高效的流程泵驅(qū)動(dòng)技術(shù)大大節(jié)約能源成本

1、高效的流程泵驅(qū)動(dòng)技術(shù)大大節(jié)約能源成本歐美委員會(huì)和美國能源部的調(diào)查報(bào)告顯示：利用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的系統(tǒng)能耗占全世界能耗的20%左右；其中，僅流程工業(yè)領(lǐng)域中的流程泵一項(xiàng)就占總能耗的1/5。由于能源費(fèi)用越來越高，因此在現(xiàn)代化新型電動(dòng)機(jī)和/或者電子驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)技術(shù)方面的投資有著非常重要的意義，會(huì)得到很高的投資收益率。 電動(dòng)機(jī)能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)換為動(dòng)能，使物體運(yùn)動(dòng)。自從170年前電動(dòng)機(jī)發(fā)明成功之后，人們一直在研究提高電動(dòng)機(jī)效率的有效方法。但是，提供的技術(shù)解決方案很少得到應(yīng)用，例如根據(jù)德國電子和電氣協(xié)會(huì)（ZVEI）的報(bào)告，僅變頻器一項(xiàng)技術(shù)措施就可以節(jié)約90%的能耗，其余的可以通過現(xiàn)代化的節(jié)能電機(jī)來實(shí)現(xiàn)節(jié)能。如果這樣說還不

2、夠非常明確，那么下面的數(shù)字就能夠使您清楚地了解這些技術(shù)的實(shí)施效果和意義了：據(jù)ZVEI統(tǒng)計(jì)，整個(gè)德國大約有3000臺(tái)電動(dòng)機(jī)在使用運(yùn)行中；其中只有12%的采用了節(jié)能的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)裝置。如果將這一百分比提高到50%，將會(huì)節(jié)約大量的能源。按照工業(yè)用電價(jià)格8歐分/kWh計(jì)算，每年可以節(jié)約17.5億歐元的電費(fèi)，這是一個(gè)非常驚人的數(shù)字。 電氣驅(qū)動(dòng)：不同應(yīng)用目的的驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品生產(chǎn)、銷售情況但是，在省錢之前是需要投資的。而這種投資的大小對(duì)很多采購者有較大的影響：按照使用期限10年、每年工作2000小時(shí)計(jì)算，電動(dòng)機(jī)的采購費(fèi)用還占不到總費(fèi)用（使用壽命周期費(fèi)用）的3%，而能源電力的費(fèi)用則占了總費(fèi)用的95%。這種情況恰恰適合于

3、流程泵的采購和使用：每節(jié)省一度電、電動(dòng)機(jī)效率每提高一個(gè)百分點(diǎn)，都會(huì)在電動(dòng)機(jī)的長(zhǎng)期使用中積少成多帶來很大的節(jié)約效益。 電氣驅(qū)動(dòng)技術(shù)中電流整流器和變頻器的增長(zhǎng)情況節(jié)能專家計(jì)算的節(jié)約帳 跟家用電器一樣，歐盟也對(duì)電動(dòng)機(jī)的效率水平進(jìn)行了等級(jí)分類。在歐盟的電動(dòng)機(jī)效率等級(jí)分類標(biāo)準(zhǔn)中將電動(dòng)機(jī)的效率等級(jí)分為三級(jí)（EFF1、EFF2、EFF3），其中效率最高的為EFF1級(jí)，供優(yōu)先選用。 德國銅生產(chǎn)企業(yè)算了這樣一筆帳：四極30kW的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)一臺(tái)流程設(shè)備的冷卻水泵時(shí)按8000h/年滿負(fù)荷計(jì)算，電價(jià)按8歐分/kWh計(jì)算，高效電動(dòng)機(jī)的效率為93.2，普通電動(dòng)機(jī)按91.4計(jì)算，節(jié)約的電費(fèi)一項(xiàng)就高達(dá)每年8000×

4、30×100%×0.08×（1/91.41/93.2）405歐元。從電動(dòng)機(jī)的效率來看，兩者的差異不算太大，但是每年節(jié)約的電費(fèi)卻是一個(gè)不小的數(shù)目。若普通標(biāo)準(zhǔn)電動(dòng)機(jī)的價(jià)格按照1300歐元，EFF1級(jí)節(jié)能電動(dòng)機(jī)的價(jià)格按照1650歐元計(jì)算，則高效節(jié)能電動(dòng)機(jī)投資費(fèi)用增加的部分可在9.5個(gè)月內(nèi)收回。也就是說使用高效節(jié)能電動(dòng)機(jī)的投資成本很快就可以收回。 這種電動(dòng)機(jī)的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是其較低的噪音污染：電動(dòng)機(jī)的噪音（也包括與其有關(guān)的流程泵噪音）主要是由于電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的。EFF1級(jí)的節(jié)能電機(jī)由于其較高的效率和散熱的明顯減少，所需的冷卻用空氣流通量也很少，因此，它運(yùn)行時(shí)通常噪音都很小。

5、較低的散熱量對(duì)轉(zhuǎn)子銅制繞組的絕緣非常有益，也延長(zhǎng)了它的使用壽命。高效節(jié)能電動(dòng)機(jī)較低的工作發(fā)熱也有利于延長(zhǎng)電動(dòng)機(jī)軸承的使用壽命（電動(dòng)機(jī)軸承潤(rùn)滑劑的使用壽命與工作溫度有著密切的關(guān)系）。人們還看到高效節(jié)能電機(jī)在提高流程設(shè)備的利用率方面還有著積極的作用，西門子公司研發(fā)生產(chǎn)的最新型高效節(jié)能電動(dòng)機(jī)可將轉(zhuǎn)換為熱能的功率損失減少45%，也就是說：對(duì)于一個(gè)1.1kW的電動(dòng)機(jī)可將其效率由原來的77%提高到現(xiàn)在的84%。西門子公司以其精湛的制造工藝技術(shù)減少了冷卻空氣的用量、降低了電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)的噪音，提高了電動(dòng)機(jī)的工作效率。其中，很大一部分功勞應(yīng)歸功于使用的金屬材料，例如：鋁、銅和電工專用的硅鋼片。 負(fù)責(zé)這一領(lǐng)域生產(chǎn)

6、的Fred Hochbrückner先生說道：“我們采用最現(xiàn)代化的方法對(duì)電動(dòng)機(jī)繞組進(jìn)行優(yōu)化。而且電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子也有著很大的節(jié)能潛力。用銅來替代鋁制作轉(zhuǎn)子有著多方面的意義，因?yàn)殂~的損耗電阻很小。這樣一來，在電動(dòng)機(jī)功率相同的情況下，我們的電機(jī)體積更小，結(jié)構(gòu)更緊湊。” 變速器生產(chǎn)廠Nord公司為用戶提供由電動(dòng)機(jī)、變速器和智能化的、在整個(gè)功率范圍內(nèi)進(jìn)行功率優(yōu)化的功率控制器構(gòu)成的系統(tǒng)解決方案，與普通的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)相比較，這一系統(tǒng)可將用戶驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用降低40%。必要時(shí)，Nord公司將會(huì)動(dòng)用其特殊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則和使用特殊的專用材料。例如在電動(dòng)機(jī)中使用較大的銅質(zhì)材料繞組以及特殊的硅鋼片材料轉(zhuǎn)子。而由

7、于較高價(jià)格材料帶來的采購成本的增加可以很快的收回，因?yàn)樵陔妱?dòng)機(jī)的整個(gè)使用壽命周期內(nèi)能源費(fèi)用占了98%左右。高效的Nord電動(dòng)機(jī)滿足了歐盟EFF1級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的要求，滿足了北美洲EPAct標(biāo)準(zhǔn)、NRCan和NEMA MG-1標(biāo)準(zhǔn)的要求。節(jié)能型的變速器有著最佳的嚙合齒形，在使用了特殊的合成潤(rùn)滑油之后有著很高的耐磨性能和免維護(hù)保養(yǎng)性能。 Grundfos公司研發(fā)設(shè)計(jì)的CR-120 和CR-150系列的高壓流程泵（輸出流量可達(dá)180m3/h）配備的是達(dá)到EFF1等級(jí)的高效節(jié)能電動(dòng)機(jī)（55kW和75kW）提高能源利用率的勞務(wù)服務(wù) 從2005年起，德國能源機(jī)構(gòu)（Dena）掀起了一場(chǎng)“工業(yè)和手工業(yè)中的節(jié)能運(yùn)動(dòng)”，

8、為企業(yè)提供技術(shù)咨詢和技術(shù)支持，幫助他們提高流程泵系統(tǒng)的能源利用率。在這場(chǎng)運(yùn)動(dòng)中，某些具體的節(jié)能項(xiàng)目可以實(shí)現(xiàn)年節(jié)約10萬歐元的目的；而達(dá)到同樣的經(jīng)濟(jì)效益，企業(yè)必須開拓新的、更大的市場(chǎng)。在接受技術(shù)咨詢的70家企業(yè)中，節(jié)能潛力平均達(dá)到了30%。準(zhǔn)確地說：由于流程泵系統(tǒng)采用節(jié)能措施而節(jié)約的費(fèi)用每年可達(dá)250050 000歐元。 Dena機(jī)構(gòu)掀起的這場(chǎng)運(yùn)動(dòng)帶來了明顯的效果：如果對(duì)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行整體性優(yōu)化，而不是一部分一部分地進(jìn)行局部?jī)?yōu)化，則能夠達(dá)到最高的節(jié)能效果。 西門子的專家們也確認(rèn)了這一事實(shí)：“更換新的驅(qū)動(dòng)部件或者使用變頻器是非常重要的。而系統(tǒng)的整體節(jié)能優(yōu)化則會(huì)帶來更好的結(jié)果”，西門子工業(yè)解決方案

9、和技術(shù)服務(wù)公司（I&S）的Michael Schweinle先生解釋道。西門子I&S公司作為一家技術(shù)服務(wù)公司為用戶提供了一套分為三個(gè)等級(jí)的現(xiàn)有流程設(shè)備節(jié)能優(yōu)化方案。其技術(shù)服務(wù)的領(lǐng)域包括了節(jié)能潛力的理論計(jì)算、技術(shù)性的節(jié)能潛力分析、完整的節(jié)能方案和節(jié)能方案的貫徹落實(shí)。 節(jié)能改造投資的費(fèi)用并不是始終占據(jù)第一的重要位置。西門子公司A&D公司的集團(tuán)Zwanziger先生說：“對(duì)于西門子公司來講，降低CO2排放也是一個(gè)非常重要的企業(yè)職責(zé)。”西門子集團(tuán)公司是歐盟“電機(jī)挑戰(zhàn)計(jì)劃”中的一個(gè)重要成員。這家由多個(gè)子公司組成的企業(yè)集團(tuán)承擔(dān)著節(jié)約能源或者給有節(jié)能意識(shí)的企業(yè)提供支持和幫助，高效節(jié)能

10、技術(shù)的推廣等義務(wù)。西門子公司A&D和I&S公司已經(jīng)制訂了貫徹落實(shí)節(jié)能解決方案的進(jìn)度計(jì)劃，并與歐盟委員會(huì)簽訂了協(xié)議。 上圖所示為一傳統(tǒng)的流程泵驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)示意圖，其總效率為31%，下圖為采用高效驅(qū)動(dòng)技術(shù)的流程泵系統(tǒng)示意圖，其總效率為72%注意渦流損失 另外，流程泵的類型也決定了驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的效率是多少。當(dāng)您對(duì)無泄露的無密封流程泵問世而感到高興時(shí)，也請(qǐng)您不要忘記這種流程泵有著比普通流程泵還要低的工作效率。而且在這方面還有許多不同的問題需要解決，就像本文列舉的磁力驅(qū)動(dòng)泵所示的那樣：若密封處的隔離腔采用金屬結(jié)構(gòu)，則不可避免的要帶來渦流。因此，采用塑料材料制作的隔離腔具有更多的優(yōu)點(diǎn)。 由于旋轉(zhuǎn)的

11、電磁轉(zhuǎn)子在非金屬的隔離腔中不會(huì)感應(yīng)出渦流電流，因此也不會(huì)因感應(yīng)而發(fā)熱，也不會(huì)把一部分驅(qū)動(dòng)能量毫無意義地傳遞給被輸送介質(zhì)。另一方面，據(jù)Richter Chemie技術(shù)公司估計(jì)塑料隔離腔可比金屬隔離腔的節(jié)能效果提高20%，還有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是被輸送的介質(zhì)可以在接近沸點(diǎn)的溫度情況下進(jìn)行輸送。 小結(jié)：考慮使用最好的流程泵驅(qū)動(dòng)方案是很有價(jià)值的。一般情況下，流程泵節(jié)能技術(shù)改造的投資費(fèi)用可以在23年的時(shí)間內(nèi)收回。這是一種非常輕松的賺錢方式，同時(shí)還能降低CO2的排放。也許，人們更應(yīng)該從資本利潤(rùn)率的角度來看問題，不僅只是關(guān)注投資回收期。兩年的投資回收期相當(dāng)于資本利潤(rùn)率為50%。這一數(shù)據(jù)是財(cái)務(wù)審計(jì)人員最愿意聽到的數(shù)據(jù)。

12、 同步電動(dòng)機(jī)或者異步電動(dòng)機(jī)？ 盡管小功率的異步電動(dòng)機(jī)的工作效率不高，但基于其堅(jiān)固和有利的結(jié)構(gòu)型式在流程泵的驅(qū)動(dòng)中一直長(zhǎng)盛不衰。因此，據(jù)KSB的電動(dòng)機(jī)專家介紹，在異步電動(dòng)機(jī)的效率提高中有著很大的空間可以挖掘。電動(dòng)機(jī)理論上可以實(shí)現(xiàn)的工作效率由公式theoretisch1s限制住了，而式中的s滑差率是異步驅(qū)動(dòng)必須考慮的因素。在同步電機(jī)中，則不會(huì)有轉(zhuǎn)子的滑差，因?yàn)闆]有電流流經(jīng)轉(zhuǎn)子，沒有在轉(zhuǎn)子中形成力矩。 由于在電動(dòng)機(jī)中越來越多的使用了永磁勵(lì)磁繞組，據(jù)KSB公司介紹他們已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了最大的節(jié)能潛力。通過在轉(zhuǎn)子中使用永磁勵(lì)磁繞組，使得同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子沒有電力損失。這樣的EC-電動(dòng)機(jī)價(jià)格一般較高，目前主要用于小功率電動(dòng)機(jī)中（熱循環(huán)泵）。 電動(dòng)機(jī)的效率去哪了？ 電動(dòng)