泵与风机的节能技术探讨.doc

泵与风机的节能技术探讨陕西火电工程公司摘 要 泵与风机在国民经济各部门中占有重要的地位，它广泛应用于冶金、化工、纺织、石油、煤炭、电力、国防、轻工和农业等生产部门，由于泵与风机属于通用机械，因而在国民经济各部门生产和生活中应用十分广泛。从生产方面来看，泵与风机耗电量所占和的比例数非常高，其年耗电量约占全国用电量的1/3，占全国工业用电量的40%45%。可见，泵与风机自身的电力消耗相当大，这就要求泵与风机在低耗能、高效率工况下工作，以达到节能的目的。关键词 泵与风机 节能 技术 探讨0 引言 我国政府在第十到第十一个“五年计划”的节能计划中，把“电机系统节能”列为重中之重，“发展电机高速节电和电力电子节电技术，逐步实现电动机、风机、泵类等设备和系统的经济运行”。另一方面，国家发改委在“十五”计划纲要中明确提出了要改变工业增长方式，“鼓励采用高新技术和先进适用技术改造系统产业”，指出了一个国家综合实力的重要基础是国家的装备制造业，提出“大力振兴装备制造业”的重要指导思想，“大力推进机电一体化”，寻找新的增长点，确保经济持续高速发展。目前我国的电力电机容量达到4.4亿千瓦，其中有3.25亿千瓦是火电机组厂用系统消耗，火电的发电量占到总发电量的82.6%。而且，受地域及诸多条件的制约，火电比重过大的局面今后可能进一步加剧。而在火电厂中的各类辅助设备中，风机和泵类设备占了绝大部分，而自身的用电量蕴藏着巨大的节能潜力。 下面就以泵与风机的节能技术做以下探讨：1. 泵与风机制节能趋势 泵与风机系统的节能工作涉及到管理、泵与风机本身的效率、设备选型、电机与机械设备电控系统的配套、泵与风机的全责运行和新技术的开发应用等多方面的问题。 目前，为搞好泵与风机的系统节能工作，除了提高认识，搞好科学管理以外，泵与风机的节能趋势还应从以下几个方面考虑：1.1 提高泵与风机的本身效率 研制生产和推广高效泵与风机，首先满足新建企业和新增泵与风机的需要，同时，逐步更新和改造现有的老设备。1.2 对流量、风量调节范围较大的泵与风机采用调速控制 目前有相当多的泵与风机是采用挡板或阀门来调节流量和风量，其电能浪费十分严重。如把所有的在运行的泵与风机改为调速控制，是实现节能很有效的途径。调速控制的方法有很多种，如变极、调压、调阻、电磁滑差调速电机及液力偶合器等，优选哪种调速方案应该按具体情况具体分析，因地制宜，应通过技术经济方案比较后决定。1.3 开发、推广以电子控制为核心的高效调速节能装置1.3.1 采用可控硅串级调速装置速控制 可控硅中级调速（低同步串调）技术上比较成熟，我国已系列化生产，很多企业都在积极地推广使用，并组织进一步的标准化、系列化，统一设计与泵、风机配套和定量生产。1.3.2 采用变频调速和无换向器电机调速装置的调速控制 可控硅变频调速和无换向器电机调速装置同串级调速一样，都属于高效地调速控制方法，后者调速方式受到绕线式异步电动机的限制，对于大、中容量的泵与风机，鼠笼式异步电动机采用理想的变频调速和同步采用无换向器电机调速装置，实现调速节能势在必行。2 泵与风机的节能途径 泵与风机的节能途径包括泵与风机本身捞取有、系统节能、运行节能三个方面。泵与见机本身节能是前提，系统节能是关键，运行节能是最终体现。三个方面密切相关，互为因果。2.1 泵与见机本身的节能途径 泵与风机制造厂向用户提供高效、可靠、好用的产品是制造厂的职责，高效即泵与风机本身效率高，高与低是相对的。现在执行的国家标准上规定的效率只是先进值并不是最高值。高效就是效率要达到或超过这些标准规定值。泵与风机本身损失可分为水力损失、容积损失和机械损失。在泵与风机结构选定之后，可以认为机械损失和容积损失基本不变，因此，泵与风机本身节能重点应减少泵与风机内水力损失上，可以采取以下对策： 选用优秀的水力、空气动力模型； 采用先进设计方法； 减少过流部件的粗糙度； 合理选择缝隙处零件的材料，提高抗咬合和耐磨性，适当的减少间隙值，减少容积损失。 除此之外，积极开展泵与风机的可靠性研究，进行可靠性设计、可靠性试验和可靠性管理，以提高泵与风机的可靠度和平均寿命。合理选取材料，增加易损件使用寿命，使泵与风机达到好用、耐用，也是泵与风机本身节能的组成部分。2.2 泵与风机系统的节能途径 泵与风机是主机，在系统节能中，应首先提供高效节能的泵与风机，蛤系统节能的关键，在于站在系统节能角度上做到系统各组成的匹配是最佳的、最合理的，为此必须发展品种，做到有合适的泵、风机、电机、各种相关附件可选，也就是做到选型最大限度地合理；其次 要开展系统工程设计。 选泵时，一定要使泵的汽蚀性能满足使用要求才行，即使泵的汽蚀性能要满足装置或系统所能提供的汽蚀余量值。然而在实际选型中，人们只注意流量、扬程，忽视了泵的汽蚀性能，或者由于对吸入管路系统阻力损失估计不足、介质的温度波动估计不足、吸入池液面水位变化估计不足等原因造成泵的潜在汽蚀状态下运行，造成泵的损坏较快，或者发生汽蚀，不能工作。 因此，研究各种系统的泵与风机的选用规范和计算方法是放在广大用户和泵与风机行业面前最大的节能课题，这方面的节能潜力比提高泵与风机本身效率的潜力大许多倍。我们必须重视泵与风机的选型工作，提高泵与风机技术，并使之规范化。2.3 泵与风机运行的节能途径 节能的泵与风机系统是实现运行节能的不可缺少的必要条件，但不能说已经建立的泵与风机节能系统就能实现泵与风机的运行节能。这是因为泵与风机在实际工作中，由于工艺流程的变化或者其本身就是为调节工艺参数而设置的，泵与风机就要适时进行调节，对于经常改变工艺的泵与风机系统，在调节中要注意能量回收或减少能量消耗，尽量不用节流调节方式。建议采用调速以及分流的方法，使泵与风机和电机仍处于高效工况下工作。对于哪些处于恒定工况或基本不变工况运行的泵与风机，只要选择合理的泵与风机系统，即可实现运行节能。3 泵与风机的节能措施3.1 提高泵与风机自身效率3.1.1 提高泵与风机的水力效率 影响泵与风机效率最主要的因素是水力损失，因此，提高泵与风机的效率，应着重提高泵与风机的水力效率，通常采用以下一些措施： 泵与风机昼在额定工况下工作。 装配多级泵时叶轮出口中心与导叶进口中心要对正。 防止叶轮流道或壳体、导叶流道锈蚀。输送清洁介质。 输送清洁介质。 合理设计过流部件的几何形状。3.1.2 提高泵与风机的容积效率 为了减少容积损失，提高容积效率，在实际工作中一般采用下列措施： 在进口处装密封环（承磨环或口环）。 密封环间隙要适当，磨损量超过标准后及时修补更新。 轴封处防止漏损过大。 平衡盘的轴向间隙过大后及时调整更换。3.1.3 提高泵与风机的机械 提高泵与风机的机械效率，通常采用以下措施： 减少轴承磨损，及时加注润滑油，及时更换不合适的轴承，及时校正泵轴。 减少轴封摩擦损失，填料松紧适当，液封流道畅通，昼采用机械密封。 减少叶轮盖板、壳体内壁的表面粗糙度。 叶轮圆盘摩擦损失功率还与叶轮、壳体间的间隙大小有关。对一般离心泵来说，在B/D2=2%5%范围内时，叶轮圆满盘摩擦损失量是比较小的。 输送清洁介质，防止叶轮锈蚀，也可减少圆盘摩擦损失。 若结构设计合理，叶轮圆盘损失可以回收一部分，相应机械效率将有所提高。开式泵腔能回收一部分能量，帮采用工式泵腔的效率较闭式泵腔略有提高。3.2 合理地选择泵与风机 泵与风机的选型合理与否，直接影响到节能问题。如果选型合理，这样泵与风机运行工况点会经常保持在高效区，这对节约能源是有利的。如果选型不当，没有余量，那将不能满足工艺要求，余量过大，那将千百万运行效率降低，从而浪费能源。 泵与风机选择的总原则是能使设备在系统中安全、经济的运行。选择的内容主要有确定泵与风机的型式、台数、规格、转速以及与之配套的原动机功率等。选择的具体原则如下： 所选的泵与风机在满足工作中所需要的最大的流量和最大扬程的基础上，要使所选用的泵与风机的正常运行工况点尽可能靠近它的设计工况点，从而使泵与风机能在其高效区内运行。 力求选择结构简单、体积小、重量轻的泵或风机。为此，应在允许的条件下，尽量选择高转速的泵或风机。 力求运行时安全可靠。对水泵来说，首先应考虑设备的抗汽蚀性能，要保证运转稳定，应尽量选用性能曲线没有“驼峰”的泵或风机，如果选用了性能曲线具有“驼峰”的泵或风机，则运行工况点应牌驼峰区的右边，而且压能应低于零流量下的压能，以利投入同类设备并联运行。 对于有特殊要求的泵或风机，还应昼满足其要求，如安装位置受限时应考虑选择体积小的泵或风机，进出口管路要能配合等。3.3 调节可动叶叶片 随着大容量机组的发展，轴流式泵与风机使用日益广泛，锅炉容量增大，烟、风量应增加，但所需风压差并不要求相应增加，这种情况下采用思流式风机比采用离心式风机有利。 轴流式泵与风机中应用最广的是可动叶片调节。它的叶片安装角可以随着不同的工况而改变，这就使得可动叶片的轴流式泵与风机在低负荷时的效率大大高于离心式泵与风机的效率。轴流式泵与风机的轮毂较大，便于装设可动叶片的转运机构。当可动叶片安装角改变时，泵与风机性能亦随之改变。当叶片安装角度增大时，流量、扬程、功率都增大；减小安装角时，流量、扬程、功率都减小。改变叶片安装角时效率曲线也发生相应变化，但在较大流量范围内保持在较高效率的范围内，而且避免了节流损失，所以这种调节方式经济性高，当然，叶片安装角改变时，效率曲线的最高点会有所变化，因而不同的安装角，效率是有差异的。 目前，大型轴流式泵现风机几乎都采用可动叶片调节，如我国300MW机组配套用的0.7-11-NO23型及0.7-11- NO29型的轴流式送、引风机，50-ZLQ-50型轴流式循环水泵采用可动叶片调节。3.4 切割或加长泵与风机的叶轮 每台泵与风机在设计工况及其附近工作时，具有较高的效率，但机组额定出力变化或管道阻力变化时，常使泵与风机的容量过大或过小。容量过大，将引起调节时带来损失的问题，容量过小，不能满足使用上的需要。为此，某电厂的一台一次风机，耗电量在，经试验发现是风机出力太大，则将叶轮走私由原来的1900mm割成1800mm，风机耗电量降低成本16KW，效率提高4%，全年可节电110103 kWh。 切割叶轮外径将使泵与风机的流量、扬程、功率降低；接长叶轮外径则使流量、扬程、功率增加。 叶轮外径改变后，与原叶轮在几何形状上并不相似，但当改变量不大时，可近似地认为叶片切割前后出口角不变，流动状态近乎相似，因而可以借用相似定律对切割前后的参数进行计算。 叶轮外径的改变对流量、扬程、功率的影响程度对于低比转数和中、高比转数的泵与风机是不同的。 对低比转数的泵与风机来说，叶轮外径稍有变化，其出口宽度变化不大，甚至可认为没有什么变化。对中、高比数的泵与风机来说，当切割与接长叶轮外径时，转速不变，叶转出口宽度变化稍大，而且出口宽度往往和直径成反比。 另外，叶轮外径的改变可以改变泵与风机的性能，因此，常用切割的办法来改变泵与风机的使用范围。但叶轮外径的切割或接长应民效率不致降低太多为原则。叶轮切割与加长方式及其注意事项： 对于水泵，切割的办法是把叶轮拆下来切割，不同的泵应采用不同的切割方式，如图1所示。 对于低比转数ns60的多级泵，叶轮出口和导叶连接，在这种情况下，为了能够保持叶轮外径与地叶之间的间隙不变，对水流的引导作用比较好，切割时一般只切割叶片而仍保留前后盖板。但是，若不同时切小前后盖板，双将使圆盘摩擦损失的比重增大，导致效率下降较多，因而在切割ns140的离心泵时，也有将叶片和前后盖板同时切去的。对高比转数高心泵，则应当把前后盖板切成不同的直径，使流动更加平衡。 对于风机，如果叶轮直径切割量在7%的范围内，一般2Y及近似不变。在切割的计算上与风机实际性能有一字误差，因此，很难精确确定Q及H的性能。一般来说，切割量量愈大，误差值愈大。为了使切割叶片尽可能符合实际，应当分次切割，逐渐达到所需的外径尺寸。切割可利用样板画线，一般前后盘不切割，切割后要注意转子平衡情况，必要时要对转子校平衡。叶片接长一般维持原方向，保持出口角2Y不变，接长量在5%以内，一般一次进行，以免影响叶轮强度。叶片接长后，要核算风机轴功率，以免电动机超负荷。叶片切割后，风机隔舌可保持不变，如图2所示，叶片未接长前，隔舌为虚线，放大后隔舌为实线。3.5 调节泵与风机的电机转速 由于火电机组调峰力度大，负荷变化范围很大，必须实时调节泵与风机的流量，目前调节流量的方式多为节流阀调节，由于这种调节方式仅仅是改变了通道的通流阻抗，而时机的输出功率并没有太多的改变，所以浪费了大量的能源。由液体力学知道，流量Q与转速N的一次方成正比，扬程（压头）H与转速N的平方成正比，轴功率与转速N三次方成正比。当流量减少，泵、风机转速下降时，其功率降低很多。譬如流量下降到80%时，则轴功率将下降到额定功率的51%；如果流量下降到50%，功率可下降到额定功率的13%。所以，通过降低转速以减少流量来达到节流目的时，所水泵的功率将降低很多。由于我国在电力设计规程上的种种原因，给水泵、引风机、送风机等以及其配套的大电机都存在着“大马拉小车”的现象，所以泵与风机调速运行，即使在满负荷时仍能带来巨大经济效益。4 结束语 从上面分析可知，泵与风机节能是一个大的系统工程。作为泵与风机的管理者