu)化設(shè)計(jì)也隨之出現(xiàn)。開始階段，它是在基于經(jīng)驗(yàn)的一元設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，采用優(yōu)化設(shè)計(jì)理論，以某些參數(shù)為目標(biāo)對水力模型和結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化來獲得較好的水力性能，在優(yōu)化設(shè)計(jì)過程中相應(yīng)出現(xiàn)了性能預(yù)測和流動分析問題。對于水力旋轉(zhuǎn)機(jī)械的流動分析和性能預(yù)測，目前已經(jīng)開始大量應(yīng)用計(jì)算流體動力學(xué)(CFD)技術(shù)進(jìn)行全流場的三維數(shù)值模擬[ 14216 ] ，基于流場模擬預(yù)測性能，改進(jìn)不利于性能提高的流動結(jié)構(gòu)，改善葉片負(fù)荷，提高效率。通過多年的發(fā)展，這類方法能夠較好的用于離心泵的工程設(shè)計(jì)和優(yōu)化。

    基于內(nèi)流場三維流動模擬的離心泵優(yōu)化設(shè)計(jì)將是一個重要手段，正在成為離心泵設(shè)計(jì)過程中的關(guān)鍵步驟。其與反問題設(shè)計(jì)技術(shù)相互配合，并且與CAD 技術(shù)、CAM技術(shù)、人工智能技術(shù)等結(jié)合，能夠?qū)崿F(xiàn)高效水力模型的快速、智能化設(shè)計(jì)和制造。

    基于應(yīng)用需求和發(fā)展離心泵技術(shù)的需要，并且依賴于計(jì)算機(jī)、計(jì)算流體力學(xué)以及計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)等領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展，人們已經(jīng)在一元設(shè)計(jì)方法的改進(jìn)、優(yōu)化設(shè)計(jì)和內(nèi)部流動數(shù)值模擬等方面開展了諸多工作，其中包括國外較為先進(jìn)的CAD /CFD交互設(shè)計(jì)技術(shù)，使得離心泵的設(shè)計(jì)逐步從一元流設(shè)計(jì)向三元流設(shè)計(jì)方向發(fā)展。這些工作促進(jìn)了離心泵設(shè)計(jì)理論的發(fā)展，使得包括離心式化工泵在內(nèi)的許多離心泵的水力性能得到了明顯提高。