進(jìn)入數(shù)字化泵閥時(shí)代

文/Hans-Jürgen Bittermann

2019年第17屆泵技術(shù)論壇紀(jì)要——第17屆泵技術(shù)論壇中，與會(huì)者探討了許多來自泵技術(shù)領(lǐng)域中數(shù)字模擬技術(shù)的話題。當(dāng)我們認(rèn)真處理了大量泵閥數(shù)據(jù)時(shí)，就有機(jī)會(huì)成為泵閥設(shè)備數(shù)字化的專家。

許多新技術(shù)和產(chǎn)品在第17 屆泵技術(shù)論壇中亮相

泵的制造商和使用者都在進(jìn)行不斷創(chuàng)新，他們使用了仿真模擬技術(shù)和人工智能技術(shù)，但在使用過程中都會(huì)遇到一些的問題。在第17 屆泵技術(shù)論壇中，常常聽到有經(jīng)驗(yàn)的操作者會(huì)質(zhì)疑仿真技術(shù)和人工智能，并試圖驗(yàn)證這些質(zhì)疑。本屆論壇的主持人Erlangen-Nürnberg大學(xué)的教授Eberhard Schlücker 博士也這么認(rèn)為，他以“工業(yè)4.0 正在淘汰落后的企業(yè)，我可不想被淘汰”為主題，展開了其關(guān)于數(shù)字化技術(shù)的演講。

在許多領(lǐng)域，工業(yè)4.0 還沒有實(shí)質(zhì)性的落地。但由于流程技術(shù)必須應(yīng)對(duì)許多不同的邊界條件，滿足不同的挑戰(zhàn)和要求，因此也很容易受到影響。因此，流程設(shè)備的操作者和使用者必須具有很高水平的操作和控制能力，智能化的流程設(shè)備也必須具有這樣的能力。這就意味著我們必須能夠“聽懂”機(jī)械設(shè)備的語言，也就是知道流程設(shè)備的振動(dòng)和發(fā)出的聲音所隱藏的信息。

在聽懂這些機(jī)器語言的基礎(chǔ)上，才能找出解決問題的正確辦法，重新安排整個(gè)流程設(shè)備的工作運(yùn)行?！爸匾氖悄苈牰@種語言，將它們發(fā)出的信息變成有用的操作指令，并將其與相鄰元器件、系統(tǒng)的信號(hào)一起轉(zhuǎn)化為表示工作狀態(tài)的信號(hào)，再轉(zhuǎn)化為趨勢預(yù)測和能源利用率的說明信號(hào)，最終成為能夠?yàn)樯弦患?jí)主控系統(tǒng)和操作者使用的信息?！盨chlücker先生說道。

2019年NAMUR 大會(huì)的重點(diǎn)話題是連通性，尤其是指現(xiàn)場總線設(shè)備、控制系統(tǒng)和云技術(shù)之間的聯(lián)網(wǎng)。在介紹到當(dāng)前研發(fā)情況時(shí)，與會(huì)者重點(diǎn)討論了如何使用NAMUR 開放式架構(gòu)系統(tǒng)（第二條通道）將現(xiàn)場儀器設(shè)備的數(shù)據(jù)提取、補(bǔ)充添加到云應(yīng)用的過程控制文件中，以便在過程優(yōu)化的任務(wù)中得到應(yīng)用。簡而言之，網(wǎng)絡(luò)在數(shù)字轉(zhuǎn)型過程中必不可少，這也是智能化和連通性是對(duì)泵提出的最重要要求的原因。

Distence 公司的Torsten Naubert先生展示了分布式智能在狀態(tài)監(jiān)控中的優(yōu)勢。這使得邊緣計(jì)算減少了需要傳輸?shù)幕緮?shù)據(jù)的數(shù)據(jù)量，并可以利用云技術(shù)基礎(chǔ)的集中評(píng)估系統(tǒng)對(duì)工業(yè)設(shè)備實(shí)施強(qiáng)大的、不間斷的在線監(jiān)控。它能夠當(dāng)作非常高效的早期預(yù)警系統(tǒng)使用。

此外，Acoem 公司的Markus Scholten 先生介紹了利用在線自動(dòng)診斷技術(shù)對(duì)泵的振動(dòng)進(jìn)行監(jiān)控、維護(hù)保養(yǎng)的方法?？紤]到成本費(fèi)用因素，他建議采用無線的振動(dòng)監(jiān)控技術(shù)。但如何處理振動(dòng)監(jiān)控采集到的數(shù)據(jù)呢？Acoem 公司是用AccuRex 自動(dòng)診斷系統(tǒng)和人工智能AI 技術(shù)來診斷泵振動(dòng)的，置信度指示器對(duì)診斷系統(tǒng)給出了很高的檢測可靠性。

泵的數(shù)字雙胞胎

模擬泵的流量情況是人們非常熟悉的一項(xiàng)工作。但是，泵內(nèi)部的復(fù)雜流動(dòng)情況很難捕捉。Ianus 模擬技術(shù)公司的Tobias Herken 先生在展示泵的數(shù)字雙胞胎時(shí)說道：“我們在功能強(qiáng)大的硬件設(shè)備上，使用了現(xiàn)代化的高效算法語言，并實(shí)現(xiàn)了高效的泵優(yōu)化改進(jìn)?！边@一切已經(jīng)擁有了成功的案例，Ianus 公司已經(jīng)贏得了以Habermann Aurum 公司為例的泵領(lǐng)域客戶。

在談到價(jià)格費(fèi)用時(shí)，Tobias Herken 先生估計(jì)標(biāo)準(zhǔn)離心泵的數(shù)字孿生兄弟的成本費(fèi)用大約1萬歐元，從使用性的角度來看，這一成本費(fèi)用是可以接受的。

高效利用CO2

大家都知道CO2對(duì)氣候環(huán)境有害，但Lewa 公司的Hans-Joachim Johl 博士卻在自己的演講中表示CO2可以作為超臨界流體的好處。Lewa 公司研發(fā)生產(chǎn)的衛(wèi)生型高壓隔膜泵能夠滿足超臨界流體輸送的基本要求，并可以同時(shí)滿足雙PTFE 隔膜、美國FDA要求以及很低的維護(hù)保養(yǎng)要求和很長的使用壽命。

鋼鐵和陶瓷材料

作為生產(chǎn)、制造泵的材料，耐腐蝕鋼的耐磨性能和抗振動(dòng)性能都很低。Bodycote 公司的Alexandra Friedrich 先生介紹說，利用科爾斯特林技術(shù)（Kolsterisieren，一種熱處理溫度＜500℃的表面熱處理技術(shù)）和S3P 技術(shù)，廠商可以在不損失耐腐蝕性能的同時(shí)提高鋼的耐磨性。

經(jīng)過這種熱處理之后，高濃度的碳或氮被擴(kuò)散到耐腐蝕鋼表面，從而改變了耐腐蝕鋼表面的性質(zhì)。研究表明，在腐蝕性載荷作用下，抗振動(dòng)性能有了明顯改善，磨損率降低了10 倍。最重要的是經(jīng)過這種熱處理方法處理后，所有鋼制零件的尺寸和形狀都可以保持不變。

Habermann Aurum 公司的Thomas Sch?fer 先生在他的報(bào)告《可以減少磨損，但不能避免磨損》中介紹了Slurry 泥漿泵的情況。其中的一條重要信息是，工作點(diǎn)的位置決定了泵的使用壽命，在最佳工作點(diǎn)工作運(yùn)行的泵最耐磨。他給出的建議是大直徑的葉輪和低轉(zhuǎn)速能夠?qū)⒛p減少到最低程度。

塑料制成的化工泵

有極少數(shù)企業(yè)在輸送磨蝕性或高濃度的化工介質(zhì)需要使用塑料材料制作的泵。Stübbe 公司Steffen Jürgen 先生通過一個(gè)實(shí)際例子清楚地介紹了塑料葉片泵是如何成為許多傳統(tǒng)泵系統(tǒng)的最佳替代解決方案的。當(dāng)泵輸送的液體介質(zhì)中含有固體成分并對(duì)泵有很高的耐磨性能要求時(shí)，此時(shí)塑料泵是最佳的替代解決方案。

例如Venator 公司利用硫酸鹽工藝技術(shù)生產(chǎn)TiO2顏料。在硫酸鹽法工藝技術(shù)中要用到像CO2礦石和鈦渣等原材料，并使它們與濃硫酸產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，生產(chǎn)出TiO2顏料。這一工藝技術(shù)產(chǎn)生的有用副產(chǎn)品是高腐蝕性的硫酸亞鐵。Stübbe 公司研發(fā)生產(chǎn)的X 級(jí)塑料泵能夠明顯地延長泵的使用壽命，并選擇了合適的葉輪直徑和壓力管直徑，使得塑料泵的使用壽命增加了2 倍。

正如Andritz 公司的Uwe Schmidt 先生在論壇中所介紹的那樣，像Archimedes 螺桿泵這樣的老式設(shè)計(jì)也有很大的改進(jìn)提高空間。例如使用了名為Robalon 的PE 材料可以使泵具有更好的經(jīng)濟(jì)性，它在污水處理廠的應(yīng)用中將效率提高15%，節(jié)能30%，并將重量減輕60%。

陶瓷隔離殼的利用

帶電磁離合器的泵需要一個(gè)具有高機(jī)械強(qiáng)度、良好耐酸性、耐堿性和耐高溫性能的隔離殼。Kyocera 公司的Sandy H?nsler 先生介紹說，高級(jí)工業(yè)陶瓷Frialit FZM 材料制成的隔離外殼為超常規(guī)的高要求提供了最合適的材料。令人印象深刻的陶瓷隔離殼銷售數(shù)字也證明了這一點(diǎn)，在過去的十年時(shí)間里，這種陶瓷隔離外殼的銷售量從600個(gè)增到了1200個(gè)。

“合理地安裝好水泵，能省去使用任何傳感器的成本?！卑荻镜谋眉夹g(shù)顧問Manfred Thamm 先生說道，他還介紹了液體介質(zhì)與松散物料輸送之間的差異

實(shí)際案例充分證明了陶瓷隔離殼的耐磨性。在使用2年之后，有好幾臺(tái)泵都被送到維修廠進(jìn)行檢修，檢修時(shí)發(fā)現(xiàn)唯獨(dú)隔離殼沒有磨損。這些泵輸送的是溫度高達(dá)110℃的熱油，熱油中漂白土的含量為5%左右。所有與被輸送介質(zhì)相互接觸的零部件、泵體內(nèi)部的循環(huán)通道和狹縫，或多或少都有一些液體介質(zhì)流動(dòng)而引起的摩擦痕跡或者磨損。但在陶瓷隔離殼上沒有發(fā)現(xiàn)磨損的跡象，它們都可以重新安裝到維修過的泵中繼續(xù)使用。

論壇討論表明，有些用戶和操作者在陶瓷隔離殼的使用方面有著成功的經(jīng)驗(yàn)，反之，有些則非常糟糕，陶瓷隔離殼的主要優(yōu)點(diǎn)是耐高溫和沒有渦流。

PSG/Mouvex 公司的Rundolf Voland 先生介紹說，沒有軸密封的泵設(shè)計(jì)方案是由柱塞和柱塞缸2 個(gè)元件組成的。它所采用的密封件不同于傳統(tǒng)的密封件，都是由不銹鋼制成的波紋管。這種泵的特殊設(shè)計(jì)方式使它非常適合于在Atex 易燃易爆環(huán)境中或者空轉(zhuǎn)的情況下使用。它能夠有效地排出泵和管道系統(tǒng)內(nèi)的殘留物質(zhì)，具有吸入空氣、壓縮空氣，并將壓縮空氣從壓力管道噴出的能力。即使在壓力損失較大的情況下，也能夠很好地將殘留在泵內(nèi)、管道中的液體介質(zhì)和液滴清除出去。這就可以在管道清洗之前很好地回收液體產(chǎn)品，節(jié)約了生產(chǎn)成本，因此適用于許多工業(yè)生產(chǎn)場合。

結(jié)語

過去，泵的生產(chǎn)制造領(lǐng)域似乎發(fā)展遲緩，而如今的情況則完全不同。數(shù)字化和工業(yè)4.0 使泵變得越來越受人關(guān)注，正如2019年的泵技術(shù)論壇中所展示的那樣，模擬技術(shù)世界的創(chuàng)新讓泵技術(shù)綻放新的活力。