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工业泵节能技术及其发展趋势

已有 1888 次阅读 2019-10-24 19:12 |个人分类:科普集锦|系统分类:科普集锦|关键词:学者| 节能, 发展趋势, 工业泵, 效率

工业泵节能技术及其发展趋势

伍赛特

 

工业泵及其应用概述

泵是用来输送液体(包括水、油、酸碱液、乳化液、悬乳液和液态金属等)或液体和气体混合物以及含悬浮固体物流体的机械装置。通常把用来抽吸、输送液体和使液体增加压力的机器统称为泵。从能量观点来说,泵是一种转换能量的机器,它把原动机的机械能转化为被输送液体的能量,使液体的流速和压力增加。

 

泵的发展趋势

随着技术的不断进步,泵产品向智能化方向发展,能够对压力、流量、温度和振动等参数进行监测,能够对泵的轴、轴承和密封的状况进行评估,能够对故障的原因进行诊断等。泵行业的技术发展将集中体现在设计电子调节系统、改善驱动装置和寻求新的材料等方面。同时,提高效率、节约能源是十分重要的追求目标。

 

2.1 向机、电、仪一体化的方向发展

泵产品不论是小型的家用泵、建筑用泵等通用泵,还是大型的石化、电力等工业装置用的流程泵,都在向机、电、仪一体化的方向不断发展,使泵产品更加高效、节能,使用维护更加方便,提高可靠性,延长寿命,为用户带来更大的收益。

 

2.2 向大型化和高速化的方向发展

随着电站、石化装置和水利工程等朝着大型化、规模化的方向发展,泵作为其配套产品必然朝着大型化和高速化的方向发展。

 

2.3 向多品种和多用途方向发展

为满足不同工况和用途的需求,泵产品势必向扩大品种规格、拓展性能范围方向发展。目前国内泵产品在规格、品种和用途广泛性方面还有待于进一步提高。例如,在高压小流量用泵、混合酸用泵和腐蚀性极强的化工浆料用泵等方面,还需要不断开发新品种。

 

2.4 理论与设计方法的科学化

加强泵的基础理论研究,注重交叉学科、边缘学科、新兴学科的相互渗透。理论研究的重点是:泵内部流动的测量、数值模拟及性能预测,一元黏性流动的数值计算,多相流动的理论与应用,泵的优化设计及设计的多样化。

 

2.5 CAD、CAM、CIMS技术的发展与推广

通过利用先进的计算机辅助设计( CAD)和计算机辅助制造( CAM)技术,不仅保证了产品的设计质量,而且缩短了设计周期,大大提高了产品设计能力,实现了设计方案的最优化,确保了产品的可靠性。同时,计算机制造集成系统(CMs)和虚拟技术的应用,大大地缩短了泵产品的生产周期,保证了产品的性能。

 

2.6 无密封泵技术

无密封泵主要包括磁力驱动泵和屏蔽泵。这些泵之所以引人注目,主要是由于自20世纪80年代中期以来人类环保与节能意识的日益增强。目前,越来越多的泵制造厂认识到了在其产品系列中需要增添无密封泵的重要性。显而易见,无密封泵的需求量将呈持续增长的强劲势头。

 

2.7 模块化和个性化

模块化泵技术是泵业技术发展的一个重要趋势。在模块化泵系列中,只需要少数几个零件就可以构成整个泵系列,从而可以降低生产成本,缩短交货时间,减少零部件和备件的库存,而个性化的发展则要求产品逐渐趋向于朝多品种、小批量的方向发展。

 

2.8 新材料的应用

近年来,各种新材料的开发和应用是推动泵技术发展的一个重要因素。泵的零部件采用了各种各样的新材料,所带来的好处主要是延长了泵在腐蚀性介质中的使用寿命和可靠性,并扩展了泵的使用范围。同时,涂覆技术和材料的表面处理技术在改善泵的流动特性、耐腐蚀性和耐磨性方面变得日益重要,具有广阔的应用前景。

 

3 泵节能降耗概述

3.1降低泵的能耗途径

3.1.1 泵的节能

实现途径可以从泵的选型、匹配、运行、设计、加工、维护等多方面、多角度来实现。

1)选型要正确,根据准确的使用条件选择合适的性能参数和合适的生产商,对于不合理的选型要及时进行处理,如切割、更换新泵等。

2)合理的匹配,合理的配套使用各种离心泵,充分发挥每一台泵的最佳能,将是一种最优的设计方案,这种设计方案不仅节能,而且设备的运行费用将大大降低。

3)采用合适的调速装置,可以使泵的配套组合运行更方便,节能效果也比较显著,

4)对设备进行及时的维护、保养,及时更换磨损严重的零部件,对效率低、淘汰的老产品进行及时更新换代,以提高运行效率。

5)对设计者而言要用凭进的科技于段,对泵进行优化设计计算;要保证泵的加工、制作精度,以提泵的本身综合性能。

6)对用户来讲,要选择设计水平、测试水平、加工水平较高的生产商。

 

3.1.2 节能运行的基本要求

泵运行实践表明,现有泵的品种不可能完全适应各种情况的运行需要。因此,在使用中会出现泵的性能与实际需要不相适应的情况,会使泵长期处于远离设计工况运行,其结果是加速了泵的损坏和增加了泵的耗电量,同时也降低了泵的稳定性和可靠性。

合理地拟订泵运行原则,就要求从现实条件出发,采取因地制宜的灵活方法,从整体和长远考虑来改进系统。在此以火电厂给水泵为例,介绍泵运行节能降耗的基本要求。

1)合理确定泵的出力。首先是摸清给水系统的阻力,并消除阻力过大的异常现象;然后,根据运行上的要求确定出安全而经济的系统压力;再考虑各种不利因素共同影响下全厂的最大给水量;最后,根据总给水量对各台泵改造后的出力进行配置,使达到在保证安全的前提下,系统处于低水压下运行和运行工况与泵的最佳工况(高效区)相吻合。

2)用好型线。采用理论计算和模型试验密切配合的方法,选用可靠的高效型线,并保证在可能低的进水压力下,无汽蚀现象

3)合理选用材料。在能够维持4年以上的运行寿命下,尽量选用低价易铸的铸铁。实践证明,对于两极电动机拖动的给水泵,叶轮外径不超过28mm时,可以选用耐磨铸铁。外径再大就必须选用不锈钢材料。从国产泵的结构特点和多数单位维修和运行水平来分析,水封部件(如叶轮口环和导叶心环)选用高号铸铁(HT3054)是合理的。

4)尽量发挥电动机的潜力。在电动机出力允许的情况下,尽量发挥电动机的潜力。为了确保电动机的寿命,一般情况下要求电动机的出力限制在95%的额定容量以下。只有在特别需要而又有可靠的试验数据下,才允许电动机超出力运行。

 

3.1.3 提高泵本身的效率

降低泵的能耗实际上是减少各类损失,提高泵的效率。泵是一种流体机械,由于流动阻力泄漏、机械摩擦等原因,泵在动力转换与传输过程中必然产生压力损失、流量损失、机械磨损等,导致谷积效率与机械效率下降。提效率就是要采取得力措施,将压力损失、流量损失、机械磨损等降到最低。

1)减小水力损失。尽可能减少整个流道的摩擦损失、撞击损失、扩散损失和其他局部损失。

2)减少机械和摩擦损失

1)轴承、填料引起的机械摩擦损失一般很小,刈效率影响不大。填料密封的机械摩擦损失比机械密封大,若能采用机械密封则更好。

2)降低叶轮、导叶流道表而粗糙度值。若可能,最好用手持砂轮等工具对流道表面进行打磨,这样,水力摩擦损失会明显减少

3)叶轮的前后盖板表面与液体产生的圆盘摩擦损失,与叶轮外径5次方成正比。选取较大的叶片出口角可减小叶轮外径,从而减小圆盘摩擦损失。圆盘摩擦损失与表面粗糙度值大有关系,叶轮盖板外壁应尽量光滑。适当减小叶轮盖板与导叶之间间隙,也可以降低圆盘摩擦损失。

3)减少泄漏。适当缩小各部分间隙或加长密封间隙以及采用迷宫密封等,增加泄漏阻力以减少容积损失。泵内的泄漏部位发生在叶轮与密封环处、多级泵级间、轴向力平衡装置等。

 

3.1.4 提高泵系统的效率

改进管路系统,减少阻力。管线长度应尽叮能缩短和保持直线,降低流速以减少沿程水头损失;减少闸阀、底阀、弯头、孔板等部件的数量,以减少局部水头损失。降低泵出水压力的富裕量,恰如其分地满足管路系统对出水压力的要求。如果水泵压力的富裕量过大,泵的出水压力高于系统需要的压力,这就势必要采取关小阌门等节流方法来降压,造成功率浪费。这时必须对泵采取改造措施,可根据系统要求的压力拆除一、二级叶轮;若过剩压力不太大,可采取车削叶轮方法来减压。使系统(管路)装置屮的泵尽量工作在泉的最佳效率点,避免在大流量或小流量下(效率较低点)工作。泵的输出流量应接近实际需求量。

 

3.1.5 泵节能的发展趋势

1)节能决策的科学化。并不是所有的泵都有改造的价值,只有通过科学的计算预测泵节能的空间,企业在泵的改造过程中才更合理、更科学

2)节能产品的国产化。目前,在泵节能产品市场国内生产厂家又小又缺乏国际竞争力,大部分仍依靠进口。因此,加强泵节能装置的研制开发,既是提高企业产品技术含量与市场竞争力的重要工作,也是节能行业未来的发展方向。只要有助于提高企业乃至整个行业的综合实力,这种研制开发工作可以自主研发、合作、合资及引进等多种方式进行。

3)节能手段的多样化。泵节能工作的传统内容是指提高泵的效率,提高泵机组运行效率。但是,泵节能的含义很广,有广义和狭义之分。传统的节能理念只是狭义上的,广义的节能还包括节约耗材,提高泵机组的可靠性等方面。

 

参考文献

[1] 黄志坚,袁周. 工业泵节能实用技术[M]. 北京:中国电力出版社, 2013.07.

 




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