本文對智能泵進行了概述，重點介紹了其節能性、壽命周期成本、智能化和經濟效益。關鍵詞智能泵節能智能性價比智能泵是具有壹定計算機處理能力，可以部分替代人工智能的泵或泵系統的總稱。隨著科學技術的發展，特別是計算機和信息技術的飛速發展，傳統的泵制造業向節能、智能化和現代化方向發展。應該說泵的設計、制造、運行、維護、選型、銷售都有智能化發展的空間。但目前智能泵最明顯的優勢是節能和自動控制，也正是因為節能，智能泵才被首次提出。首先，泵的節能潛力是壹個能源消耗大戶。據資料顯示，水泵用電量約占全國總用電量的20%，與水泵匹配的電機功率約占全國電機總容量的45%。在石油和化工廠，泵的耗電量更高，分別達到59%和26%。因此，泵的節能是壹件大事。在我國，過去泵運行系統的能量損失很大，離心泵的調節多采用閥門控制和開閉旁路的方法。國外壹項調查數據顯示，20家工廠的1690泵中，平均效率只有40%，10%泵的效率甚至只有10%。以上數字表明，泵行業節能潛力巨大。如果我國所有在役泵的運行效率能提高1%，每年可節電44億kW？h，折合38億元電(上海高峰時段工業用電0.865元/kW？h計算)。泵效率的提高包括兩個方面:壹是泵主機設計效率的提高。因為設計師在設計產品的時候已經盡力提高主機在設計工作點的效率，所以提高1%的效率也是非常困難的。二是提高整個水泵運行系統的效率。有資料顯示，將原來的旁路調節改為變速調節後，整個泵系統的效率可以提高30%甚至更高。因此，智能泵的意義不在於智能泵本身，而在於泵的整個智能泵系統。智能泵的出現使離心泵的調節進入了現代化模式，帶來了全新的管理理念，因此可以說是泵系統工程和管理的壹次革命，也是泵行業發展的必然趨勢。因為離心泵的流量與速度的壹次方成正比，揚程與速度的平方成正比，功率與速度的立方成正比，所以如果將離心泵的旁路調節改為調速，效果會非常明顯。如果流量下降10% ~ 20%，泵的參數壹般如表1所示(不考慮性能曲線的影響)。但實際上，離心泵是受性能曲線影響的。當流量減小時，揚程會增大，因此仍能維持工藝所需的揚程，節能效果會略低於表1中的數值。其他調節方式的節能效果介於兩者之間。表1離心泵變頻控制與旁路控制對比序號控制方式變頻控制旁路控制1流量控制100% 90% 80% 80% ~ 100% 2電機轉速n/(r n/(r/min)29502655236029503變頻頻率f/Hz 50453。10081641005功耗變化(%)1007348100二、全壽命周期成本LCC(LifeCycleCosts)。生命周期成本？，指從產品規劃到產品報廢的全過程所覆蓋的成本。既包括生產者的視角，也包括消費者的視角。但是消費者從生產商那裏購買產品。所以產品成本加產品利潤，再加上消費成本，就成了用戶的全生命周期成本。根據？泵的生命周期成本？據《1》壹書作者介紹，泵的生命周期成本包括四部分:設備初裝費、運行費(即電費)、維護費和其他費用。對於典型的中型泵工業裝置，其四部分的比例如圖1所示。圖1泵的生命周期成本四項基本成本圖1成本比率(工資、價格因素等。)是參照國外標準制定的。圖中設備的初始成本只占總成本的10%。事實上，由於不同的制造商，購買價格可能會有30%的差異，但對於使用壽命超過15年的泵來說，初始設備安裝費往往是其生命周期成本中考慮最少的因素。對於維護成本，經常會有不同的看法。在圖1中，維修費用是指備件費用加上人工費用，通常占全壽命費用的25%~40%。因此，它對泵經濟性的影響比購買泵的初始成本更重要。能耗可以根據性能曲線進行測量或計算，所占比例最大，在圖1中達到45%，在某些統計中甚至高達70%。表2壽命周期成本節約實際案例匯總表。工業部門/應用案例節約法節約成本投資回收期(年)全壽命周期節約成本歐元1建築行業/空調單旁路調節大泵單節流控制大泵3變速調節泵電費47，80070，4002造紙行業/循環水泵安裝兩臺不同工況的循環水泵。電費0.5711.9003化工/凝析油出口泵。壹臺新的小電機電費和維修費0.063.1107，008，6004供水/配水站水泵更換為正常效率的水泵。0005年由於廢水/汙水泵減負荷，三臺大泵1更換為小電費和維護費3.338，1006鋼廠/水循環采取措施提高葉輪表面效率，0.425，8007化工/工藝出口泵電費取消，0.285，7008家用電器/天然水泵輔助冷卻電費和水費取消。0009礦用/改泵電機、高效電機電費1.822、50010電站/冷卻水循環泵、改泵出口水力特性1原蝸殼泵、2可調葉片斜流泵、3可調進口導葉混流泵、電費1.40.4？18、394、00014、518、00011建築/住戶用循環泵更換小泵電費93012建築/辦公用循環泵改造電費10、70013化工/漿體軟管泵增加軟管維護費0.8775436從表2可以看出，泵系統節能改造的重點是運行費(電費)和維護費，以及初投資或改造費。第三，水泵的智能化要在兩個方面下功夫。壹種是希望離心泵的效率曲線比較平坦，在流量變化時，效率變化盡量小。但是這方面的潛力非常有限，所以重點還是在運營和操作上。當外部工藝流程發生變化時，泵的智能系統應能及時接收工藝參數變化的信息，快速進行自動運行並將運行結果反饋給調節閥或變頻器，準確調節所需的閥門開度或電機轉速，完成變工況響應。在所有的調節方式中，變速調節是最節能的。因此，泵的智能系統應該主要包括以下幾個套件:泵主機、變頻電機、變頻器、信號傳感器、控制模塊、可編程控制器等。VFD(VariableFrequencyDrives)又稱變頻調速器，由智能運行的反饋信息控制，將輸入的頻率為50Hz的交流電轉換成相應的頻率為Hz的電流輸出。三相電機變頻範圍為0-60Hz，單相電機變頻範圍為40-70hz。變速電機轉速n=60f(1？s)/P公式中，F變頻後的交流電頻率通常為40 ~ 50hz。若轉差率s=0.007，電機電極對數P=1，則80% ~ 90%流量調節的頻率分別為f=45Hz和40Hz(見表1)。可編程控制器PLC，又稱可編程邏輯控制器，是壹種進行數字操作的電子系統。它使用可編程存儲器在內部執行邏輯運算。它是以計算機為核心的自動控制裝置，用來代替繼電器控制各種機械或生產過程。智能泵的可編程控制器可以控制泵系統的運行、維護管理、氣蝕預防、診斷和報警。ITT高品質泵公司的PumpSmart智能控制器(見圖2)是壹種更先進的集成控制器。控制模塊、編程器等。已經做成了壹個整體，參數也設置好了。壹般來說，用戶不需要自己編程。典型的智能泵系統和監控原理如圖2和圖3所示。其對應的代碼含義是:c？控制臺，CM？控制模塊，d？馬達，p？泵主機，PLC？可編程控制器？信號傳感器，VFD？變頻器。智能泵系統的工作過程如下:當外界(工藝流程)的參數發生變化時(如流量過大導致出口壓力下降時)，通過安裝在入口(或出口)的進出口信號傳感器T將信號傳遞給控制模塊CM。控制模塊由多個集成電路模塊組成，如電源系統模塊CM1、數據采集模塊CM2、驅動控制模塊CM3、信息顯示模塊CM4、輸入輸出模塊CM5等。控制模塊通過操作將結果顯示在信號櫃C(或控制櫃)上，同時向變頻器VFD發出調頻命令。收到調頻指令後，變速電機D開始減速，泵(主機)P的出口流量逐漸減小，使系統達到新的平衡。與控制模塊相連的還有可編程控制器，它可以預先存儲泵的性能曲線、流體密度和控制參數。正常情況下，預存參數不需要調整。當參數發生重大變化時，可以重新編程預先存儲的參數。泵的性能曲線為拋物線，壹般采用其下降段。它是在泵的設計或測試期間獲得的，並且可以用簡單的數學模型按部分編程。四。節能泵的開發和利用任重道遠，是所有泵行業共同努力的結果，所以才有了智能泵這樣的重大突破。國內外很多公司在這方面做了大量的工作。例如，ITT高品質泵公司較早地向中國介紹和展示了智能泵的壹系列產品，並提出了全壽命周期成本的概念，大大提高了泵系統運行的效率。石家莊億奧科技發展有限公司率先研發？水泵變頻調速的節電計算及系統設計？解決了節電的定量計算問題。許多個人也為節能泵的發展做出了貢獻，如大連的李東貴，是誰發明的？工業過程智能泵？專利(國內專利號ZL 01211714.5，國際公開號WO02/66835AI)。智能泵的快速發展也依賴於變頻技術的發展，所以也可以說智能泵是工業控制自動化在泵行業成功應用的壹個範例。目前已經有很多不同技術領域的文章介紹了工業中泵和變頻控制的例子。智能泵的應用是壹個系統工程，涉及用戶應用的多個行業。這個系統工程考慮的不僅僅是技術，還有經濟效益和社會效益。現在，智能泵的技術問題應該說沒有了吧？瓶頸？前不久，在PSC2005第六屆中國國際流體機械及通用設備展覽會上，ITT高質泵公司展出了復合型智能泵演示系統，向觀眾充分展示了ITT智能泵的先進性和可靠性。用戶需要考慮的是投入產出比，即由於采用智能泵而增加的投資需要幾年才能收回。作者認為，科學的考慮是，新廠接受全壽命周期成本LCC的思維模式，老廠回收期不到2~3年。另壹個需要重點考慮的問題是社會效益，這實際上是壹個國家能源政策問題。據報道，2003年，中國的國內生產總值占世界的3.8%，但消耗的全球能源卻占11%。中國單位GDP能耗是美國的4.3倍，德國和法國的7.7倍，日本的11.5倍。中國能源專家呼籲？中國經濟運行仍然是高投入高消耗的粗放型經濟增長方式，帶來了資源枯竭、環境汙染等諸多問題，已經不可持續？。因此，在泵行業巨大的能源管理空間中，深挖節能潛力，普及節能系統(智能泵)的應用，不僅是企業的經濟利益，也是公民對國家的壹份責任。(摘自《通用機械》2005年第9期)作者:陳楚成，國家化工裝備設計技術中心站；天華化工機械及自動化研究設計院陳宗花參考1？pumpingsystems？，europampandhydraulicininstitute，2001
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