離心泵節(jié)能技術(shù)探討

李家仲（廣西建晟咨詢有限公司，廣西 南寧 530000）

離心泵節(jié)能技術(shù)探討

李家仲
（廣西建晟咨詢有限公司，廣西 南寧 530000）

文章根據(jù)離心泵現(xiàn)階段存在的各項(xiàng)問題，從優(yōu)化節(jié)能設(shè)計(jì)、合理選型、變頻調(diào)節(jié)、合理布置管路、加強(qiáng)維護(hù)及保養(yǎng)等方面對(duì)離心泵的節(jié)能技術(shù)措施進(jìn)行了深入探討。以期能在離心泵的節(jié)能技術(shù)工作中有所借鑒，為生產(chǎn)企業(yè)、研究學(xué)者及用戶提供參考。

離心泵；節(jié)能技術(shù)；變頻調(diào)速；選型

1 引言

離心泵是靠葉輪旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的離心力來輸送液體的機(jī)械設(shè)備，它具有性能適應(yīng)范圍廣、體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、容易操作等諸多優(yōu)點(diǎn)[1]。離心泵種類很多，性能參數(shù)各異，可以滿足不同場(chǎng)合、不同用戶的要求[2]。在企業(yè)的生產(chǎn)活動(dòng)中，離心泵被廣泛應(yīng)用于發(fā)電、動(dòng)力傳輸?shù)确矫鎇3]，尤其是石油化工裝置中，離心泵有著舉足輕重的地位，同時(shí)也是電能的主要消耗設(shè)備之一[4]。

根據(jù)國內(nèi)專業(yè)機(jī)構(gòu)的研究報(bào)道，不管在國內(nèi)還是國外，水泵的耗電量都非常高，幾乎占工業(yè)設(shè)備總能耗的 0.25%左右，而離心泵的電能消耗則占到水泵能耗的50%以上，由此可見，離心泵的能耗量非常驚人[5]，必須考慮如何降低能耗，提高泵的運(yùn)行效率。而在我國，離心泵的運(yùn)行效率普遍比國外低20%左右，原因是因?yàn)槲覈^大半的離心泵其運(yùn)行狀況都不合理，從而導(dǎo)致電能消耗的增高。因此，為了解決現(xiàn)階段我國離心泵能耗高的困境，必須綜合分析各種外在因素及內(nèi)在因素，提出切實(shí)可行的節(jié)能技術(shù)方案，想盡辦法提高離心泵的運(yùn)行效率。這不光能為企業(yè)提高經(jīng)濟(jì)效益，還能節(jié)約能源，保護(hù)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)資源的最優(yōu)化利用，對(duì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展具有重大意義[6]。

2 離心泵能耗高的因素

2.1 設(shè)計(jì)水平和理念的限制

在我國，離心泵的設(shè)計(jì)普遍采用模型換算法和速度系數(shù)法這兩種比較成熟的經(jīng)驗(yàn)公式法。到目前為止，雖然這兩種方法一直主導(dǎo)并推動(dòng)著我國離心泵行業(yè)的技術(shù)發(fā)展，但隨著現(xiàn)代科技的不斷進(jìn)步，其弊端也越來越顯現(xiàn)。首先是其設(shè)計(jì)水平停滯不前，無法突破過去；其次是其設(shè)計(jì)理念陳舊，沒有跟上現(xiàn)階段的節(jié)能環(huán)保理念。因此，基于這兩種方法設(shè)計(jì)的離心泵已經(jīng)無法在效率提升上較大突破。而且，很多離心泵的生產(chǎn)廠家只著眼于當(dāng)前利益或投入的科研資金有限，使得我國離心泵的節(jié)能環(huán)保設(shè)計(jì)工作一直停滯不前。這也是我國離心泵運(yùn)行效率普遍比國外低的一個(gè)主要原因之一。

此外，為了避免出口閥門全開時(shí)容易出現(xiàn)的超功率、軸承過熱等非正常狀況的發(fā)生，廠家對(duì)離心泵的設(shè)計(jì)往往趨向于“全揚(yáng)程”理念，也就是說，在離心泵的整個(gè)工況曲線上，其揚(yáng)程都不會(huì)超功，但是，卻沒有把實(shí)際使用的工況點(diǎn)設(shè)計(jì)在高效區(qū)，這直接降低了離心泵的運(yùn)行效率，引起能耗增高。

以往對(duì)離心泵的節(jié)能認(rèn)知理念也是制約離心泵節(jié)能效益的主要問題。以往理念認(rèn)為，效率指標(biāo)越高越節(jié)能，因此設(shè)計(jì)中僅考慮如何提高效率指標(biāo)。實(shí)際上，離心泵的節(jié)能環(huán)保設(shè)計(jì)理念不僅僅是提高效率指標(biāo)的問題，還包括可靠性、穩(wěn)定性、環(huán)境適應(yīng)性、使用壽命以及對(duì)材料的利用率等等在內(nèi)?？傮w來說，離心泵的節(jié)能環(huán)保設(shè)計(jì)理念應(yīng)該是一個(gè)綜合的、可持續(xù)發(fā)展的、全面的體系。

2.2 設(shè)備選型不合理

在設(shè)備選型過程中，許多用戶都喜歡選大一點(diǎn)的型號(hào)，以保證能用。離心泵在運(yùn)行過程中會(huì)受到很多因素的影響，包括管道阻力、閥門泄露、負(fù)荷波動(dòng)、流體性質(zhì)、機(jī)械損耗等等，因此需要附加一定的余量。但是，如果將流量和揚(yáng)程的余量放得很大，就會(huì)導(dǎo)致離心泵的實(shí)際運(yùn)行效率遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)的最高效率，使電機(jī)的功率得不到充分有效地利用，也使大量的電能做了無用功，有違節(jié)能環(huán)保設(shè)計(jì)理念。這不僅增加了用戶的購置成本，也增加了運(yùn)行成本。

2.3 設(shè)備使用過程不當(dāng)

隨著使用時(shí)間的延長(zhǎng)，離心泵的各項(xiàng)性能指標(biāo)會(huì)有一定程度的下降。這時(shí)，如果用戶不能加強(qiáng)維護(hù)和保養(yǎng)，有故障隱患時(shí)檢修不及時(shí)，就會(huì)影響到泵的正常使用，出現(xiàn)的狀況有：運(yùn)行效率下降，噪音增大，流體打不到指定高度等。還有一些用戶，為了滿足場(chǎng)地建設(shè)需要或貪圖操作方便，沒有按設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)布置管路，任意修改管路行程，拉長(zhǎng)管道距離，增加過多彎頭，導(dǎo)致管路的水利損失嚴(yán)重。以上問題都造成能源的極大浪費(fèi)和運(yùn)行成本的增加。

由此可見，解決離心泵目前存在的設(shè)計(jì)、選型、使用等各項(xiàng)問題，是離心泵節(jié)能技術(shù)在我國能得到可持續(xù)發(fā)展的必然要求；也是我國離心泵節(jié)能技術(shù)走出國門，走向世界的必然趨勢(shì)。

3 離心泵節(jié)能技術(shù)探討

3.1 優(yōu)化節(jié)能設(shè)計(jì)

優(yōu)化節(jié)能設(shè)計(jì)就是要拋棄過去陳舊的“全揚(yáng)程”設(shè)計(jì)觀念，采用當(dāng)前最先進(jìn)的設(shè)計(jì)軟件及水利設(shè)計(jì)模型來進(jìn)行設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)需要做多項(xiàng)試驗(yàn)研究，包括方案可行性試驗(yàn)、產(chǎn)品材料優(yōu)劣試驗(yàn)、環(huán)境適應(yīng)能力試驗(yàn)、耐酸耐堿試驗(yàn)、耐煙霧耐霉菌試驗(yàn)等等，目的都是為了盡最大程度提高離心泵的運(yùn)行效率，延長(zhǎng)離心泵使用壽命，達(dá)到節(jié)能環(huán)保設(shè)計(jì)的要求[7]。

隨著材料科學(xué)和產(chǎn)品工藝的不斷進(jìn)步，研究學(xué)者們開始將最新型的科技成果運(yùn)用于離心泵的設(shè)計(jì)過程中，許多新型材料與工藝手法都被應(yīng)用于離心泵的結(jié)構(gòu)和零部件設(shè)計(jì)中，如涂覆技術(shù)和材料表面處理技術(shù)等，這是優(yōu)化離心泵設(shè)計(jì)的一個(gè)比較大的飛躍，一方面可以延長(zhǎng)離心泵的使用壽命；另一方面可以提高離心泵的環(huán)境適應(yīng)能力；再者可以改善離心泵的耐腐蝕性和耐磨性，擴(kuò)大離心泵的使用范圍。

標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)是離心泵技術(shù)發(fā)展的一個(gè)必然趨勢(shì)。國內(nèi)離心泵行業(yè)多數(shù)處于小批量生產(chǎn)狀態(tài)。究其原因，一方面是為了滿足不同用戶的要求；另一方面是因?yàn)橐恍堫^企業(yè)刻意設(shè)置技術(shù)壁壘以達(dá)到技術(shù)壟斷和提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的目的。如此一來，必將擾亂離心泵市場(chǎng)環(huán)境，大大增加企業(yè)的設(shè)計(jì)和制造成本。對(duì)用戶來說，備件混亂則會(huì)導(dǎo)致維修成本大幅上升，影響工作進(jìn)度，對(duì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展極端不利。因此，實(shí)施離心泵零部件的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)是離心泵技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。實(shí)施離心泵標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)后，將極大簡(jiǎn)化離心泵組裝過程，降低制造成本，提高生產(chǎn)效率。同時(shí)也可以給用戶提供便利，降低維修成本，達(dá)到優(yōu)化節(jié)能設(shè)計(jì)的目的。

3.2 合理選型

離心泵的選型對(duì)節(jié)能來說非常重要。如果選型不當(dāng)，不留余量，將無法滿足使用需求；相反，如果保留的余量過大又會(huì)降低離心泵的運(yùn)行效率，造成能源的浪費(fèi)，同時(shí)也增加了企業(yè)的運(yùn)行成本。只有合理的選型才可以使泵運(yùn)行的工況點(diǎn)保持在高效區(qū)。因此，合理的選型十分重要。要做好離心泵的選型，首先要根據(jù)使用要求對(duì)離心泵的材質(zhì)及適用場(chǎng)合做出選擇，其次要根據(jù)離心泵的型號(hào)、規(guī)格、轉(zhuǎn)速、配套電機(jī)功率做出選擇，選型原則可根據(jù)以下幾點(diǎn)：①滿足流體性質(zhì)要求；②滿足實(shí)際需要的最大揚(yáng)程及最大流量；③優(yōu)先選擇體型小、結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單、重量輕、轉(zhuǎn)速高的離心泵；④盡量選擇性能曲線無“駝峰”的泵，或者使正常工況點(diǎn)偏離駝峰區(qū)，同時(shí)壓能要夠低，至少低于無流量時(shí)的壓能，這樣才能在往后的運(yùn)行過程中投入同類設(shè)備并聯(lián)使用。⑤滿足特殊用戶的特殊使用要求。

3.3 變頻調(diào)節(jié)

用戶購買離心泵時(shí)，往往選擇最大負(fù)荷下的揚(yáng)程和流量，但實(shí)際使用過程中并不需要達(dá)到最大揚(yáng)程和最大流量，這時(shí)就需要利用變頻調(diào)節(jié)來改變泵的工況點(diǎn)，控制流量和揚(yáng)程。離心泵的工況點(diǎn)由泵的特性曲線和管路特性曲線共同決定，因此，只要改變其中任何一個(gè)特性曲線就能達(dá)到調(diào)節(jié)的目的。通常情況下，最常見的調(diào)節(jié)方式是流量調(diào)節(jié)，包括調(diào)節(jié)閥門控制、變速控制和泵的串并聯(lián)調(diào)節(jié)。但在使用過程中，調(diào)節(jié)閥門控制消耗的能量很大，尤其是在流量調(diào)節(jié)范圍較大的情況下。而變速控制則可以根據(jù)流量來決定轉(zhuǎn)速，使離心泵的轉(zhuǎn)速和軸功率降低，有效避免調(diào)節(jié)閥門控制造成的功率消耗，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。目前變頻調(diào)節(jié)技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各類電機(jī)當(dāng)中。

3.4 離心泵的使用節(jié)能

合理布置管路。管路布置對(duì)離心泵能耗有顯著影響，如管路彎曲，管道附件或組件較多，勢(shì)必造成阻力的增加，管路損失增大。因此，管路布置的原則是：管道盡量短、直，轉(zhuǎn)角盡量小，最大限度減少管路造成的能耗損失。除此之外，還要加強(qiáng)離心泵的維護(hù)及保養(yǎng)。定期檢查離心泵系統(tǒng)運(yùn)行狀況，指定專人對(duì)其進(jìn)行維護(hù)及保養(yǎng)，以保證離心泵能在最佳運(yùn)行狀態(tài)下工作，從而延長(zhǎng)離心泵系統(tǒng)的使用壽命，節(jié)約成本，節(jié)約能源。

4 結(jié)語

離心泵的節(jié)能途徑多種多樣，技術(shù)方案層出不窮，通過改變離心泵的設(shè)計(jì)、選型、變頻調(diào)節(jié)、維護(hù)等多方面、多角度可以達(dá)到預(yù)期的節(jié)能效果。但是，離心泵的節(jié)能之路依然漫長(zhǎng)，要想達(dá)到預(yù)期節(jié)能效果還需要生產(chǎn)廠家、科研人員、及使用方的共同努力。因此，還需要對(duì)離心泵的節(jié)能技術(shù)做更深入性的研究和分析，加大對(duì)離心泵系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)和改造，合理使用并維護(hù)好離心泵。

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Discussion on energy saving technology of centrifugal pump

According to the problems existing in the present stage of the centrifugal pump, the energy saving technology and measures of centrifugal pump were discussed from the optimization of energy saving design, selection of reasonable, inverter control, reasonable decorate line, strengthen the maintenance and maintenance, etc, so as to provide reference for the enterprises, researchers and users in the energy saving technology of centrifugal pump.

centrifugal pump; energy saving technology; frequency control; model selection

TH31

A

1008-1151(2016)12-0057-02

2016-11-13

李家仲（1987－），男，廣西北海人，廣西建晟咨詢有限公司技術(shù)員，從事節(jié)能環(huán)保技術(shù)服務(wù)與管理。