離心泵的節(jié)能技術(shù)發(fā)展及前景分析

凌素琴，陳 勇，劉 莉

(江蘇振華泵業(yè)制造有限公司，江蘇 泰州 225599)

離心泵的節(jié)能技術(shù)發(fā)展及前景分析

凌素琴，陳 勇，劉 莉

(江蘇振華泵業(yè)制造有限公司，江蘇 泰州 225599)

分析了目前國(guó)內(nèi)離心泵在節(jié)能方面存在的主要問(wèn)題，分別從單泵的設(shè)計(jì)和制造、系統(tǒng)的連接附件配合、機(jī)電儀一體化發(fā)展以及使用方面有針對(duì)性地提出了離心泵節(jié)能的技術(shù)途徑，并對(duì)離心泵節(jié)能技術(shù)客觀地進(jìn)行了前景分析。

離心泵；節(jié)能技術(shù)；前景分析

尚普咨詢(xún)發(fā)布的《2011-2016年中國(guó)潛水泵市場(chǎng)分析深度研究報(bào)告》顯示，“南水北調(diào)”工程的建設(shè)將成為未來(lái)水泵市場(chǎng)的主要拉動(dòng)力之一，預(yù)估“十二五”期間我國(guó)水泵行業(yè)的發(fā)展將達(dá)到一個(gè)小高峰，平均年增長(zhǎng)率或超過(guò)20%。國(guó)內(nèi)流體機(jī)械專(zhuān)業(yè)機(jī)構(gòu)的研究也表明，世界范圍內(nèi)水泵的電力消耗占整個(gè)工業(yè)設(shè)備總消耗的25%左右，其中離心泵約占所有水泵電力消耗的50%。這樣看來(lái)，離心泵的發(fā)展如果能從節(jié)能、高效的角度出發(fā)進(jìn)行規(guī)劃和引導(dǎo)，對(duì)加工制造業(yè)快速發(fā)展而又電力嚴(yán)重缺乏的中國(guó)來(lái)說(shuō)，可以稱(chēng)得上是一項(xiàng)具有巨大社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益的舉措。因此，分析離心泵存在的問(wèn)題，提出其節(jié)能的技術(shù)途徑，是行業(yè)發(fā)展的重要課題。

1 離心泵(節(jié)能方面)目前存在的主要問(wèn)題

1.1設(shè)計(jì)水平和理念的限制

現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)離心泵的設(shè)計(jì)主要是沿襲傳統(tǒng)的模型換算法和速度系數(shù)法，這兩種設(shè)計(jì)方法主要是基于經(jīng)驗(yàn)，沒(méi)有在過(guò)去的設(shè)計(jì)水平上實(shí)現(xiàn)突破，效率上也無(wú)大的提升，再加上離心泵制造企業(yè)過(guò)多地考慮眼前的經(jīng)濟(jì)效益，離心泵的節(jié)能工作被忽視甚至被擱置。

另外，在離心泵的發(fā)展過(guò)程中，曾刮過(guò)一陣“全揚(yáng)程”風(fēng)。設(shè)計(jì)單位為了解決現(xiàn)場(chǎng)使用時(shí)出口閥門(mén)全打開(kāi)后易出現(xiàn)的超功率、軸承發(fā)熱的問(wèn)題，設(shè)計(jì)時(shí)趨向于“全揚(yáng)程”理念，即在離心泵的整個(gè)工況曲線上，揚(yáng)程均不超功，但實(shí)際使用的工況點(diǎn)并不在設(shè)計(jì)的高效區(qū)，造成資源的較大浪費(fèi)。

1.2節(jié)能理解的不全面

過(guò)去對(duì)離心泵節(jié)能的概念更多的是放在提高各項(xiàng)效率指標(biāo)上，其實(shí)這是對(duì)離心泵節(jié)能的誤解。節(jié)能不是簡(jiǎn)單的一個(gè)效率指標(biāo)，而是包含著對(duì)離心泵的可靠性、維修性、保障性、安全性、環(huán)境適應(yīng)性的改善，以及離心泵性能的穩(wěn)定性、壽命、對(duì)材料的利用率的提高。再具體到離心泵的使用環(huán)境，也需要有針對(duì)性地進(jìn)行節(jié)能設(shè)計(jì)，比如離心泵的密封性能、水力性能以及離心泵的耐磨、耐高溫、耐腐蝕、耐汽蝕性能等，這些都要針對(duì)不同的環(huán)境、不用的用途進(jìn)行設(shè)計(jì)。因此離心泵的節(jié)能研究是非常復(fù)雜的，不能片面地去理解節(jié)能的概念，而是要有一個(gè)全面整體的理解。

1.3選型的不合理

使用單位在采購(gòu)離心泵時(shí)，往往將流量和揚(yáng)程的余量都放得很大，以最大限度地滿(mǎn)足自己的使用要求，這種選型明顯是不合理的，直接造成了離心泵在使用過(guò)程中，實(shí)際運(yùn)行效率遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)的最高效率，甚至額定工況點(diǎn)都不在高效區(qū)，不能充分有效地利用驅(qū)動(dòng)能源如電機(jī)或柴油機(jī)的功率(即做很多無(wú)用功)。

1.4使用不當(dāng)

在使用過(guò)程中，由于使用單位的操作和養(yǎng)護(hù)不當(dāng)、維修不及時(shí)等，使離心泵在使用過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)故障。如使用介質(zhì)清潔度差、含水草等纏繞物或其他異物進(jìn)入離心泵的葉輪內(nèi)；再如進(jìn)口管道內(nèi)未清理干凈，有焊渣、鐵塊等進(jìn)入流道，造成離心泵突然卡死、軸承發(fā)熱、密封燒壞等故障。還有一些使用單位，為適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地，管道設(shè)置不合理，水平方向和垂直方向距離遠(yuǎn)大于設(shè)計(jì)距離，彎道接頭多，造成管路的水力損失嚴(yán)重，遠(yuǎn)不符合初始設(shè)計(jì)時(shí)設(shè)定的管道裝置曲線要求。上述情況都易造成大量的能源浪費(fèi)。

綜上所述，解決離心泵目前存在的設(shè)計(jì)、制造、選型、使用等問(wèn)題，將使離心泵的節(jié)能技術(shù)在我國(guó)得到長(zhǎng)足的發(fā)展成為必然。

2 離心泵節(jié)能技術(shù)途徑

2.1離心泵單泵的節(jié)能

2.1.1離心泵的設(shè)計(jì)節(jié)能

離心泵的設(shè)計(jì)單位要盡量選用經(jīng)行業(yè)驗(yàn)證過(guò)的先進(jìn)軟件來(lái)設(shè)計(jì)水力模型，設(shè)計(jì)中不要糾結(jié)于片面的全揚(yáng)程理念，而要運(yùn)用先進(jìn)的流場(chǎng)分析等水力設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)出合理的產(chǎn)品。比如在對(duì)引進(jìn)的俄羅斯產(chǎn)品進(jìn)行國(guó)產(chǎn)化設(shè)計(jì)、測(cè)繪時(shí)發(fā)現(xiàn)，俄羅斯十幾年前生產(chǎn)的離心泵，其水力設(shè)計(jì)就已經(jīng)達(dá)到了很先進(jìn)的水平，說(shuō)明在設(shè)計(jì)理念上要具有前瞻性。在設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)過(guò)程中，要進(jìn)行離心泵的可靠性試驗(yàn)、產(chǎn)品的材料選擇試驗(yàn)，若用于潮濕霉變環(huán)境時(shí)，還要進(jìn)行耐鹽霧耐霉菌試驗(yàn)，從而提高離心泵產(chǎn)品的使用效率，達(dá)到節(jié)能目的。

針對(duì)不同環(huán)境，設(shè)計(jì)單位要選擇不同材料。如南海海水具有強(qiáng)烈的腐蝕性，該范圍內(nèi)使用的艦船用離心泵過(guò)流部件必須選用鎳鋁青銅等耐腐蝕性的材料，而東海海水含泥沙成分高，必須選用耐磨性高的高錳青銅等材質(zhì)。近年來(lái)，各種新材料新工藝的應(yīng)用是推動(dòng)離心泵技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要方面。離心泵的零部件及備附件采用了各種新材料新工藝，延長(zhǎng)了泵在腐蝕性介質(zhì)中的使用壽命和可靠性，擴(kuò)展了離心泵的使用范圍。同時(shí)，在改善離心泵的流動(dòng)特性、耐腐蝕性和耐磨性方面，涂覆技術(shù)和材料表面處理技術(shù)的應(yīng)用起到了相當(dāng)重要的作用，很好地提高了離心泵的環(huán)境適應(yīng)性。

不同的用途，選用不同特性的機(jī)械密封也很有講究。如艦船艙底用泵夏天所處溫度特別高，選用的密封件應(yīng)具備耐高溫抗老化特性；核潛艇用大潛深離心泵，承受背壓高，選用的橡膠件需具備高抗壓性能。除此之外，由于機(jī)械密封是易損件，維修頻次相對(duì)其他零部件要高得多，修理時(shí)往往要把離心泵全部拆卸，有時(shí)現(xiàn)場(chǎng)空間受限可能還需破壞艙室結(jié)構(gòu)，工作量巨大。因此，保證機(jī)械密封工作可靠，延長(zhǎng)機(jī)械密封的使用壽命非常重要。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，建議優(yōu)先選用實(shí)用新型專(zhuān)利產(chǎn)品CMZ型艦船泵用集裝式機(jī)械密封件，當(dāng)然，若可靠性和安全性要求特別高，還可以選用更先進(jìn)的自冷卻密封裝置，能大大降低故障率。

離心泵的設(shè)計(jì)除了水力性能及材料、機(jī)械密封的選用外，特別要注意振動(dòng)和噪聲問(wèn)題。近年來(lái)，減振降噪已經(jīng)成為整個(gè)國(guó)防事業(yè)特別是海軍總裝器材訂貨中至關(guān)重要的要求，因?yàn)樗眠\(yùn)行中振動(dòng)和噪聲指標(biāo)的大小直接關(guān)系著軍艦在戰(zhàn)斗中被敵人檢測(cè)到信號(hào)的距離和概率，因此目前在這個(gè)領(lǐng)域，振動(dòng)噪聲指標(biāo)不是說(shuō)達(dá)到國(guó)家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)即可。而振動(dòng)噪聲值與離心泵結(jié)構(gòu)、選材均有很密切的關(guān)系，要盡量設(shè)計(jì)成柔性聯(lián)接結(jié)構(gòu)，選用吸聲性能好的材料。

標(biāo)準(zhǔn)化是離心泵技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要趨勢(shì)。目前離心泵行業(yè)特別是艦船用離心泵，大多處于單件小批量生產(chǎn)狀態(tài)。究其原因，一方面是顧客至上的宗旨，造成了只要是用戶(hù)提出的要求，不管是否合理，哪怕現(xiàn)有產(chǎn)品中有可以調(diào)整選用的型號(hào)，企業(yè)仍按用戶(hù)要求量身定做；另一方面，為了提高企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，國(guó)內(nèi)離心泵的龍頭企業(yè)故意設(shè)置技術(shù)壁壘，將密封艙、泵體、導(dǎo)葉等設(shè)計(jì)成專(zhuān)用結(jié)構(gòu)。如此一來(lái)，不僅大大增加了設(shè)計(jì)和制造成本，還給售后維修服務(wù)增加了不必要的麻煩，經(jīng)常出現(xiàn)備件混亂、維修成本大幅上升的情況。因此，實(shí)施離心泵零部件的標(biāo)準(zhǔn)化已經(jīng)迫在眉捷。實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)化后的離心泵，只需要少數(shù)幾個(gè)專(zhuān)用零部件和通用零部件就可以構(gòu)成整個(gè)離心泵系列，從而可以降低生產(chǎn)成本，縮短交貨時(shí)間，減少零部件和備件的庫(kù)存，達(dá)到節(jié)能目的。這一點(diǎn)，從日本和意大利的離心泵只見(jiàn)固定編號(hào)不見(jiàn)零件名稱(chēng)就可以證實(shí)了。

2.1.2離心泵的制造節(jié)能

制造企業(yè)要制訂高于國(guó)家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，改善鑄造工藝，想方設(shè)法減少水力損失。在制造過(guò)程中對(duì)各流程嚴(yán)格控制，采用先進(jìn)的三維蠟?zāi)？焖俪尚蛙浖删苣Ｐ?，提高過(guò)流部件的流道線型準(zhǔn)確度和內(nèi)腔光滑平整度，精心處理分型面、披縫處，以提高離心泵的水力性能，達(dá)到離心泵節(jié)能的目的。

設(shè)計(jì)和制造單位還要注重離心泵使用的現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)培訓(xùn)，對(duì)離心泵的基本結(jié)構(gòu)、工作原理、常見(jiàn)故障原因及處理方法進(jìn)行充分的宣講，將技術(shù)服務(wù)貫穿全過(guò)程，把對(duì)用戶(hù)出現(xiàn)問(wèn)題后的補(bǔ)償服務(wù)前移到協(xié)助用戶(hù)正確選型，邀請(qǐng)用戶(hù)參與設(shè)計(jì)，企業(yè)和用戶(hù)聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)雙方共贏。

2.2離心泵系統(tǒng)的節(jié)能

2.2.1離心泵的連接附件配合

系統(tǒng)節(jié)能主要包括離心泵和電機(jī)或柴油機(jī)的連接、管網(wǎng)的設(shè)計(jì)、相關(guān)附件的連接和配合等。如管路接頭濾網(wǎng)的設(shè)置，應(yīng)遵循短、直、少的原則，盡量不設(shè)置節(jié)流裝置。電機(jī)或柴油機(jī)要選用低振動(dòng)、低噪聲的產(chǎn)品，并根據(jù)泵的額定功率和效率配置最佳驅(qū)動(dòng)功率，避免“大馬拉小車(chē)”或“小馬拉大車(chē)”。泵組盡量采用隔振裝置柔性聯(lián)接。儀表板采用不銹鋼座連接。對(duì)需加裝自吸裝置以實(shí)現(xiàn)自吸功能的普通立式海水泵，安裝進(jìn)出口壓力表測(cè)壓管路時(shí)盡量用優(yōu)質(zhì)紫銅管，以減少系統(tǒng)運(yùn)行中的共振現(xiàn)象，使泵系統(tǒng)的每一部分都能發(fā)揮出自己最大的作用，從而提高離心泵系統(tǒng)的整體效率和使用壽命。

2.2.2機(jī)電儀一體化發(fā)展

不論是中小型的船用泵等通用泵，還是大型的工業(yè)用泵，尤其是軍用產(chǎn)品，都在向機(jī)組、電控、儀表監(jiān)視一體化的方向不斷發(fā)展。如為遠(yuǎn)海作戰(zhàn)船研制的對(duì)外消防系統(tǒng)，如何將消防水炮、供水泵組、報(bào)警系統(tǒng)、監(jiān)測(cè)儀表等部分有機(jī)地連成一個(gè)功能整體？這就需要一個(gè)切實(shí)有效的電子控制系統(tǒng)來(lái)操縱駕馭。這樣的一體化功能，使離心泵產(chǎn)品更加高效、節(jié)能，使用維護(hù)更加方便，提高了產(chǎn)品的可靠性，延長(zhǎng)了使用壽命，為用戶(hù)帶來(lái)更大的收益。

2.3離心泵的使用節(jié)能

2.3.1離心泵管路的合理布置

離心泵使用單位對(duì)使用環(huán)境的準(zhǔn)備，應(yīng)從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)的角度綜合考慮。管道布置應(yīng)盡可能布置成直管，盡量減少管道中的附件和組件，盡最大可能縮小管道長(zhǎng)度，必須轉(zhuǎn)彎處，彎曲半徑取管道直徑的3至5倍為宜，轉(zhuǎn)角最好大于90°，這樣可以最大限度減少管路損失。

2.3.2良好的維護(hù)保養(yǎng)

使用單位要制定相應(yīng)的制度和流程，定期對(duì)離心泵系統(tǒng)進(jìn)行認(rèn)真的維護(hù)和保養(yǎng)。良好的維護(hù)可以使離心泵系統(tǒng)處在最佳的運(yùn)行狀態(tài)，并通過(guò)日常的維護(hù)和檢修及時(shí)發(fā)現(xiàn)存在的問(wèn)題，及時(shí)進(jìn)行維修養(yǎng)護(hù)，延長(zhǎng)離心泵系統(tǒng)的使用壽命。節(jié)約成本，也是一種良好的節(jié)能方式。

3 離心泵節(jié)能技術(shù)的前景分析

隨著設(shè)計(jì)制造技術(shù)的不斷進(jìn)步，節(jié)能技術(shù)同步發(fā)展，一些新的設(shè)計(jì)方法、先進(jìn)的失蠟澆鑄、高精端的加工工藝將會(huì)在生產(chǎn)中得以應(yīng)用。離心泵產(chǎn)品也將向智能化方向發(fā)展，能夠?qū)α髁俊P(yáng)程、功率以及噪聲、振動(dòng)等參數(shù)指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測(cè)；能夠?qū)﹄x心泵軸的彎曲和磨損、軸承溫升和密封泄漏的狀況進(jìn)行評(píng)估；能夠?qū)收犀F(xiàn)象進(jìn)行紅外報(bào)警，并對(duì)其故障原因進(jìn)行診斷等。離心泵必將向著集成化、系統(tǒng)化方向發(fā)展，節(jié)能技術(shù)會(huì)更充分地體現(xiàn)在新材料、新技術(shù)、新工藝等的運(yùn)用上。

同時(shí)，隨著水利工程的大型化、規(guī)?；约爸袊?guó)軍事國(guó)防力量的進(jìn)一步加強(qiáng)，離心泵作為配套產(chǎn)品，作為國(guó)防事業(yè)中必不可少的一項(xiàng)資源，必然朝著大型化和高速化、大流量和低振動(dòng)低噪聲的方向發(fā)展。

TheReviewonEnergySavingTechnologyDevelopmentandProspectofCentrifugalPump

LING Suqin, CHEN Yong, LIU Li

(Jiangsu Zhenhua Pump Industry Manufacturing Co., LTD., Jiangsu Taizhou, 225599, China)

It analyzes the current main problems of domestic energy saving technology in centrifugal pump manufacture, presents the detail technical way for centrifugal pump energy saving from the pump design, manufacturing, the system cooperation with connection accessories, the integration of mechanical and electrical instrument development and application. Finally it describes the prospect of energy saving technology for centrifugal pump.

Centrifugal Pump; Energy Saving Technology; Prospect Analysis

10.3969/j.issn.2095-509X.2014.07.016

2014-06-05

凌素琴(1974—)，女，江蘇泰州人，江蘇振華泵業(yè)制造有限公司高級(jí)工程師，主要從事水泵設(shè)計(jì)、項(xiàng)目策劃、技術(shù)質(zhì)量管理等工作。

TH311

A

2095-509X(2014)07-0069-03