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泵系统节能新理念引导企业创新发展
http://www.31siwang.com 2020-09-22 11:13:14 全球阀门网
  传统节能是指通过提升设备能效来达到减少能源投入的目的,同时也节约了能源费用或成本。
 
  从事泵设计的工程师都明白泵的效率与汽蚀余量是泵的两大关键指标,泵的效率直接影响能源消耗,而泵的汽蚀余量则对泵的介质能否被正常吸入或泵能否正常工作有很大的影响。对于相同的装置要求,泵的效率越高,在相同的时间内消耗的能源就越少;泵的汽蚀余量值越小,说明泵的汽蚀性能越好,即泵越不易发生汽蚀。
 
  泵系统节能新理念引导企业创新发展
 
  然而,对于动力式泵的水力设计而言,效率与汽蚀性能很难同时兼顾,效率要设计的足够高,汽蚀性能就比较差;要获得较高的汽蚀性能,往往就很难保证泵的效率。
 
  那么,对于节能指标,效率最高是不是最节能呢?这就涉及一个泵节能新理念—泵系统节能。
 
  泵系统节能是从系统的角度全面地衡量和评价节能效果,它不仅要求泵和电机(或其它原动机)有较高的效率,而且要求包括管路、阀门、变频器等在内的系统装置及控制元件有较小的能耗,同时要求泵与系统装置能很好的匹配,使泵工作在最优工作区。
 
  例如,一个泵系统可以由以下要素构成:泵、电机、阀门、管路(含直管、弯管、变径管、管接头等)、变频器(包含在控制柜中)。泵系统节能是从系统的角度全面地衡量和评价节能效果,要求系统具有较高的效率,使泵工作在最优工作区。其中,泵、电机、变频器都是能耗设备,阀门、管路(含直管、弯管、变径管、管接头等)等属于消耗能源的阻力元件。
 
  泵寿命周期成本(LCC,Life Cycle Cost)是考核泵节能的一个重要指标,泵及系统优化设计是泵系统节能的关键和前提。研究泵系统节能之前,首先要研究泵的寿命周期成本。判断泵系统节能是以在泵的额定寿命周期内泵系统的寿命周期成本最低为最节能。
 
  寿命周期成本的概念源于美国军方。1947年,美国军方发现用传统的一最低价格为标准来采购或研发制造武器的方式,在操作维护与后勤维持费用上,往往超过预期其费用很多,其主要原因是在武器获得阶段仅仅注重于应能目标的实现,而忽略了对维持阶段费用的考核。于是美军开始重视寿命周期成本的分析与研究。鉴于寿命周期成本的研究有很好的应用前景,于是世界各国都纷纷开始研究。
 
  纵览全球,在节能方面做得比较成功的国家有德国、日本、英国、美国等,特别是日本和德国,在二次世界大战之后建成了世界上最发达的工业化国家,在工业节能方面取得了令人瞩目的成就。
 
  从节能范围来看,泵系统节能从系统的角度全面地衡量和评价节能效果,要考核包括泵、电机、变频器等设备以及阀门、管路等阻力元件的能耗或损失。从泵的寿命周期成本来看,泵寿命周期成本包括研发成本、生产制造成本、运行维持成本(主要是能耗成本)、维护保养成本等。产品在产品从概念设计、技术设计、样机制造、样机检验试验、产品鉴定过程中产生的费用属于研发成本。在原材料采购、生产加工、装配调试、工厂试验以及包装等过程所产生的费用属于生产制造成本。产品在运行过程中的能耗(电动泵所消耗的电能、柴油机泵所消耗的燃油等)、冷却或保温介质等的成本属于运行维持成本。泵在维护过程中所产生的维修费以及备件(易损件)的成本属于维护保养成本。同理,泵系统节能与泵系统寿命周期成本的关系亦是如此,泵系统寿命周期成本还包括基建成本等。
 
  由此,上面有关泵的节能问题涉及到泵的能效与汽蚀性能两大方面(当然也与泵的可靠性、安全性等因素有关,这里主要讨论两个主要的因素)。泵的能效决定了能源成本的高低,泵的效率越高,泵消耗的能源(电力或燃料等)也就越少,能源成本就越低;一方面,泵的汽蚀性能影响基建成本和维护成本,泵的汽蚀余量值越小,汽蚀性能就越好,在相同情况下,泵的安装位置就可以高一些,地下室泵房的深度可以小一些,这样无形中节约了基建成本。两一方面,汽蚀性能好的泵在运行过程中,就不会因为汽蚀损坏泵的叶轮而增加新的备件成本,也不会因为振动、噪声等故障引起停机,产生更多的维护成本。
 
  以下举例说明泵的能效与汽蚀性能对泵节能的影响。
 
  以流量Q=560m3/h,H=28.5m,效率η=85%,NPSHr=5.6m的泵为例,如果其效率η增加3个百分点(3%),必需汽蚀余量NPSHr减小1.1m时,其节能与成本的影响如何呢?此时,效率η=88%,NPSHr=4.5m,假设考核的地下室泵房的面积为300m2,以泵的数量为5台且介质为水来考核。
 
  首先分析一下能效的影响,效率提升后,泵的轴功率减小量为:
 
  1*9.81*(560/3600)*28.5/0.85-1*9.81*(560/3600)*28.5/0.88=1.74kW
 
  则5台泵年节约电能为:5*1.74*24*365/0.95=80223度
 
  年节约电费:80223*1.0=80223元=8.0223万元
 
  接下来分析一下汽蚀余量的变化对基建成本的影响,泵的必需汽蚀余量减小1m后,泵的几何吸入高度可增加1m,从而泵房的下沉深度可减小1m,建筑的基坑可能由深基坑变为普通级坑,这样基坑的防护费用可节省1500~2000元/m2,其它建筑成本可节省1000~1500元/m2,可节约费用合计2500~3500元/m2,总的基建成本可节约75万元~105万元(按300m考虑)。
 
  但是传统的设计方式注定了效率和汽蚀性能不可能同时提升,总会一升一降,上面估算的两种费用也会一升一降,如何平衡二者就需核算泵的寿命周期成本,以寿命周期成本最低为原则。
 
  关于效率和汽蚀性能之间的协调有没有更好的思路呢?本文作者近期走访了长沙中联泵业股份有限公司,该公司开发了一款中开式双吸泵,其泵体与叶轮的水力设计避开一般情况下兼顾效率与汽蚀性能的思路,而是追求效率最大化的原则,达到预期效果后,再在叶轮两个吸入口均配设一个高汽蚀性能的诱导轮,极大地提升了汽蚀性能,这种设计理念巧妙地实现了能效与汽蚀性能的和谐统一。该产品目前已通过有效运营获得了市场认可,并且于近期取得国家知识产权局专利授权。
 
  科技创新是国民经济的主旋律,是当今社会经久不衰的话题,技术创新是一个企业持续发展的源动力,企业只有通过不断地创新,才能提升在国际环境中的竞争力。相信在不远的将来,中国泵业一定会通过创新发展赶超国际先进水平。(广东省流体机械技术学会王立)
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