淺談轉動機械設備節能技術及其應用

摘 要：轉動機械設備節能是通過動力源運行調節方式和動力，管路系統的檢修最終實現的。可以從減少容積，機械漏流損失等方面來做節能改進。高強度、輕材料、小葉輪、高轉速等將會成為轉動機械設備節能技術的發展方向。風機和泵類設備是最具有代表性的轉動機械。此外，節能必須要以安全為基礎，從而提高系統整體的經濟性能。

關鍵字：轉動機械節能；技術；泵與風機

中圖分類號： TD40 文獻標識碼：A

泵與風機在國民經濟各個部門及行業數量眾多，分布面極其廣泛，耗電量巨大。特別是在火力發電廠中，其用電占發電量的5%以上，基本上都是由水泵、循環泵、凝結泵、發電機、送風機、吸風機等維持發電機的轉動機械電機消耗，因此，在節能、環保、降耗要求越來越嚴格的今天，采用和大力發展泵與風機節能新技術是大勢所趨。

一、水泵與風機等轉動機械設備節能的途徑

1改進運行調節方式

轉動機械設備節能是動力源通過動力轉動設備和運行調節方式，管路系統檢修實現的。動力源運行調節方式的潛力要遠遠大于檢修手段，效果非常的突出，但是投資很大，檢修手段投資很少，方法簡單，但是人們都不會引起重視；在動力源運行調節方式以及檢修的過程中，選型、設計、改進以及檢修是實現節能的最基礎條件。動力源調節節能在運行過程中是通過調節手段來完成的。而檢修手段則是在檢修過程中進行的。調節方式是轉動設備節能的重要途徑，潛力非常大，長遠效益最好，但是初期的投資比較大。調節方式的途徑有很多種，需要根據設備容量、機組、價格及經濟性對比等諸多因素統籌考慮，合理的進行論證。

葉片式泵與風機的調節方式分為變速調節和非變速調節。變速調節主要是動力源調節方式，在運行系統的選型設計方面提高經濟性，最終達到節能的目的。非變速調節又分為分流調節、節流調節、離心和軸流式風機的前導葉調節、軸流式與混流式泵與風機的動葉調節、離心泵的氣蝕調節、改變泵與風機的運行臺數調節等等。目前，國內多數都采用的是分流調節和節流調節，沒有改變雙速電機的循環泵，采取的是改變運行臺數的調節。此外，送機泵、吸風機大多采取的是改變動葉角度來進行調節。

2變速調節

目前，國內轉動機械具有典型的變速調節分為：定速電動機的變速交流調節、小汽輪機和電動機的變速調節，蒸汽汽輪機等其他原動機的變速調節。定速電動機的變速調節可以分為：油膜轉差離合器的變速調節、液力偶合器的變速調節，電磁轉差離合器的變速調節。例如：電動給水泵、鍋爐排污泵采取的都是液力偶合器的變速調節。交流電動機的變速調節是高效變速調節。交流電動機的變速調節又分為：調壓調速、繞線式異動電動機轉子串電阻調速、鼠籠式異動電動機的變頻調速、無換向器電動機調速、繞線式異動電動機轉子串級調速。國內近年來采用的都是采用變頻的凝結水泵控制系統。其中繞線式異動電動機轉子串級調速還可以分為：電機的串級、機械的串級、晶閘管的串級。

二、轉動機械設備能耗損失種類及影響因素

轉動機械設備按其性能可以分為：機械損失、容積損失、流體損失、其中泵與風機的機械損失、容積損失、流體損失常用相應的機械效率、容積效率、流動效率來表示損失的大小。泵與風機的總效率G定義為泵與風機的輸入功率P與輸出功率Pu之比， 即G=Pu/P。因此，想要提高泵與風機的總效率，只能先提高它們各自的效率。

1機械損失

機械損失包括了軸承的磨擦損失$Pm1、軸封摩擦損失$Pm2、在旋轉時葉輪的兩側蓋板外表面與泵殼體之間流體的圓盤摩擦損失$Pm3、連接原動機連軸器的傳動磨擦損失$Pm4等四個部分。在設計揚程高的低比轉速泵與風機時，應該采用多級的或者適當的增大葉輪葉片的出口安裝B2y， 盡量的避免采用大的葉輪直徑D2最終達到高揚程的目的。圓盤摩擦損失$Pm3與相應流道壁面的粗糙度有很大的關系，通過檢修過程中對葉輪蓋板和泵殼內表面的打磨， 提從而高光潔度來最終達到節能的目的是有效的。例如：對ns小于90的低比轉速泵，若將其鑄鐵的泵殼內壁粗糙表面涂漆后， 效率可以提高到2 ～ 3%；若對泵殼內表面和葉輪蓋板打磨，效率可以提高2～ 3% 。$Pm3還與葉輪外表面與泵腔側面間隙B的大小有關。當B/D2=2～ 6%，圓盤摩擦損失$Pm4較小。低轉速的轉機有較大的節能潛力；高比轉速的轉機有較小的節能潛力，不需要考慮。

2容積損失

為了提高轉動機能設備的安全性以及可靠性，動靜部件一定要保持一定的間隙。黨葉輪在轉動時，間隙兩側的流體將會形成一定的壓力差，使已經從葉輪獲得能量部分流體不能夠有效地利用，而是通過間隙由高壓側漏到低壓側，從而造成了能量的損失，這種能量損失為容積損失，又稱之為泄露損失或者是能量損失。

3流體損失

流體損失分為沿程阻力損失及局部阻力損失兩種。沿程阻力損失都是由流道壁面的摩擦阻力從而引起的，因此又叫做摩擦阻力損失。局部阻力損失產生的原因非常復雜，主要有：脫流現象、葉輪流道以及葉輪徑等。脫流現象就是指流體力學中說的邊界層的分離現象。

三、轉動機械設備節能技術發展的方向

1輕材料、高強度、高硬度

為了適應我國工業生產水平發展需要，各大型生產企業需要轉動設備的出力越來越大，轉動機械設備的質量與體積是越來越大，由于工作壓力的增大，葉輪級間的損失也越來越大，想要降低損失就必須從轉動機械設備的材料和結構入手。選擇相應的輕質、高強度、高硬度材料，從而達到轉動機械設備的節能目的。

2電變速調節、與多級泵

對于液壓變速泵或者機械來講，由于在變速調節時存在著輸入、輸出的速度差，速度差將會產生大的能量，繼而產生很大的損失，變速調節雖然解決了不同流量下的轉速所達到的節能要求，但并不是最佳調節的方式。綜合投資的情況來看，中小型轉機非常適合變速調節，對于較大型號的轉機采取電變速調節是最有效的調節方式。雖然初期控制系統的投資較大，因為大型轉動機械的功率大，但是節能效果非常可觀。

3選擇合適的調節方式

在保持電動機運行的條件下，來改變電動機的轉速。其特點是在通過變速的情況下，來調節風機和泵的流量，其它的系統管道的阻力不會隨之改變。這種轉變速度接近了最理想的調節，而且也沒有節流損失，調節效率非常高。

上述對泵和風機進行改造調節的方法，在實際生產中應結合具體的情況，進行更全面，更詳細的分析采取何種方式，這樣才會達到更理想的節能效果與技術創新。

3高轉速、小葉輪

高轉速、小葉輪這是提高轉機功率的必然要求，轉速很高，要求動靜間隙小，不然泵的漏流損失會增加，所以必須向動靜間隙小、轉速非常快的多及泵發展。大型電廠中給水泵80CHTA/、4FK和50CHTA/6型就是高效性的水泵實例。

結語

目前，我國轉動機械設備節能技術雖有很多不足之處，但正在努力的加以改近和完善提高，以達到更強、更快的發展。隨著科技的不斷進步，廣大科研工作者的不斷努力探索，我們有理由相信該項工作能夠做的更加出色。只要堅持努力開拓，不斷地提高技術水平，一定能夠帶來巨大的經濟效益。

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