解决方案丨CAE仿真技术在泵产品设计中的应用简介
泵是输送液体或使液体增压的机械，是工业的心脏，在国民经济的发展中一直发挥着十分重要的作用。仅在关系到国家经济和国防安全的能源、石化、泵、航天、钢铁、军工等重要领域就有大量应用。泵的使用量大面广，无数的泵无时无刻不在飞速运转中磨损，每年都需添置大量新泵来替换老旧的泵。泵行业是一个“永远兴旺”的行业。
按工作原理分，泵可分为叶片式泵、容积式泵和其他类型的泵。
叶片泵是利用高速旋转的叶轮将叶片间的液体从叶轮中心甩向叶轮外缘，从而达到泵送流体的作用。其应用最为广泛，如离心泵、轴流泵、混流泵等。
容积式泵是依靠工作元件在泵缸内作往复或回转运动，使工作容积交替地增大和缩小，以实现液体的吸入和排出。如活塞泵、柱塞泵、齿轮泵、螺杆泵等。
其他类型的泵是指以除了上述两种以外的方式传递能量的一类泵。例如：射流泵是依靠高速喷射出的工作流体，将需要输送的流体吸入泵内，并通过两种流体混合进行动量交换来传递能量；水锤泵是利用流动中的水被突然制动时产生的能量，使其中的一部分水压升到一定高度；电磁泵是使通电的液态金属在电磁力作用下产生流动而实现输送。
泵的结构通常来说比较复杂、运行条件也是千差万别，甚至有时候会非常恶劣。在泵的研发和运行过程中通常需要考虑的主要物理问题有：
过流部件设计（对叶片泵而言，水力设计是最核心的内容之一）；
结构件强度及刚度校核；
结构件刚度校核；
泵体散热分析；
机械振动及噪声分析；
零部件的疲劳寿命分析；
结构优化；
机组启停特性分析；
事故条件下的机组水锤特性分析等。
随着现代CAE仿真技术的日趋成熟，采用ANSYS软件解决以上问题已经成为现实。企业对新产品的研发可以在试验、经验的基础上结合这种先进的研发手段，从而提升研发设计能力、节省产品开发成本、缩短开发周期，从而大幅度提高企业的市场竞争力。CAE仿真技术在解决、泵产品研发过程中部分常见工程问题有：
叶片泵的水力设计问题
叶轮水力设计与优化
吸水室水力设计与优化
压水室的水力设计与优化
泵叶轮的水力设计有包含了从几何设计、准三维的通流分析维、全三维CFD分析及基于水力优化分析。ANSYS软件可以帮助用户解决在给定参数条件下，叶片、蜗壳从一维到三维的几何设计问题及水力性能的优化问题。
泵的内、外特性分析
泵的内流场分析
泵的外特性分析
泵的分段损失分析
机组的启停特性分析
机组水锤特性分析
ANSYS软件可以实现泵在不同工况下的三维CFD仿真或ANSYS的FSI仿真获取所需的各种场量参数，如轴功率、效率、空化特性等。同时对叶片泵，还具有准三维的快速分析工具，可帮助设计人员在水力设计初期进行快速通流计算，并用于对水力性能的初步判断。
泵体的热特性分析
图6 多级泵温度场分析
泵体的温度分布
机械密封的温度分布
核工业、化工行业的高端泵，通常或有抽送介质的温度变化范围大、或有腐蚀性强的特点。ANSYS软件可以通过CFD、Mechanical或FSI计算的方法分析泵体和密封的温度分布及由于温度引起的结构变形问题。
泵的强度、刚度分析
叶片强度计算
泵体强度计算
泵体密封面连接螺栓强度计算
泵轴强度刚度校核
键的强度校核
泵机组的振动分析
泵体的固有频率分析
泵体在不同转速下的振动特性分析
泵在冲击载荷下的振动特性分析
泵在工作的过程中，难免会产生振动。借助ANSYS软件动力学分析功能，可以合理的评估由于各种动态载荷所引起的变形与应力。
泵轴转子动力学分析
临界转速计算
频率响应计算
瞬时启动计算荷下的振动特性分析
结构优化及疲劳优化问题
泵体及泵轴疲劳分析结构、流动优化
相关CAE软件模块：
几何建模：Ansys DesignModeler、Ansys SCDM
结构仿真分析：Ansys Mechanical
疲劳寿命分析：Ansys nCode Designlife
流体仿真分析：Ansys BladeModeler、ICEM CFD、TurboGrid、CFX、Fluent、Vista TF、Vista CPD
设计优化分析：optiSLang
官网：www.peraglobal.com
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