泵系统节能新理念引导企业创新发展

传统的节能是指通过提高设备的能效，节约能源成本或成本来减少能源投入。

从事泵设计的工程师们了解到泵的效率和汽蚀余量是泵的两个关键指标，泵的效率直接影响着能耗，而泵的汽蚀余量是对泵的介质能否正常吸入或泵能否正常工作都有很大的影响。对于相同的设备要求，泵的效率越高，在同一时间消耗的能量越少;泵的NPNR值越小，泵的空化性能越好，即泵内发生的空化越少。

然而，对于动力泵的水力设计而言，效率和空化性能难以兼顾，同时设计效率足够高，空化性能相对较差;要达到高的汽蚀性能，往往很难保证泵的效率。

那么，对于节能指标来说，效率最高就是最节能吗?这涉及到泵节能的一个新概念——泵系统节能。

泵系统节能从系统的角度全面衡量和评估节能效果,它不仅需要泵和电机(或其他原动机)有更高的效率,但是也需要系统,包括管道、阀门、逆变器和其他设备有较小的能源消耗和控制组件,还要求泵装置能与系统很好的配合，使泵工作在最佳工作空间。

例如，一个泵系统可能由泵、电机、阀门、管道(包括直管、弯管、减速管、管件等)和变频器(包含在控制柜中)组成。泵系统节能是从系统的角度对节能效果进行综合的衡量和评价，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、变频器为能耗设备，阀门、管道(包括直管、弯头、减速机、管接头等)为能耗阻力元件。

泵全寿命周期成本(LCC)是评价泵节能的重要指标。泵及系统的优化设计是泵节能的关键和前提。在研究泵系统节能之前，首先要研究泵的全寿命周期成本。泵系统的节能是指在泵的额定寿命周期内，泵系统的寿命周期成本最低。

生命周期成本的概念起源于美国军方。发现在1947年,美国军方使用传统的一个最低价格的标准购买或开发武器,在操作和维护和后勤支持成本,往往超过预期的成本很多,其主要原因是阶段武器只关注应该能够在忽略维护阶段评审的成本的情况下达到目标。因此，美军开始重视全寿命周期成本的分析和研究。鉴于全寿命周期成本研究具有良好的应用前景，所以全世界开始对其进行研究。

在世界各地，在节能方面取得成功的国家包括德国、日本、英国和美国。特别是日本和德国在二战后成为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。

从节能的范围来看，从泵系统节能的角度来衡量和评价系统的节能效果，包括泵、电机、变频器等设备以及阀门、管道等阻力部件的能耗或损耗。从泵全寿命周期成本的角度来看，泵全寿命周期成本包括研发成本、生产制造成本、运行维护成本(主要是能耗成本)、维护成本等。产品概念设计、技术设计、样机制造、样机检验测试、产品鉴定等过程中产生的费用属于研发费用。在原材料采购、生产加工、装配调试、出厂试验和包装等过程中产生的生产成本和制造成本。能耗(电泵消耗的电能、柴油泵消耗的燃料油等)和冷却或绝缘介质的费用为维护费用。泵在维修过程中产生的维修费用和备件(易损件)属于维修费用。同样，泵系统节能与泵系统全寿命周期成本的关系是相同的，泵系统全寿命周期成本还包括基础设施成本等。

由此可见，上述泵节能问题关系到泵的能效和汽蚀性能两个主要方面(当然也关系到泵的可靠性、安全性等因素，这里主要讨论这两个主要因素)。泵的效率决定了能源成本的高低。泵的效率越高，泵消耗的能量(电或燃料等)就越少，能源成本就越低。一方面，泵的汽蚀性能影响着施工成本和维护成本。泵的空化余值越小，空化性能越好。在同样的情况下，水泵的安装位置可以高一些，地下室泵房的深度可以小一些，从而无差别的节约了施工成本。一方面,好的泵汽蚀性能的成本不会增加新备件,因为气蚀损坏的叶轮泵的操作的过程中,也不会导致关闭由于振动、噪声和其他错误,导致更多的维护成本。

下面的例子说明了泵的能效和空化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，如果效率η提高3个百分点(3%)，所需的NPSHr降低1.1m，对节能和成本有何影响?此时，效率η=88%， NPSHr=4.5m，假设评估地下室泵房面积为300m2，水泵数量为5台，介质为水。

首先，分析了能效的影响。效率提高后，泵的轴功率降低如下:

1 * 9.81 * (560/3600) * 9.81 * * 28.5/0.85-1 (560/3600) * 28.5/0.88 = 1.74 kW

那么5台泵的年节约能源为:5*1.74*24*365/0.95 = 80223度

年节电:80223*1.0 =80223元=80223元

然后分析了NPSH的变化对工程造价的影响。当泵的必要汽蚀余量减少1m时，泵的几何吸高可增加1m，因此泵室的下沉深度可减少1m。建筑物的基坑可由深基坑改为普通基坑，使基坑的保护成本可节省1500-2000元/m2。其他施工费用可节约1000 ~ 1500元/m2，总造价可节约2500 ~ 3500元/m2，总施工费用可节约75万~ 105万元(按3亿元计算)。

但传统的设计方法是注定不能提高效率和汽蚀性能同时,总是上升和下降,上面两个成本估计将上升和下降,如何平衡这两个需要计算泵的寿命周期成本,生命周期成本最低的原则。

关于效率和空化性能之间的协调是否有更好的想法?本文作者最近访问了长沙中联重科泵工业有限公司,有限公司,该公司开发了开放的双吸泵,泵体和叶轮水力设计避免了一般情况下的效率和汽蚀性能的思路,但追求最大效率的原则,为了达到预期的效果，并在两个吸力叶轮上设置了具有高空化性能的托辊，这种设计理念巧妙地实现了能效与空化性能的和谐统一。该产品通过有效运行得到了市场的认可，并于近期获得了国家知识产权局的专利授权。

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，技术创新是企业可持续发展的源泉，企业只有不断创新，才能提高自身在国际环境中的竞争力。我们相信，在不久的将来，中国泵行业将通过创新和发展赶超国际先进水平。(广东省流体机械技术协会王力)

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