環(huán)保型工業(yè)閉式泵組節(jié)能技術(shù)分析

吳昱，廖永浩

（華電電力科學(xué)研究院有限公司，浙江 杭州 310030）

在國民經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展中，工業(yè)行業(yè)作為刺激經(jīng)濟(jì)發(fā)展的支柱型產(chǎn)業(yè)，其重要性毋庸置疑。通過對(duì)環(huán)保型工業(yè)閉式泵組的節(jié)能技術(shù)進(jìn)行研究，并針對(duì)回路設(shè)計(jì)等方面進(jìn)行優(yōu)化，不僅能夠有效提高系統(tǒng)效率，還能夠有效降低能耗。因此，有必要對(duì)環(huán)保型工業(yè)閉式泵組節(jié)能技術(shù)進(jìn)行研究。

1 工程分析

電廠在經(jīng)營發(fā)展中對(duì)閉式泵組需求正在逐年增長，而且液壓站中的裝機(jī)功率也會(huì)隨之增加，因此對(duì)于能源的需求發(fā)生了改變。在制漿工業(yè)中，閉式系統(tǒng)的使用占比正在增長，如今已經(jīng)基本代替了開式系統(tǒng)，成為眾多電廠的首選。

某電廠采用了大功率電機(jī)（200～315kW），并為電機(jī)專門匹配了排量為500mL/r油泵。因?yàn)殚]式泵中的補(bǔ)油泵排放量基本可以等同于主泵排放量的20%～25%，因此大排量系統(tǒng)的補(bǔ)油壓力未發(fā)生改變時(shí)，補(bǔ)油泵所需要耗費(fèi)的電機(jī)功率將會(huì)隨之而增多。與此同時(shí)，大功率電機(jī)的利用代表著泵與馬達(dá)的輸出功率進(jìn)一步提高，殼體沖洗、軸承流量也會(huì)因此而得到顯著提升。通過對(duì)系統(tǒng)油路設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，能夠使發(fā)熱的情況明顯降低，通過合理使用冷卻器油液，能夠在降低工業(yè)成本的同時(shí)達(dá)到減耗的作用。

2 環(huán)保型工業(yè)閉式泵綜述

不同于開式泵，閉式泵最明顯的特點(diǎn)便是執(zhí)行元件油液流出后不會(huì)直接進(jìn)入油箱，油液將會(huì)進(jìn)入主泵吸油口中。而且由于泵以及馬達(dá)存在泄漏的情況，馬達(dá)背壓側(cè)的吸油口需要保持住壓力，所以還需要專門為主泵配備補(bǔ)油泵，通過補(bǔ)油泵吸油主泵提供油液。主泵的數(shù)量、排量等參數(shù)將會(huì)影響補(bǔ)油泵的選擇，如齒輪泵、葉片泵等形式便可以根據(jù)主泵需求來選擇。閉式泵組的回路屬于封閉液壓系統(tǒng)，為了改善自身的吸油性能，將會(huì)專門設(shè)置補(bǔ)油泵，通過補(bǔ)油泵降低系統(tǒng)內(nèi)泄漏所帶來的影響。通常情況下，為了保證閉式回路的運(yùn)行穩(wěn)定性，補(bǔ)油泵可以分為內(nèi)置、外置兩類，其中內(nèi)置式在工程機(jī)械中的應(yīng)用相對(duì)較多，而外置式則更多會(huì)在工業(yè)領(lǐng)域中得到使用，一般補(bǔ)油泵的排量能夠達(dá)到主泵的20%。

補(bǔ)油泵的作用極為關(guān)鍵，其主要作用如下：第一，閉式系統(tǒng)因?yàn)殚y組、馬達(dá)等部件將會(huì)在運(yùn)行期間出現(xiàn)漏油的情況，所以要利用補(bǔ)油泵實(shí)現(xiàn)對(duì)損失油液的補(bǔ)充。第二，幫助閉式泵組控制泵的方向、排量等參數(shù)。第三，通過冷卻能力幫助閉式系統(tǒng)調(diào)節(jié)油溫，避免因?yàn)橛鸵簻囟冗^高而影響正常工作。第四，閉式泵在與高扭矩、低轉(zhuǎn)速馬達(dá)一同進(jìn)行使用時(shí)，馬達(dá)所需要的背壓與轉(zhuǎn)速之間具有直接聯(lián)系，通過補(bǔ)油泵能夠有效維持背壓參數(shù)。作為控制泵，應(yīng)該將補(bǔ)油泵的出口壓力始終保持在合理范圍內(nèi)，通過配置補(bǔ)油溢流閥，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)補(bǔ)油泵出口壓力的合理調(diào)節(jié)。而為了降低閉式泵組的油液溫度，則能夠在油路之間加設(shè)熱油梭閥，然后，令低壓側(cè)油液進(jìn)入冷卻器降溫。除此之外，為了將馬達(dá)背壓控制在合理范圍內(nèi)，還可以在熱油梭閥后加裝沖洗溢流閥，沖洗、補(bǔ)油溢流閥的同時(shí)使用可以完成對(duì)低壓側(cè)壓力的有效調(diào)節(jié)。

3 閉式閥組系統(tǒng)油路的設(shè)計(jì)分析

3.1 補(bǔ)油溢流閥發(fā)熱問題

當(dāng)沒有進(jìn)漿時(shí)，不同油路口之間的壓力壓差偏小，當(dāng)A、B口之間的壓力壓差小于梭閥開啟壓力時(shí)，便會(huì)導(dǎo)致梭閥關(guān)閉，補(bǔ)油泵中的所有力量都將會(huì)經(jīng)由補(bǔ)油溢流閥進(jìn)入殼體，因?yàn)橛鸵涸诖似陂g并未進(jìn)入冷卻氣冷卻，所以當(dāng)油液直接進(jìn)入油箱后，會(huì)導(dǎo)致所有熱量一同進(jìn)入油箱。在油液溫度過高的情況下，將會(huì)導(dǎo)致能量浪費(fèi)的情況發(fā)生，而且通過對(duì)油箱內(nèi)部油液進(jìn)行持續(xù)不斷地加熱，過高的溫度還會(huì)明顯降低油液以及橡膠密封的實(shí)際使用壽命，而且黏度也會(huì)隨之降低，進(jìn)而影響潤滑性能，所以為了使閉式系統(tǒng)始終維持住穩(wěn)定的工作溫度，就應(yīng)該為系統(tǒng)配備性能更加優(yōu)異的冷卻器與循環(huán)泵，以此促進(jìn)熱量的進(jìn)一步交換，更換原有設(shè)備雖然能夠增加液壓站的制造成本，但是，運(yùn)營成本將會(huì)大幅降低。

3.2 沖洗系統(tǒng)穩(wěn)定性問題

在主回路外，每組液壓泵站專門設(shè)置了一套由齒輪泵進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的沖洗回路。該沖洗回路的主要作用就是在運(yùn)行期間針對(duì)泵、馬達(dá)部件開展?jié)櫥鳂I(yè)，潤滑期間還可以利用循環(huán)液壓油進(jìn)行熱量交換，降低由零部件摩擦所產(chǎn)生的熱量。在這種配置情況下，若沖洗回路在使用中受損，就將會(huì)導(dǎo)致主系統(tǒng)由于缺少?zèng)_洗潤滑而無法正常運(yùn)行。

4 閉式閥組節(jié)能技術(shù)研究

4.1 加設(shè)外置單向閥

在沒有開展進(jìn)漿作業(yè)時(shí)，梭閥將會(huì)自動(dòng)關(guān)閉，補(bǔ)油泵中的油，可以通過單向閥、沖洗溢流閥進(jìn)入油口外側(cè)的冷卻器，經(jīng)由冷卻器降溫后的油液回到油箱能夠避免油箱內(nèi)部溫度上升。即便長時(shí)間沒有進(jìn)漿，油箱內(nèi)部的溫度依然可以維持在合理范圍內(nèi)。在設(shè)置期間需要注意單向閥的開啟壓力問題，只有保證其開啟壓力能夠大于梭閥開啟時(shí)，其前后的壓力差參數(shù)，才能夠在進(jìn)漿情況下，促使補(bǔ)油泵的流量進(jìn)入補(bǔ)油腔中進(jìn)行補(bǔ)油作業(yè)，否則，便會(huì)經(jīng)由外置單向閥與沖洗溢流閥自油路口直接流出。

4.2 在主回路中集成沖洗回路

通過在冷卻器后添加單向閥，能夠持續(xù)為沖洗回路提供足夠的壓力。單向閥能夠促使主電機(jī)在運(yùn)行過程中，油液一直進(jìn)入冷卻器，其中多數(shù)油液將會(huì)在單向閥的作用下回流至油箱，而剩余的少量油液則可以對(duì)馬達(dá)、主泵殼體、軸承進(jìn)行沖洗。擠漿機(jī)在工作過程中，液壓系統(tǒng)需要保持油路低壓側(cè)的壓力狀態(tài)，利用補(bǔ)油、沖洗溢流閥能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)壓力的合理調(diào)節(jié)。在壓力未發(fā)生改變的情況下，在冷卻器后添加單向閥，能夠促使沖洗溢流閥實(shí)現(xiàn)壓降，進(jìn)而減少對(duì)能量的消耗，實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目標(biāo)。這種模式不僅可以減少原計(jì)劃中需要單獨(dú)配置的沖洗電機(jī)泵組，而且還有效提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。閉式泵組節(jié)能優(yōu)化前，若長時(shí)間沒有進(jìn)行進(jìn)漿作業(yè)，就會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)內(nèi)部出現(xiàn)發(fā)熱的情況。當(dāng)油箱溫度過高時(shí)，為了控制溫度繼續(xù)上升，就必須增加成本投入，而通過對(duì)節(jié)能技術(shù)進(jìn)行的優(yōu)化，則能夠明顯減少系統(tǒng)發(fā)熱問題，增加系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性，提高電廠的總體經(jīng)濟(jì)效益。

5 環(huán)保型工業(yè)閉式泵組的節(jié)能優(yōu)化研究

閉式泵組的節(jié)能優(yōu)化可以促使工業(yè)生產(chǎn)變得更加環(huán)保，在開展節(jié)能優(yōu)化時(shí)，為了確定閉式泵的優(yōu)化設(shè)計(jì)參數(shù)，需要通過節(jié)能優(yōu)化試驗(yàn)以及計(jì)算結(jié)果確定優(yōu)化后設(shè)計(jì)參數(shù)。為了保證節(jié)能效果，可以在設(shè)計(jì)階段通過切削葉輪的方式將葉輪的平均外徑車削12.3%，通過降低葉輪外徑能夠有效降低泵的出力。葉輪進(jìn)口位置葉片以及末端可以分別制作成為魚頭、魚尾形狀，這樣能夠有效提高閉式泵的節(jié)能效果。因?yàn)槿~片入口采用魚頭葉型可以增加入口角，在保證入口均勻?qū)ΨQ的同時(shí)降低節(jié)能誤差，通過末端魚尾則能夠降低葉片出口角，通過修磨處理可以促使出口段的平均厚度大幅降低，此時(shí)，葉輪效率將會(huì)有所提高。

在對(duì)葉輪軸面流道型線進(jìn)行優(yōu)化時(shí)，可以對(duì)其頸部直徑開展合理調(diào)節(jié)，以此降低過渡區(qū)偏心、凹凸不平所帶來的影響。通過對(duì)葉輪出口寬度進(jìn)行拓寬處理，并適當(dāng)減少兩側(cè)蓋板內(nèi)流面，能夠促使節(jié)能效果得到進(jìn)一步提高。在對(duì)葉輪流道開展整體優(yōu)化時(shí)，可以適當(dāng)提高流道表面的光滑程度，通過增加表面輪廓度可以使流道變得光滑平整，降低運(yùn)行期間的能源消耗。除此之外，通過磨削的方式可以將隔舌的圓頭改為魚頭，然后，通過降低喉口流道粗糙度，能夠促使流道變得更加平整，增加蝸殼效率。通過在提高喉口流動(dòng)的同時(shí)增加泵效率與氣蝕性，可以促使高效區(qū)逐漸推移至小流量區(qū)間，當(dāng)葉輪液流均勻性增加之后，便可以保證泵的穩(wěn)定性。

閉式泵的節(jié)能優(yōu)化方向是增加液流流動(dòng)效率，防止因?yàn)閮?nèi)部流動(dòng)阻力問題，而增加對(duì)能源的消耗，而且通過改變局部關(guān)鍵型線，還會(huì)使泵效率得到進(jìn)一步提升，從而避免泵組在運(yùn)行期間浪費(fèi)更多的能源。在工業(yè)領(lǐng)域，閉式泵組如今已經(jīng)得到了人們的重視。閉式泵組可以將內(nèi)部閥組在液壓泵中實(shí)現(xiàn)集成，所以能夠有效縮小對(duì)安裝空間的需求，補(bǔ)油系統(tǒng)則能夠在主泵排量改變后保證響應(yīng)，并提高進(jìn)油口壓力，因此能夠通過增加轉(zhuǎn)速的方式避免吸空問題的發(fā)生，而且在運(yùn)行期間，因?yàn)橹挥猩倭坑鸵盒枰獜挠拖渲形?，所以能夠有效降低?duì)油箱的損耗。因?yàn)殚]式泵組的優(yōu)勢明顯，所以閉式泵組可以在工業(yè)領(lǐng)域中占據(jù)一席之地，通過對(duì)其節(jié)能技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化，可以進(jìn)一步增加閉式泵組的作用。

6 結(jié)語

總而言之，環(huán)保型工業(yè)閉式泵組的節(jié)能技術(shù)是閉式泵組的發(fā)展趨勢，通過對(duì)其節(jié)能技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化，可以在降低能源消耗的同時(shí)帶動(dòng)工業(yè)領(lǐng)域的可持續(xù)發(fā)展。相信隨著更多人了解到工業(yè)閉式泵組節(jié)能技術(shù)的重要性，工業(yè)閉式泵組的節(jié)能效果將會(huì)變得更好。