進入數字化泵閥時代

文/Hans-Jürgen Bittermann

2019年第17屆泵技術論壇紀要——第17屆泵技術論壇中，與會者探討了許多來自泵技術領域中數字模擬技術的話題。當我們認真處理了大量泵閥數據時，就有機會成為泵閥設備數字化的專家。

許多新技術和產品在第17 屆泵技術論壇中亮相

泵的制造商和使用者都在進行不斷創新，他們使用了仿真模擬技術和人工智能技術，但在使用過程中都會遇到一些的問題。在第17 屆泵技術論壇中，常常聽到有經驗的操作者會質疑仿真技術和人工智能，并試圖驗證這些質疑。本屆論壇的主持人Erlangen-Nürnberg大學的教授Eberhard Schlücker 博士也這么認為，他以“工業4.0 正在淘汰落后的企業，我可不想被淘汰”為主題，展開了其關于數字化技術的演講。

在許多領域，工業4.0 還沒有實質性的落地。但由于流程技術必須應對許多不同的邊界條件，滿足不同的挑戰和要求，因此也很容易受到影響。因此，流程設備的操作者和使用者必須具有很高水平的操作和控制能力，智能化的流程設備也必須具有這樣的能力。這就意味著我們必須能夠“聽懂”機械設備的語言，也就是知道流程設備的振動和發出的聲音所隱藏的信息。

在聽懂這些機器語言的基礎上，才能找出解決問題的正確辦法，重新安排整個流程設備的工作運行。“重要的是能聽懂這種語言，將它們發出的信息變成有用的操作指令，并將其與相鄰元器件、系統的信號一起轉化為表示工作狀態的信號，再轉化為趨勢預測和能源利用率的說明信號，最終成為能夠為上一級主控系統和操作者使用的信息。”Schlücker先生說道。

2019年NAMUR 大會的重點話題是連通性，尤其是指現場總線設備、控制系統和云技術之間的聯網。在介紹到當前研發情況時，與會者重點討論了如何使用NAMUR 開放式架構系統（第二條通道）將現場儀器設備的數據提取、補充添加到云應用的過程控制文件中，以便在過程優化的任務中得到應用。簡而言之，網絡在數字轉型過程中必不可少，這也是智能化和連通性是對泵提出的最重要要求的原因。

Distence 公司的Torsten Naubert先生展示了分布式智能在狀態監控中的優勢。這使得邊緣計算減少了需要傳輸的基本數據的數據量，并可以利用云技術基礎的集中評估系統對工業設備實施強大的、不間斷的在線監控。它能夠當作非常高效的早期預警系統使用。

此外，Acoem 公司的Markus Scholten 先生介紹了利用在線自動診斷技術對泵的振動進行監控、維護保養的方法。考慮到成本費用因素，他建議采用無線的振動監控技術。但如何處理振動監控采集到的數據呢？Acoem 公司是用AccuRex 自動診斷系統和人工智能AI 技術來診斷泵振動的，置信度指示器對診斷系統給出了很高的檢測可靠性。

泵的數字雙胞胎

模擬泵的流量情況是人們非常熟悉的一項工作。但是，泵內部的復雜流動情況很難捕捉。Ianus 模擬技術公司的Tobias Herken 先生在展示泵的數字雙胞胎時說道：“我們在功能強大的硬件設備上，使用了現代化的高效算法語言，并實現了高效的泵優化改進。”這一切已經擁有了成功的案例，Ianus 公司已經贏得了以Habermann Aurum 公司為例的泵領域客戶。

在談到價格費用時，Tobias Herken 先生估計標準離心泵的數字孿生兄弟的成本費用大約1萬歐元，從使用性的角度來看，這一成本費用是可以接受的。

高效利用CO2

大家都知道CO2對氣候環境有害，但Lewa 公司的Hans-Joachim Johl 博士卻在自己的演講中表示CO2可以作為超臨界流體的好處。Lewa 公司研發生產的衛生型高壓隔膜泵能夠滿足超臨界流體輸送的基本要求，并可以同時滿足雙PTFE 隔膜、美國FDA要求以及很低的維護保養要求和很長的使用壽命。

鋼鐵和陶瓷材料

作為生產、制造泵的材料，耐腐蝕鋼的耐磨性能和抗振動性能都很低。Bodycote 公司的Alexandra Friedrich 先生介紹說，利用科爾斯特林技術（Kolsterisieren，一種熱處理溫度＜500℃的表面熱處理技術）和S3P 技術，廠商可以在不損失耐腐蝕性能的同時提高鋼的耐磨性。

經過這種熱處理之后，高濃度的碳或氮被擴散到耐腐蝕鋼表面，從而改變了耐腐蝕鋼表面的性質。研究表明，在腐蝕性載荷作用下，抗振動性能有了明顯改善，磨損率降低了10 倍。最重要的是經過這種熱處理方法處理后，所有鋼制零件的尺寸和形狀都可以保持不變。

Habermann Aurum 公司的Thomas Sch?fer 先生在他的報告《可以減少磨損，但不能避免磨損》中介紹了Slurry 泥漿泵的情況。其中的一條重要信息是，工作點的位置決定了泵的使用壽命，在最佳工作點工作運行的泵最耐磨。他給出的建議是大直徑的葉輪和低轉速能夠將磨損減少到最低程度。

塑料制成的化工泵

有極少數企業在輸送磨蝕性或高濃度的化工介質需要使用塑料材料制作的泵。Stübbe 公司Steffen Jürgen 先生通過一個實際例子清楚地介紹了塑料葉片泵是如何成為許多傳統泵系統的最佳替代解決方案的。當泵輸送的液體介質中含有固體成分并對泵有很高的耐磨性能要求時，此時塑料泵是最佳的替代解決方案。

例如Venator 公司利用硫酸鹽工藝技術生產TiO2顏料。在硫酸鹽法工藝技術中要用到像CO2礦石和鈦渣等原材料，并使它們與濃硫酸產生化學反應，生產出TiO2顏料。這一工藝技術產生的有用副產品是高腐蝕性的硫酸亞鐵。Stübbe 公司研發生產的X 級塑料泵能夠明顯地延長泵的使用壽命，并選擇了合適的葉輪直徑和壓力管直徑，使得塑料泵的使用壽命增加了2 倍。

正如Andritz 公司的Uwe Schmidt 先生在論壇中所介紹的那樣，像Archimedes 螺桿泵這樣的老式設計也有很大的改進提高空間。例如使用了名為Robalon 的PE 材料可以使泵具有更好的經濟性，它在污水處理廠的應用中將效率提高15%，節能30%，并將重量減輕60%。

陶瓷隔離殼的利用

帶電磁離合器的泵需要一個具有高機械強度、良好耐酸性、耐堿性和耐高溫性能的隔離殼。Kyocera 公司的Sandy H?nsler 先生介紹說，高級工業陶瓷Frialit FZM 材料制成的隔離外殼為超常規的高要求提供了最合適的材料。令人印象深刻的陶瓷隔離殼銷售數字也證明了這一點，在過去的十年時間里，這種陶瓷隔離外殼的銷售量從600個增到了1200個。

“合理地安裝好水泵，能省去使用任何傳感器的成本。”拜耳公司的泵技術顧問Manfred Thamm 先生說道，他還介紹了液體介質與松散物料輸送之間的差異

實際案例充分證明了陶瓷隔離殼的耐磨性。在使用2年之后，有好幾臺泵都被送到維修廠進行檢修，檢修時發現唯獨隔離殼沒有磨損。這些泵輸送的是溫度高達110℃的熱油，熱油中漂白土的含量為5%左右。所有與被輸送介質相互接觸的零部件、泵體內部的循環通道和狹縫，或多或少都有一些液體介質流動而引起的摩擦痕跡或者磨損。但在陶瓷隔離殼上沒有發現磨損的跡象，它們都可以重新安裝到維修過的泵中繼續使用。

論壇討論表明，有些用戶和操作者在陶瓷隔離殼的使用方面有著成功的經驗，反之，有些則非常糟糕，陶瓷隔離殼的主要優點是耐高溫和沒有渦流。

PSG/Mouvex 公司的Rundolf Voland 先生介紹說，沒有軸密封的泵設計方案是由柱塞和柱塞缸2 個元件組成的。它所采用的密封件不同于傳統的密封件，都是由不銹鋼制成的波紋管。這種泵的特殊設計方式使它非常適合于在Atex 易燃易爆環境中或者空轉的情況下使用。它能夠有效地排出泵和管道系統內的殘留物質，具有吸入空氣、壓縮空氣，并將壓縮空氣從壓力管道噴出的能力。即使在壓力損失較大的情況下，也能夠很好地將殘留在泵內、管道中的液體介質和液滴清除出去。這就可以在管道清洗之前很好地回收液體產品，節約了生產成本，因此適用于許多工業生產場合。

結語

過去，泵的生產制造領域似乎發展遲緩，而如今的情況則完全不同。數字化和工業4.0 使泵變得越來越受人關注，正如2019年的泵技術論壇中所展示的那樣，模擬技術世界的創新讓泵技術綻放新的活力。