对于水泵行业而言，工作效率是最重要的性能指标之一。为此，定制化开发和快速响应先进制造(RRAM)，对大型工业水泵的定制化生产需求十分迫切。如何取得定制化需求本身和时间及费用成本之间的平衡？这是水泵制造商们一直在探求的问题。

    山水节能一致致力于以最优的技术为各行各业的客户提供流体系统节能装备和服务，利用自身先进的专业制造技术与丰富的管理经验，实现了快速定制化开发的可能，并为客户提供稳定、高效的卓越产品。

    本文总结了在三维数字样机和消失模铸造方面的部分经验，与大家共享。

【需求定义】

    首先，客户和制造商必须进行全面而清晰的售前交流。需要考虑的典型因素包括，技术参数、输送介质性质、应用场合、可靠性和环境友好性等。客户需求应该由设计人员转化为量化规格，因此设计人员有必要参与和客户的商业会议，讨论技术，商务和价格细节，并最终签署合同。

【数字样机】

    数字样机是使用计算机技术建立机械产品及其子系统的数字模型。数字样机通过三维模型将水泵的概念设计，模型迭代，验证和可视化集成到一起并大幅度降低交互成本。同时，传统的水泵开发流程可进化为“设计¾分析¾测试验证¾制造”定制化流程。数字样机的全部流程中，计算机辅助制造提供的虚拟仿真工具最为关键，确定水泵性能是否可以满足客户需求。因此定制化产品可以在最终铸造之前将失败风险控制至最低水平。

【水力模型】

    水泵的效率取决于其水力模型，也是定制化开发周期中的第一个里程碑。水泵制造商应该收集整理尽可能多的现成水力模型，并从当前的水力模型库中挑选和设计目标相同和相近比转速的水力模型作为后续设计更改的基础。通过相似性原理(对流量和扬程)和Moody公式(对效率)可以将原水力模型换算至目标模型。

    但简单的转化并不足以完成最终设计。基于有限体积法(FVM)的计算流体力学(CFD)手段被广泛用于水泵的水力性能预测和水力模型优化。大部分商业计算流体力学软件程序使用数值计算程序来求解雷诺时均纳维-斯托克斯方程，并使用特定的湍流模型来得到质量和动量守恒方程的封闭。水泵流动区域通常以两种不同的参考坐标系划分为若干个域：旋转坐标系用于叶轮区域，固定坐标系用于其他区域。边界条件的设置应该结合定制化水泵的实际特征和设计人员的计算经验。通常，使用一系列逐渐变化的入口条件进行计算以预测整个流量-扬程和流量-效率曲线。如果水泵的吸入性能也纳入考虑，那么，可进行包括汽蚀模型的两相流仿真以预测必需汽蚀余量(NPSHr)。

【结构设计】

    定制化水泵的结构设计通常包括三个方面的问题，结构静强度，密封，振动和噪音。上述问题应该在确定最终水力模型的基础上使用计算机仿真的方法进行考察。除了强度校核，结构仿真对定制化水泵开发的意义更多的在于确定高安全区域以帮助水泵结构减重，这意味着在满足性能要求的情况下减少材料和铸造成本。

♦ 静强度

足够的静强度是结构安全的前提。结构变形通过载荷和约束条件来计算，进而根据材料自身的应力-应变关系来获得应力分布。水泵壳体的主要载荷来源于内部液体压力，其大小取决于水泵扬程和进口压力。对于主轴，受力载荷可以归结为轴向力和径向力这两大类，二者的大小可以参考水泵水手册进行估计。考虑到铸造和加工缺陷，必须根据载荷水平制定一个安全系数，安全边际应该由交易双方根据制造商的制程能力和相关强制性规范共同制定。

♦ 疲劳分析

    主轴最常见的失效模式是疲劳失效，它将会引发断轴等严重的后果。给定载荷下轴的旋转次数可以通过泵轴材料的S/N曲线(应力-转动次数曲线)来预测，而应力分布来源于静强度分析结果。通常，转动次数应该大于10⁷。

♦ 结构动力学分析

    泵组的振动和噪声来源于结构对动态载荷的响应。模态分析是结构动力学分析的第一步，可以计算响应频率并提供后续计算的基本数据。转子动力学分析则是指导泵组减振的有效手段，它将转子系统简化为轴线、旋转质点和轴承点组合。对定制化水泵，转子动力学分析可以帮助设计人员确定临界转速，研究轴的弯曲和振动形态，并最终保证水泵的可靠性。

♦ 可制造性分析

    可制造性分析促进定制化电子模型向真实产品的转化。制造设计小组应该快速评估设计方案的可制造性和可装配性以加快制造过程。

【消失模铸造】

    虽然当前流行的3D打印概念似乎很适用于定制化产品的制造，但是尚不适用大尺寸金属水泵。铸造一直是包括泵壳和叶轮在内的非标准零部件生产的主流成熟生产方式。

    对定制化水泵而言，传动的木模和金属模并不经济，因为其高昂的时间和金钱成本无法通过大批量生产来得到分摊。消失模铸造方式特别适用于定制化水泵壳体和叶轮的生产，其主要优势源于泡沫模具材料。泡沫相对成本较低并且可以通过全自动电脑雕刻机根据3D数字模型来方便地加工成模具。

【结论】

    根据用户特定需求的大功率水泵定制化生产可以获得最大的节能效果，这一方式将极富前景。数字样机和消失模铸造技术的灵活运用可以极大地促进水泵定制化开发过程并增强制造商在市场上的竞争力。