优化叶轮水力设计是提升单级泵效率的核心。叶轮作为单级泵的核心水力部件，其叶片形状、进出口角度、轮毂直径直接影响流体流动效率。传统叶轮叶片多为直板型，易导致流体在叶片表面产生涡流，增加能量损耗；优化为扭曲叶片（如三元流叶片），可使流体沿叶片表面平稳流动，减少涡流损失，效率可提升 5%-8%；同时，调整叶轮进口直径与出口宽度，进口直径需与泵进口管路匹配，避免流体入口流速过快产生气蚀，出口宽度根据流量需求设计，通常流量越大，出口宽度越大，确保流体顺畅排出，减少节流损失。
泵体流道的水力优化，进一步降低能量损耗。单级泵泵体流道（蜗壳流道）若设计不合理，会导致流体在流道内出现撞击、回流，增加水力损失；优化流道断面形状，将传统矩形断面改为圆形或梯形断面，使流道面积沿流体流动方向逐渐扩大，流速平稳降低，减少动能向热能的转化，水力损失可降低 10%-12%；同时，优化流道与叶轮出口的匹配度，确保叶轮出口流体与流道内流体方向一致，避免流体撞击流道壁，提升流道过流能力，使泵的流量 - 扬程曲线更平稳，高效区范围更宽。
密封环与平衡装置的水力设计优化，减少容积损失与轴向力。单级泵密封环（叶轮与泵体之间的间隙密封）若间隙过大，会导致高压流体从泵出口回流至进口，产生容积损失；优化密封环结构，采用迷宫式密封环替代传统平环式密封环，间隙控制在 0.15-0.25mm（根据泵口径调整），可将容积损失降低 20%-25%；同时，单级泵运行时会产生轴向力，传统平衡孔平衡方式会导致部分流体回流，增加能量损耗，优化为平衡盘或平衡鼓装置，通过水力平衡抵消轴向力，无需流体回流，减少能量浪费，进一步提升泵效率。
水力设计优化需结合仿真模拟与试验验证，确保效果可靠。借助 CFD（计算流体动力学）软件，对叶轮、流道、密封环等水力部件进行流场仿真，分析流体速度分布、压力分布，识别涡流、回流等能量损耗区域，针对性优化设计参数；仿真完成后制作样机，进行性能试验（测试流量、扬程、效率），对比优化前后的效率曲线，若效率提升未达预期（如目标提升 5%，实际仅提升 2%），需返回仿真阶段调整参数（如修改叶片角度、流道尺寸）；通过 “仿真 - 试验 - 优化” 的循环，最终确定最优水力设计方案，使单级泵效率达到行业先进水平（如单级离心泵效率提升至 75%-85%，超国家一级能效标准）。
