淺談泵節(jié)能技術(shù)的改進措施

趙 陽

（陜西煤化能源有限公司 陜西 咸陽 712000）

0 概述

能源是發(fā)展國民經(jīng)濟、改善人類生活水平的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。節(jié)能技術(shù)進步,對于高耗能企業(yè)不僅意味著能源消耗大幅度降低，還必然極大地提高企業(yè)的工藝技術(shù)水平、裝備水平、管理水平和產(chǎn)品質(zhì)量，增強企業(yè)的核心競爭力，對企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重大深遠的意義。

泵類產(chǎn)品屬于流體機械，國內(nèi)的需求量非常大，每年發(fā)電量的20%—25%都消耗在泵類產(chǎn)品上, 因此針對泵開展的節(jié)能工作是非常重要和刻不容緩的。 泵的節(jié)能方法只要是使泵機組（泵、原動機和轉(zhuǎn)動部分）在最高的效率下運行，使其消耗外界輸入的電能下降到最低點。 泵的節(jié)能是綜合性的技術(shù)，涉及泵本身的節(jié)能、系統(tǒng)節(jié)能和使用管理運行等各方面。本文主要從這三方面探討。

1 泵自身的節(jié)能

1.1 設(shè)計技術(shù)方面

現(xiàn)代計算機技術(shù)的迅猛發(fā)展為泵的設(shè)計研究帶來了理想的手段。 現(xiàn)代的泵設(shè)計方法必須要結(jié)合先進的計算機技術(shù)和CAD/CFD 技術(shù)。 這些技術(shù)可以解決泵復(fù)雜的內(nèi)部流動場的計算問題， 能夠進一步了解和掌握泵內(nèi)部流動的客觀規(guī)律，以便進行泵的優(yōu)化設(shè)計。 CAD/CFD 技術(shù)的特點和優(yōu)勢對提高泵設(shè)計方法的技術(shù)水平是非常重要的。

1.2 加工技術(shù)方面

CAM 是用計算機來進行生產(chǎn)設(shè)備管理控制和操作的過程。 它輸入信息是零件的工藝路線和工序內(nèi)容，輸出信息是刀具加工時的運動軌跡和數(shù)控程序， 然后應(yīng)用到數(shù)控機床，用來加工曲面復(fù)雜、形狀復(fù)雜、精度高等產(chǎn)品及模具，是實現(xiàn)高效化和自動化加工的有效途徑。CAM 技術(shù)的快速發(fā)展及其在泵類產(chǎn)品的生產(chǎn)中的應(yīng)用，對泵效率技術(shù)指標的提高是非常有利的。

1.3 相應(yīng)配套技術(shù)

與泵有關(guān)的配套技術(shù)最近得到了較大的發(fā)展，如電動機的設(shè)計與制造、自動調(diào)速、自動控制、自動報警、傳動系統(tǒng)、密封設(shè)計制造技術(shù)、新材料、試驗測試技術(shù)等等。 這些技術(shù)的全面發(fā)展，有利于泵系統(tǒng)的效率指標、可靠性指標及其他性能指標的提高，促進了節(jié)能工作的開展。

2 泵的系統(tǒng)節(jié)能

2.1 正確選用符合適用要求的泵

每一臺泵都有一組性能曲線，對應(yīng)一個流量值，都可以找到與其對應(yīng)的揚程、功率及效率值。 通常我們把這一組相對應(yīng)的參數(shù)稱為工況點，對應(yīng)的最高效率點稱為最佳工況點（見圖1）。

圖1 泵的性能曲線

圖1 中曲線I 為管路特性曲線，曲線Ⅱ為泵的性能曲線。泵的流量、揚程性能曲線與管路特性曲線的交點稱為泵的運行工況點。 運行工況點隨著泵的流量和揚程的變化而變化，而管路的特性曲線在給定的供水管路系統(tǒng)中所需的揚程基本是不變的。 在泵的實際使用中，泵的運行工況點應(yīng)和最佳工況點重合，或者接近最佳工況點，這樣才能使泵保持在高效率運行區(qū)，從而達到節(jié)能的目的。

泵在選型過程中經(jīng)過的部門越多， 安全裕量就留得越大，不僅造成很大浪費，有的甚至無法正常工作。 例如，某臺供水用泵，實際需要：Q=200m3/h, H=4m，選泵部門考慮到系統(tǒng)結(jié)垢導(dǎo)致管路阻力增加、系統(tǒng)中可能有泄漏、泵長期使用性能降低等因素，各加大10%，結(jié)果按30%的安全裕量，提出選泵的性能參數(shù)是：Q=260m3/h,H=5.4m。 選用定型產(chǎn)品，該泵的性能參數(shù)為：Q=280m3/h, H=5.5m。 致使泵在遠離最佳工況點位置上運行，能耗大、裝置效率低。

2.2 合理確定泵的安裝高度

泵在產(chǎn)生汽蝕的過程中，由于水流中含有汽泡破壞了水流的正常流動規(guī)律， 改變了流道內(nèi)到過流面積和流動方向，因而葉輪與水流之間能量交換的穩(wěn)定性遭到破壞，能量損失增加，從而引起泵的流量、揚程和效率的迅速下降，甚至達到斷流狀態(tài)。 因此在選泵時一定要使泵的汽蝕性能滿足使用要求，即使泵的汽蝕性能滿足裝置或系統(tǒng)所能提供的汽蝕余量值。

泵發(fā)生汽蝕除了泵本身的結(jié)構(gòu)因素外，最主要的因素就是泵的幾何安裝高度。 對某臺泵來說，盡管其性能可以滿足使用要求，但是如果安裝高度不合適，由于汽蝕的原因，會限制流量的增加，從而導(dǎo)致性能達不到設(shè)計要求。 因此，合理確定泵的安裝高度是保證泵在設(shè)計工況下工作時不發(fā)生汽蝕的重要條件。

3 運行管理節(jié)能

3.1 變頻調(diào)速節(jié)能

泵的調(diào)速方法有多種，主要分為兩類：第一類是電機轉(zhuǎn)速不變，通過附加裝置改變水泵的轉(zhuǎn)速，如液力禍合器調(diào)速、電磁離合器調(diào)速、變速箱調(diào)速等；第二類是直接改變電機的轉(zhuǎn)速，如可控硅串級調(diào)速、變頻調(diào)速等。 目前主要使用變頻調(diào)速節(jié)能：

交流異步電動機的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速可以用下式表示

式中f 表示定子供電電源的頻率；

p 表示電動機的極對數(shù)；

s 表示異步電動機的轉(zhuǎn)差率。

由式可見， 當平滑地改變異步電動機的供電頻率時，即可改變電動機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。

變頻調(diào)速有以下特點：

（1）變頻調(diào)速目前仍以低電壓（380V 及以下）中小容量為主，大容量較少。

（2）頻調(diào)速范圍很寬，通?？蛇_1～1/10。 變頻調(diào)速的調(diào)速范圍和精度均能滿足泵運行要求。

（3）變頻調(diào)速在頻率一定時是類似剛性傳動，不能改變轉(zhuǎn)動品質(zhì)。

（4）低壓變頻器占地面積小，有利于已有設(shè)備改造。

3.2 改變?nèi)~輪外徑

對于工藝參數(shù)基本穩(wěn)定，泵選用過大，現(xiàn)場采用關(guān)小閥門來調(diào)節(jié)流量，造成泵的工作流量遠低于額定流量，工作壓力遠高于額定壓力的情況，可以采用切割葉輪外徑的方式調(diào)節(jié)。 將泵葉輪外徑車小，可使在同一轉(zhuǎn)速下泵的特性曲線改變，從而改變泵的工作點，達到節(jié)能目的。

3.3 減少流程阻力節(jié)能

選擇適當?shù)墓軓?，控制一定的流速，減少管路的阻力也能達到節(jié)能的目的。 流體在固定管路的流動過程中，能量的損失有兩種形式：一種是均勻的分配在整個流程中，稱為沿程阻力損失；另一種是集中在很短的流段內(nèi)，即在流體的收縮、擴大和拐流等急劇變化的地方。 因此在管路的配置上盡量減少這兩種損失。

3.4 及時維護、檢修泵系統(tǒng)

3.4.1 避免泵振動過大，影響泵效率。

3.4.2 合理調(diào)整軸承的間隙和串動量，較少軸承的磨損。 對于部件間隙大，泵的效率嚴重下降的應(yīng)予大修。

3.4.3 盡可能的減少管束的堵塞量，降低水阻，亦可節(jié)省泵的電耗。

3.4.4 全面檢查泵系統(tǒng)各閥門等附件的必要性，在確保機組長期、可靠的運行、維護方便的前提，對可設(shè)可不設(shè)的管路附件應(yīng)予取消。

4 結(jié)論

綜上所述，泵的節(jié)能降耗，關(guān)鍵是保證泵盡量在高效區(qū)運行。 因此，我們要加強基礎(chǔ)建設(shè)，對機泵設(shè)備進行勤檢修、勤維護，保持設(shè)備的高效運行，從而減少無謂的能耗。 另外，我們應(yīng)在理論與實踐相結(jié)合的條件下不斷探索，大膽引用新技術(shù)，尋找更合理、經(jīng)濟的節(jié)能措施。

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