循环水泵的节能技术与应用

摘 要：随着我国水泵系统节能市场的不断发展,水泵已经广泛应用于社会发展的各个领域,作为工业流体输送的核心设备,占据着耗能的主要部分,已经成为节能工作首先需要解决的问题.

关 键 词：节能水泵生产工艺叶轮技术

随着中国加入WTO,以及对PM2.5指数的发布,节能环保逐渐成为一个企业的重要议题,在生活中,作为社会的每一个人,无时无刻不在感受着能源技术的发展给生活的每个层面所带来的变化,但是能源的不断消耗,如何以更低的能源消耗,来支持经济的发展成为了一个能源管理的重要任务.

根据通用机械工业协会统计,水泵耗电量占我国发电量的20%左右,水泵已经广泛应用于社会发展的各个领域,成为能耗大户之一.水泵作为工业流体输送的核心设备,占据着耗能的主要部分,已经成为节能工作首先需要解决的问题.因此,水泵行业的节能势在必行,水泵运行效率的提升对于节能减排有着重大影响.

目前我国的水泵运行效率总体偏低,水泵的给定效率多数比发达国家产品低5-10%,实际使用效率比发达国家低10-30%,能耗浪费严重,运行效率有较大的提升空间.但提高水泵的能源利用效率仍然面临严重挑战.

1）对水泵的节能问题认识不足,影响水泵的节能效果.一是水泵的制造单位注重追求企业的经济效益,对节能工作积极性不高,并拥有较大的市场.二是水泵使用单位不关心水泵的节能技术指标,只是关心产品能否满足使用要求,是否低廉.为了保险起见,使用单位往往选用流量和扬程余量过大的水泵,大马拉小车,致使水泵不能在高效区运转,实际运行效率远远低于水泵的最高效率.三是传统的节能概念主要是提高水泵的效率指标,实际上水泵的节能内容还包括水泵性能的持久性,延长水泵的大修期、维修比和寿命,水泵的节材,提高水泵的系统效率,减少水泵对环境的污染等.

2）目前国内水泵设计单位采用的水泵设计方法主要是过去传统的速度系数法和模型换算法,这些方法建立在已有设备设计的经验基础上,在效率方面超过已有水平的可能性不大.

3）科研开发投入不足,科研与生产缺乏有机的结合,相当一部分水泵制造厂缺乏科研手段,而研究手段和人才齐备的科研单位和高校的科研成果又缺乏产品化的渠道.

4）生产工艺落后,型线误差大,过流表面粗糙.目前我国水泵大多采用木模整体铸造.由于中、高比转速离心泵叶片扭曲,造型起模困难,造型误差较大.

5）水泵的使用条件比较复杂,需要水泵具备各种性能,例如水泵的水力性能技术指标、水泵的材料、密封性能、可靠性、总体结构以及耐高温性能等.有些性能又是不便于试验室检测的,即使能够检测,费用也特别昂贵,而这些性能又与水泵系统节能有着重要联系,这种复杂性严重影响节能工作的进一步发展.

6）现阶段我国对节能泵产品的生产还没有太多的优惠政策,高效节能泵产品偏高,缺乏使用市场.

根据全国第三次工业普查公布的统计数字,我国水泵的总装机容量约为1000万Kw,在国民经济中占比很大,节能潜力很大.我国泵的用电量约占全国用电量的20.9%.和国外相比,我国没有改造的泵类产品的效率平均比国外低3-5%,而整个系统的效率同比低20%左右,所以存在非常大的节能潜力.国内大量研究和成功的案例表明,应用系统方法,在对系统进行全面测试分析的基础上,应用最合适的手段对泵系统进行优化,可以达到30-50%的节能效果.由此可见,我国的泵系统节能市场空间巨大,有很大的开发潜力.

目前,国内主要的水泵节能主要有以下几种节能技术：切割叶轮、变频技术、三元流技术和专用节能泵,下面我们来分析一下这几种节能技术的特点.

①、切割叶轮节能

众所周知,在离心式水泵的构造中,决定水量大小和扬程高低的一个重要部件就是叶轮.其工作原理是高速旋转的叶轮带动其内部的液体旋转,从而产生离心力.我们在初中物理课上就学过,决定离心力大小的一个重要因素是旋转半径,从这我们就可以看出,一旦一个离心泵的叶轮被切割,也就是将叶轮的直径变小,那么该叶轮的内部的液体的离心力肯定会变小,其后果只能是造成水泵的流量、扬程等参数下降,可能对安全生产造成隐患.

②、变频节能技术

变频的主要工作原理是依靠变频改变水泵驱动电机的频率,降低电机的转速来实现节能的效果,其主要应用的范围是：①该电机的负荷随生产工况的需要呈现周期性的变化,在这种工况下,当生产负荷降低时,该电机的负荷也随之降低,运用变频技术就可以使该电机在此时的转速降低,从而达到节能的效果,但若是在运行工况比较平稳的系统中,变频技术的节能率会明显下降.②适应于某些循环水系统因设计参数富余量较大的水泵,即所谓的“大马拉小车”时,才有一定的效果,在这种工况下,依靠变频改变泵电机的频率,降低泵的转速,调整水泵Q、H值工况点,使水泵的实际流量值低于水泵的额定流量值,以此来达到节能的目的.

离心泵是以水力特性最佳条件下的比转速作为相似准则进行设计的,每一种泵的流道水力模型的几何尺寸必须与它的设计参数Q（流量）、H（扬程）、r/min（转速）一一对应才能产生水泵的最终效率.因此,泵叶轮水力模型及几何尺寸不可能随转速改变而相应改变,所以变频调速使泵的额定转速降低,随之泵的输出流量减小,泵的扬程降低,泵实际效率降低,并远低于该泵原效率值.

当工业循环水系统选用的循环水泵的性能参数Q、H值富余量不大时,如果采用变频调速将泵的实际参数Q、H值变小,可能会造成水泵流量减小值过大,系统冷却水量不足,造成冷却水系统水温升高.

③三元流技术

三元流技术就是把叶轮内部的三元立体空间无限地分割,通过对叶轮流道内各工作点的分析,建立起完整、真实的叶轮内流动的数学模型.

通过这一方法,对叶轮流道分析可以做得最准确,反映流体的流场、压力分布也最接近实际.叶轮出口为射流和尾迹（漩涡）的流动特征,在设计计算中得以体现.因此,设计的叶轮也就能更好地满足工况要求,效率显著提高.但是,如果单纯的将普通水泵的叶轮更换为三元流叶轮,其节能效果可能不能达到预期,因为在泵壳及其他部件都已经定型的情况下,单独的三元流叶轮不能改变整个水泵内部所有的过流部件的水阻力和水损失.

④、节能专用水泵：

节能专用水泵专为各类型循环水系统量身,其综合利用各项技术,将虹吸原理、三元流技术及技术专利完美的结合在一起,并将节能专用水泵从设计、开模、铸造、加工全过程把关控制,使其设计合理、开模符合设计要求,再应用先进的铸造工艺,减少铸造误差,最终通过精心加工、打磨,使最终的产品与设计理念相吻合,达到最佳状态.

流体在节能专用水泵内部循环时,可呈现相对规则的流动状态,减小进口冲击、出口尾迹脱流等损失,极大的避免了紊流的出现,减少了普通泵单通道水力模型设计中流体的撞击和脱流,并且避免水在叶片之间形成回流,使水在叶轮间的流动更接近设计状态,提高了水泵流量,减少了无用功,,降低了能耗,提高了水泵效率.运用这种技术的水泵可以在流量不发生任何改变的情况下使水泵的有效轴功率显著减小,而且完全满足工业系统满负荷运行工况,不会使冷却水系统的水温升高,具有高效率,不改变系统的运行参数,对正常的生产工作没有任何影响.