提高泵送系统能源效率方法
作者：泵 来源：离心泵 发布时间：2024-10-22
泵送系统是能源密集型设备，其能耗占电动机能耗的近 25%，占一些工业、水和污水处理设施总能耗的20%至60%。虽然泵送要求的系统变化、正常磨损和管道内的积垢会导致效率随时间推移而降低，但为特定应用选择合适的泵时，通常会忽略初始成本之外的因素，从而导致长期问题和高于所需的电力成本。
1. 使用变速驱动器 (VSD)
变速驱动装置可通过改变电机的转速，使泵在任何扬程或流量下都能在接近其 BEP 的情况下运行，以满足应用的实际扬程和流量需求，而不是泵所能产生的扬程和流量。
使用 VSD 的主要原因之一是在规划阶段过大的泵上，VSD会减慢电机的转速，从而减少不必要的能源消耗来提高能效。
使用VSD提高能源效率的第二个主要原因是，在不同的时间段或不同的使用工况下泵的工作负载变化相对较大。使用VSD可以节省的能量取决于应用及其要求。
在水和污水行业，它通常可以节省30% 以上的能源使用。当与灌溉泵一起使用时，功耗可以减少75%；当安装在乳制品应用的真空泵上时，可以节省40% 至63%的能源。因此，可以看出，虽然VSD确实是有成本的，但在许多情况下，它们所能节省的成本证明了投资的合理性。
2. 小心泵尺寸过大
当泵不在其佳效率点 （BEP） 的 20% 范围内运行时，通常被认为是尺寸过大，但如果工作点在 BEP 流量的 50%至110% 范围内，则通常被认为是可以接受的。
这个范围允许一定的误差，以防实际阻力曲线被高估。泵过大的原因有很多，其中一个原因是在规划和设计阶段的早期，使用管道和配件损失的估计值来确定泵的尺寸（大小）。
由于需要对设备需求进行估算，而且已发表的文献中可能存在不同的流动阻力系数或配件损失参考值，因此在指定泵时可能会出现一定程度的误差。
泵尺寸过大的另一个原因是考虑到系统设计可能会在几年后进行扩容，而在当前条件下尺寸正确的泵将无法满足未来可能出现的额外需求。有时会增加一个 "安全裕量"，并采购和安装更大的泵，以满足未来系统扩容的需要。
还有一些其它原因也可能导致尺寸过大，其中包括：
- 急需一台泵，但尺寸合适的泵缺货
- 由于预算限制，从备件库存中选择了一台泵
- 在多泵系统中购买了一台尺寸不合适新泵来替换现有泵
- 考虑到管道内部预计会有腐蚀产物积聚，从而增加泵的总扬程要求，因此泵的尺寸过大
- 为了抵消磨损的影响，增加了一个不恰当的 "安全系数"，以提高泵的流量和扬程
然而，无论过大的原因是什么，它都会产生连锁效应，因为更高的流量和压力要求电机提供更大的功率，这可能会导致不必要的能源消耗。
使用尺寸过大泵的情况并不少见，因为工程师通常会根据实际应用的需要来指定泵的安全裕量。例如，众所周知，旋转动力泵（如离心泵）通常尺寸过大 20% 至 30%。虽然如前所述，一些过大的尺寸可以很好地弥补设计过程中的不确定性，但尽可能接近BEP运行的泵将显著提高其能源效率并减少能源使用。
可以通过多种方式确定泵是否过大，其中包括：
- 如果需要通过节流来满足系统性能要求
- 具有较高的旁通流量
- 运行流量与泵的 BEP 流量相差 10% 至 20% 以上
- 流动噪音过大
- 轴承和密封需要经常更换
- 具有间歇性运行，如泵循环系统
3. 切割或者更换叶轮
如果泵的尺寸过大，与其更换整台泵并避免昂贵的操作流程（如节流以提高能源效率），不如切割或更换叶轮，这是降低压力和流量的一种相对经济有效的方法。切割包括对叶轮进行机加工以减小其直径。
然而，切割应限制在泵大叶轮直径的75%左右，而且随着叶轮的切割，叶轮与泵壳体之间的间隙会变大，如果叶轮切割过度，会导致更大的流量再循环（内部回流）并降低泵送效率。
通过切割叶轮，可以降低叶轮出口边的流速，从而减少泵送流体的能量，导致泵的流量和压力降低。因此，在当前叶轮产生过大扬程的应用中，使用较小或经过切割的叶轮可以提高效率。
泵壳体和轴的设计可以容纳各种尺寸的叶轮，许多泵制造商都提供泵性能曲线，说明不同型号的泵在使用不同直径叶轮时的性能。叶轮的切割不应小于曲线所示小直径。
4. 并联泵
对于存在多个不同工作要求的系统中，除了使用VSD之外，还有一种替代方法就是安装多台泵，以灵活地提供所需的流量。
与单台泵相比，安装多台泵为系统提供了更大的运行灵活性、更高的效率，如果一台泵发生故障，系统可以继续运行，并且维护要求也更低。
这种设置的常见配置之一是安装一台小泵来满足低流量运行，而安装大泵来应对大设计流量。这样可以确保所有泵都不需要在远离其BEP的地方运行。
然而，实现这些优势的关键在于选择正确的泵，因为如果没有正确选择并联泵，或者没有以组合方式运行，就会影响可靠性和整体系统效率。
这种现象并不少见，可能会导致一些问题，例如其中一台泵在（出口阀）关闭状态下运行，从而导致过热和故障。为了选择泵组合，应计算每台泵的能效（gmp/kW），然后选择能效高的单泵或泵组合。
5. 控制系统
泵不必要地运行，导致使用的能量超过所需的能量，这种情况并不少见。安装控制系统将使泵送系统能够远程控制，允许根据当时的泵送要求启动和停止泵送系统。
例如，如果多台泵都在运行，但目前的流量只需要一台泵，那么其它泵就可以停止运行，并在以后需要高流量时重新启动其它泵。
6. 泵的磨损和维护
泵磨损是降低能源效率的一个关键领域，其损失范围在10%-25%之间。大多数磨损发生在运行的头几年，并将导致泵的BEP在泵曲线上向左移动。
磨损的迹象包括汽蚀、动/静零部件之间的间隙增加、耐磨环和轴承磨损以及泵轴上的填料调整（对于填料密封）。虽然磨损是不可避免的，但确保进行日常维护将有助于减少磨损造成的效率损失，并减缓磨损过程。这大约可以节省2%-7%的能源。
适当的维护和保养包括更换磨损的叶轮和/或耐磨环、轴承检查及维修、更换轴承润滑油、检查和更换填料或机械密封以及检查泵/电机对中情况。
当泵的运行效率太低，而维护又无法改善时，更换泵是降低长期能源成本选择。除了维护泵之外，清洁和维护管道也会影响系统的能源效率。
7. 优化管道
虽然管道在安装后可以进行优化，但却很难修复，因此在泵送系统的设计阶段就必须花时间从一开始就进行正确的设计，通过避免急弯和管道尺寸的突然变化来确保将压降降低。
应使用低损失的阀门和配件，在选择管道时应平衡管道的初始成本和通过管道泵送流体的成本，例如，大型管道可能更昂贵，但由于摩擦损失较小，泵送成本较低。
通过优化管道，可以限制摩擦压降，进而提高能效，因为泵克服摩擦损失所需的能量减少了。8. 检查电机
就像过大的泵会降低系统的能源效率一样，过大的电机也会导致这种情况。指定使用过大电机的原因有很多，包括考虑到未来可能增加的泵送能力、负载波动或电压不平衡，以及在采购设备时无法获得正确尺寸的电机。
市场上有一些避免电机过大的选择，其中一些正在开发中，它们能够适应短期过载，从而避免选择过大。
还可以安装高效电机，这样可以带来一系列好处，包括节约能源成本、通过改进设计和结构减少故障，以及降低功率因数和效率对电压和负载波动的敏感性。
