水泵系統(tǒng)節(jié)能途徑及方法淺析

1、水泵系統(tǒng)節(jié)能途徑及方法淺析  摘 要：概述水泵節(jié)能現(xiàn)狀和存在的潛力，并對水泵系統(tǒng)的節(jié)能途徑和方法進行了仔細的探討前言：水泵作為我國工業(yè)領域最主要的耗能設備之一，用量大，涉及面廣，被廣泛應用于礦山、農(nóng)田排灌、石油化工、建筑、城市給排水、火力發(fā)電、冶金及船舶工業(yè)等國民經(jīng)濟各領域，其耗電量約占全國總發(fā)電量的20%左右。因此，研究探討水泵的節(jié)能途徑與措施，提高水泵的效率及其運行效率，延長水泵的運行壽命，降低能耗，對我國的節(jié)能工作具有重要意義。   1 水泵節(jié)能現(xiàn)狀   1.1 及與國外同類泵比

2、較發(fā)現(xiàn)：國產(chǎn)水泵的效率多數(shù)比發(fā)達國家產(chǎn)品低5%10%，而水泵的實際使用效率普遍比發(fā)達國家低10%30%。由此可見，我國目前的水泵運行效率總體偏低，能耗浪費嚴重，其運行效率還有較大的提升空間。但目前我國對水泵的節(jié)能問題認識不足，重視不夠，在高效節(jié)能工作的具體執(zhí)行過程中還存在許多不利因素。   1.2 目前國內(nèi)水泵設計單位單純強調(diào)保證可靠性、降低技術風險，企業(yè)技術投入不足等原因，也造成水泵設計單位的技術人員創(chuàng)新意識不強、積極性不高、動力不足，這樣在根源上便很難提高產(chǎn)品的技術含量，節(jié)能工作也就無從談起。   1.3 水泵

3、制造單位注重追求企業(yè)的經(jīng)濟效益，現(xiàn)階段我國對節(jié)能泵產(chǎn)品的生產(chǎn)還沒有太多優(yōu)惠政策，而且高效節(jié)能泵產(chǎn)品價格偏高，在使用單位缺乏市場，因此水泵制造單位對節(jié)能工作的積極性不高。近幾年曾多次出現(xiàn)這樣的現(xiàn)象，即國家多次明令禁止生產(chǎn)的泵產(chǎn)品，廠家仍在私下制造，并擁有較大的市場。   1.4 水泵使用單位在采購泵產(chǎn)品的過程中，并不關心水泵的節(jié)能技術指標，而只是關心產(chǎn)品能否滿足使用要求，價格是否低廉。為了保險起見，使用單位往往選用流量和揚程裕量過大的水泵，結果是使其不能在高效區(qū)運轉，水泵的實際運行效率遠遠低于水泵的最高效率，造成大馬拉小車的現(xiàn)象。此外，水泵在使用過程中，由

4、于缺乏健全的管理制度和科學的檢查規(guī)程，操作養(yǎng)護不當，或長期使用的零部件不能及時修理、更換等，便容易發(fā)生故障，造成大量的能源浪費。   1.5 傳統(tǒng)的節(jié)能概念主要是提高水泵的效率指標，實際上這樣的節(jié)能概念是狹義的、不準確的。廣義的節(jié)能內(nèi)容不僅僅是一個效率指標，還包括水泵性能的持久性，提高水泵的大修期、維修比和壽命，水泵的節(jié)材，提高水泵的系統(tǒng)效率，減少水泵對環(huán)境的污染等。另外，水泵的使用條件比較復雜，需要水泵具備各種性能，例如：水泵的水力性能技術指標、水泵的材料、水泵的密封性能、水泵的可靠性、水泵的總體結構、水泵的耐高溫性能等等。其中有些性能又是不便于試驗室

5、檢測的，即使能夠檢測，費用也特別昂貴，而這些性能又與水泵系統(tǒng)節(jié)能有著重要聯(lián)系，因此這種復雜性嚴重影響著節(jié)能工作的進一步發(fā)展。   2 水泵系統(tǒng)的能耗分析   影響水泵系統(tǒng)耗電量的因素主要有流量、揚程、運行時間與系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的效率。因此，在滿足生產(chǎn)要求的前提下，采取有效措施降低流量和揚程，提高各環(huán)節(jié)的效率，縮短水泵的運行時間，就能減少水泵及其系統(tǒng)的耗電量，這即是水泵及其系統(tǒng)節(jié)能的基本途徑。   3 水泵的節(jié)能途徑   3.1提高水泵運行效率 

6、0; 水泵內(nèi)損失包括三種，即機械損失、容積損失和水力損失。其中機械損失又分為：軸承摩擦損失、軸封裝置摩擦損失及葉輪圓盤摩擦損失。如圖2-1所示。在水泵運行保養(yǎng)和維修過程中，可從減少這些損失入手，提高水泵效率。        圖21 泵內(nèi)損失圖   3.1.1提高水泵的機械效率   (1降低軸承摩擦損失   軸承內(nèi)的摩擦損失與負荷大小、旋轉速度、軸承型式、潤滑和冷卻方式諸多因素有關。即使同一型號，相同負荷的軸承，安裝質

7、量不同，運行維護不同，其功率損失也不盡相同，因此，在實際運行中，嚴格把好質量驗收關，按技術規(guī)程監(jiān)視好軸承的潤滑和冷卻指標，對不合格的潤滑油及時更換，這樣，可減少軸承摩擦損失。   (2降低軸封裝置摩擦損失   要大力推廣使用無填料密封軸封裝置，這種裝置摩擦損失較小，維護量小。近幾年此項技術日趨完善，在各廠礦得到廣泛了使用。對于由于輸送介質不同還在使用的填料密封軸封裝置，由于填料密封的功率損失與軸承的旋轉速度、填料壓蓋的內(nèi)徑、填料的長度、厚度有關，在實際運行中，要著手降低填料密封損失。因此要正確加裝盤根，嚴格控制盤根壓蓋松緊，降低軸與盤

8、根表面的摩擦系數(shù)，降低軸封摩擦損失，加強維護管理，對已損壞的填料應及時更換，保證填料密閉良好的工作狀態(tài)。   (3降低輪盤摩擦損失   輪盤摩擦損失是指葉輪在充滿水的泵體內(nèi)旋轉時，葉輪外表與水的摩擦損失。輪盤損失與葉輪直徑、水泵的轉速、阻力系數(shù)等有關。在實際中，保持葉輪蓋板、泵體內(nèi)壁光滑，對降低輪盤損失，提高水泵效率有十分明顯的效果。因此對泵體內(nèi)壁、葉輪蓋板上的垢體及時清除，對因氣蝕、磨損等原因造成的泵殼內(nèi)壁破壞及時修復、更換。   3.1.2 提高水泵的容積效率  

9、0;由于水泵構造的需要，泵體內(nèi)部有許多間隙，如密封環(huán)與泵體的間隙，填料裝置中水封環(huán)處的間隙以及用于平衡軸向力的平衡孔(雙吸泵無平衡孔。當間隙兩側的壓力不等時，水就從高壓區(qū)流向低壓區(qū)，過流部分的液體盡管在葉輪上獲得了能量，但并未被利用，或者只是在泵內(nèi)循環(huán)流動，或者流出泵體之外。這部分液體所獲得的能量被間隙阻力或形成泵內(nèi)循環(huán)所消耗，要想降低此能量損失應對間歇過大的密封環(huán)及時更換，調(diào)節(jié)好填料裝置中水封環(huán)處的間隙。   3.1.3提高水泵的水力效率   水泵的水力損失是由其過流部件上的摩擦阻力損失、局部水力損失、葉輪內(nèi)的水力損失組成。粗糙的過

10、流壁面會使水力損失和機械損失增加，效率降低。有關試驗表明：鑄鐵泵體內(nèi)壁的粗糙面涂漆后，水泵效率比未涂漆時的效率提高2%-4%;取水浮船曾經(jīng)嘗試過在泵體內(nèi)涂抹環(huán)氧樹脂，保持泵體內(nèi)壁有良好的水力條件。葉輪蓋板和泵體內(nèi)壁過流部分的粗糙面用砂輪磨光后，水泵效率可提高2%-4%;對葉輪葉片打磨后，水泵效率可提高5%-6%。這種費工少、收效大的工作是值得提倡的。在水泵運行管理、維護中，對于因氣蝕或泥沙摩擦使葉輪和泵殼變形的情況，應及時修補或更換。   3.2 水泵系統(tǒng)節(jié)能   傳統(tǒng)節(jié)能工作比較重視水泵產(chǎn)品自身的效率指標，忽視對系統(tǒng)節(jié)能技

11、術的研究，然而這方面的節(jié)能潛力是非常大的。通過技術革新和技術改造工作，可將系統(tǒng)效率提高20%-30%。因此，應開展系統(tǒng)工程設計，從節(jié)能角度使系統(tǒng)各組成環(huán)節(jié)的匹配最佳，如對水泵、電機及其連接方式，管網(wǎng)相關附件等，使其最大限度地達到合理、可靠，壽命長，節(jié)能高效等，這對于關鍵泵或大型成套裝置尤為重要。   3.3 水泵運行節(jié)能   節(jié)能的水泵系統(tǒng)是實現(xiàn)運行節(jié)能不可缺少的必要條件，但不能說建立了水泵節(jié)能系統(tǒng)就能實現(xiàn)水泵的運行節(jié)能。這是因為水泵在實際工作中，由于工藝流程的變化或者其本身作為調(diào)節(jié)工藝參數(shù)而設置，水泵要適時進行調(diào)節(jié)。對于經(jīng)

12、常改變工藝的水泵系統(tǒng)，在調(diào)節(jié)中要注意能量回收或減少能量消耗，盡量不用節(jié)流調(diào)節(jié)方式，應采用變角、車削、變速調(diào)節(jié)或串并聯(lián)的方法加以解決，使水泵和電機仍在高效工況下工作。變角調(diào)節(jié)就是調(diào)整水泵葉輪的角度。水泵的葉片調(diào)節(jié)方式有全調(diào)節(jié)和半調(diào)節(jié)兩種。在確定葉片安裝角時，應在滿足工藝所需的揚程下，使水泵能在高效區(qū)工作。車削調(diào)節(jié)就是利用車削葉輪直徑來改變水泵性能的方法。水泵車削葉輪前后的流量、揚程、軸功率與車削前后的葉輪直徑、直徑平方，直徑三次方成正比。車削葉輪是一種簡便、經(jīng)濟的節(jié)能措施，但車削調(diào)節(jié)在實際使用中不可無限制地對葉輪進行調(diào)節(jié)，只能在 其許可范圍內(nèi)進行。變速調(diào)節(jié)就是通過改變水泵轉速來改變水泵

13、性能的方法，它在水泵內(nèi)不產(chǎn)生任何附加損失功率。其方式為皮帶傳動調(diào)速、齒輪變速箱調(diào)速、變頻調(diào)速、液力耦合器調(diào)速、柴油機與電動機調(diào)速等。但目前技術最新的是變頻調(diào)速。變頻調(diào)速具有效率高，機械特性強，調(diào)速范圍寬，無級調(diào)速等優(yōu)點，是變工況運行水泵理想的調(diào)速方式，但投資較高，因此在我國沒有得到廣泛使用。對于那些處在恒定工況或基本不變工況運行的水泵，只要選擇了合理的水泵系統(tǒng)，即可實現(xiàn)水泵的運行節(jié)能。同時，在水泵系統(tǒng)運行過程中還必須嚴格管理，加強對水泵系統(tǒng)的維護和監(jiān)控，使水泵系統(tǒng)在壽命周期內(nèi)一直處于最佳運行狀態(tài)，以收到良好的節(jié)能效益。   4 水泵的節(jié)能前景   4.1 隨著計算機技術的發(fā)展和普及應用，一些新的設計方法和設計思路得到了較快發(fā)展，許多基于計算機軟件基礎開發(fā)的水泵設計軟件正在日益完善和成熟，水泵內(nèi)部流場分析、水泵內(nèi)部結構強度分析等新技術得到了很好的發(fā)展，一些先進的鑄造、加工和裝配工藝也在水泵行業(yè)得到較好的應用，如五軸聯(lián)動數(shù)控加工技術等。這些新技術、新工藝的應用大大提高了水泵的效率，對節(jié)能工作的開展非常有利