泵技術概述

一、 概述

一直以來，泵的功率損失和泵的維護是纏繞用戶的兩大主要問題。功率損失致使成本增加，運行中泵的維護始終是用戶頭痛的難題。毫無疑問，圍繞提高泵效率和減低泵維護成本這兩個領域的技術變革成為了推動泵技術發展的動力。本文通過對近期泵技術發展的分析，揭示了提高泵效率的技術特點，變頻驅動、智能泵、泵系統得以廣泛使用的原因；介紹了應用電子元件的作用和歐美為泵標準統一付出的努力。

二、 提高泵效率技術的發展

1995年，歐泵，歐洲泵制造行業協會建立了一個節能項目，開始致力于節能研究。與此同時，美國水力學會（HI），美國泵工業貿易協會協助美國能源部準備制作關于泵及泵系統節能的錄像片。

以后，HI組建了泵產品的壽命周期成本（LCC）委員會，旨在對泵用戶、制造商和工程師們宣傳泵及泵系統的壽命周期成本理念。對于大部分泵，LCC中最重要的一個因素是功率損失，因此，LCC的研究被擬訂為是與歐泵的節能兼容的項目。

以次為背景，全世界的泵制造商重新致力于在設計上提高泵效率，在運行中降低泵功率損失的研究開發。值得注意的是泵已經是成熟的產品了，所以，單純提高泵效率的可能性很小。但是，改進泵的效率損失這個領域的研究是非常有前途的。一些制造商使用美國航天上的非金屬材料或碳來封堵泵運行中的間隙，從而改進了泵的效率。例如泵葉輪和泵殼內圈的間隙，中間襯套之間的間隙等。

一些國家也在悄悄地進行研究，并試圖改善泵內流道表面的質量。殼體表面越光滑，水阻力就越小。從而提高泵的效率。

復合材料和許多金屬相媲美，它可以機加工，制成平滑的表面。葉輪的葉片被加工成不同的幾何形狀并被組裝到葉輪上。于是，設計工程人員可以不必顧及泵殼表面的粗糙度，型心移位或其他的鑄造問題。復合材料完全可以替代銅錫合金（青銅）和316不銹鋼材料用于鹽水或腐蝕性流體中。但在無磨損，無腐蝕性流體中，比如凈水，復合材料還是不具有和鑄鋼材料競爭的優勢。

三、 變頻驅動

在大部分國家，變頻驅動（VFD）被更多的用于要求精確的流量控制，變速或長時間運行的大型泵，功率損失高的場合。

1． 應用領域

（1）商業建筑業 在空調系統中匹配VFD用于高層建筑中冷卻水的閉環泵水。

（2）管道工業 為了節省泵管道工業中的能源，許多國家使用了VFD。在管道工業中要使用大量的大型泵（功率可達10000制動馬力），所以，VFD的用量也非常的大。

（3）離心泵 離心泵采用活動軸設計，這會造成第一臨界速度高于最大工作速度；也會造成減小的VFD的輸出速度接近泵的其他臨界速度。但有時會產生不確定的振動問題，不過，問題找出就會得到解決。

（4）另外，在電業、食品加工、水和污水處理工業中使用大量的VFD；制藥、化學和煉油工業中使用小量的VFD。泵雖然不是這些領域的核心設備，但起著至關重要的作用。這些工業中用的小型泵多于大型泵，他們可以使用調節閥控制流量而不使用可變速的節能小型泵。

2． 主要特點

（1）節能 在水處理和污水處理工業中使用了大量的VFD，當泵系統要改變流量輸出時，使用VFD比關閉和起動單獨的泵改變流量輸出節省能量。

（2）簡便 當流量有微小變量時，使用單泵關閉和起動方法需要大量的泵，而使用變速泵方法只需要一定數量的泵，并且避免了泵被關閉時產生的水擊現象。

（3）特殊功能 在食品加工中使用VFD可以實現多種流體的參和或過程控制。在電業工業中，使用VFD調節鍋爐給水泵的速度。載荷減小，蒸汽隨之減小，電動機或主渦輪發電機軸的驅動可利用VFD調節鍋爐給水泵的速度匹配系統的需要和節能的要求。有時，分離出的蒸汽渦輪被用于驅動鍋爐給水泵和改變泵的速度和流量輸出。

3． 其他特點

VFD可以替代流量控制閥和監測儀表實現精確的流量控制。VFD控制泵速度的變化從而實現泵輸出壓力或輸出流量的控制。

VFD可以使泵平穩起動，避免了泵在開始全速起動時，流量突然增加，造成水擊現象。同時，減小流體的沖擊和機械壓力，減低了系統疲勞程度，節省了電動機的成本，增加了泵的壽命。

4．新發展

近幾年，VFD在動力傳動系統中作為部件用于容積泵的控制變得非常普遍。它的功能相當于一個過程控制器控制容積泵的輸出。

四、 智能泵

智能泵是一種新產品，它的概念也因人而異，我們講的智能泵是指利用儀表檢測設備反饋現場信號到智能泵分析系統，經過分析、判斷，分析系統給出泵是何時和如何產生故障的。

因為監測設備和泵的運行息息相關，所以對泵的用戶來說監測設備變得至關重要。泵的管理者需要知道在給定的泵運行的方式下的平均故障間隔時間（MTBF）是什么，以便安排出大修間隔時間（MTBO），及時修理、更換磨損和用壞的零件。

HI已經撰述了相關文獻，列出了可以監控離心泵的14種方式。它們是動力、溫度、腐蝕狀態、泄漏檢測、壓力、振動、潤滑分析、軸況、安裝前的水壓測試和設計審核。每種方式有效的監控都可以防止和檢測泵故障。

由于檢測設備和智能泵分析設備非常昂貴，所以智能泵的整體發展緩慢。一般，在特大型泵和非常重要的流程中才使用監測設備。

世界上有幾家泵制造商提供智能泵設備，用于電業中的鍋爐給水泵控制。沒有鍋爐給水泵就不會有蒸汽循環。例如，一個有500MW，2400PSI的電廠需要用兩個12000馬力的給水泵。對泵的運行情況進行監測是非常重要的。

管道工業一樣需要智能泵設備控制特大型泵和非常重要的流程。脫碳和除垢用泵和多級泵的供應商因為同樣的原因給煉油廠配備智能泵。

現有的智能泵系統可以幫助用戶延長泵故障間隔時間，故障分析可以幫助判斷維護的成本。當然，隨著智能泵越來越廣泛的使用，其價格也會下降。

五、 電子應用

近幾年來，電子技術在科技發展和變革中起到了關鍵的作用。在泵和泵系統中，電子技術正得到越來越廣泛的使用。泵的檢測和泵的診斷系統及兩者之間的通訊都需要電子技術。沒有電子元件，使用變頻驅動泵配合系統設備或節能根本無法實現。

高壓泵的潤滑系統是一個非常復雜的系統，使用各種各樣的電子設備才能完成準確的操作。

鍋爐給水泵在起動之前需要預熱，熱流均衡的流過，泵的轉子才能正常轉動。電子元件被用于控制系統，確保大型泵的安全運行。

配比泵和計量泵應用電子技術完成流體的參合過程，達到用戶期望的結果。比如在飲用水種參入氯氣，配比泵和計量泵不是完全獨立工作，它們需要電子元件，沒有電子元件，整個系統是無法完成工作的。

總之，泵工業對電子的依賴日趨嚴重。泵的制造商需要有能力獨立制造出完整的泵系統，而每一個子系統均需要電子元件。

六、 泵系統

在中東、遠東部分地區、非洲和拉丁美洲，做水處理和污水處理工程需要泵制造商能制造一個完整的泵包。這包括管道、閥門、啟動和測量設備。有些地區，比如委內瑞拉，甚至要求泵的供應商做建筑和市政設施工作。

世界上的泵用戶希望泵的供應商完成所有的子系統，保證泵系統的安全，平穩運行。子系統包括監測系統，變速控制，流量或程序控制，預熱系統，潤滑控制等。世界的趨勢是用戶更希望購買整個的泵系統而不是單單的一個泵。

用戶購買泵系統的目的是出于希望泵供應商對系統及泵付完全的責任的要求。用戶希望泵的供應商對泵的各個子系統進行保修或維修，對泵的正個系統承擔責任而不只只是一個泵。

在一些發展中國家，缺少組裝系統和測試系統的工程技術人員，所以泵的供應商必須派自己的技術人員進行現場操作，這也是泵系統發展的原因。

現在，供應商可以提供監測儀器，診斷設備，電子控制，預熱控制和潤滑控制系統等子系統。這些子系統不但要泵制造商擔保，而且要他們自己設計和供應，這樣，用戶在購買時才更加放心。

一旦泵在運行中出現了問題，用戶只找泵的供應商解決問題即可，泵的供應商既然對泵系統完全承擔責任，那由他找出問題并加以解決再合適不過。

七、 泵的標準

歐洲和美國都有影響力廣泛的泵商業協會。各地市場分額大的泵業司成為協會的地方代表。協會內建有出版新標準或修改現有標準的機構。歐洲有國際標準化組織（ISO），美國有美國國家標準化組織（ANSI）和美國標準協會（ASA）。

歐泵和HI達成協議統一泵的標準。1996年2月，兩個組織簽定相互合作協議。協議規定為了有利于雙方的共同利益，兩組織要增進了解和長期合作，維系制造商和協會成員之間的關系，在技術上同泵用戶保持交流，世界范圍內共享泵的統計數據，建立大西洋兩岸間和跨國商業交往。