泵技术概述

一、        概述

    一直以来，泵的功率损失和泵的维护是缠绕用户的两大主要问题。功率损失致使成本增加，运行中泵的维护始终是用户头痛的难题。毫无疑问，围绕提高泵效率和减低泵维护成本这两个领域的技术变革成为了推动泵技术发展的动力。本文通过对近期泵技术发展的分析，揭示了提高泵效率的技术特点，变频驱动、智能泵、泵系统得以广泛使用的原因；介绍了应用电子元件的作用和欧美为泵标准统一付出的努力。

二、        提高泵效率技术的发展

1995年，欧泵，欧洲泵制造行业协会建立了一个节能项目，开始致力于节能研究。与此同时，美国水力学会（HI），美国泵工业贸易协会协助美国能源部准备制作关于泵及泵系统节能的录像片。

以后，HI组建了泵产品的寿命周期成本（LCC）委员会，旨在对泵用户、制造商和工程师们宣传泵及泵系统的寿命周期成本理念。对于大部分泵，LCC中最重要的一个因素是功率损失，因此，LCC的研究被拟订为是与欧泵的节能兼容的项目。

以次为背景，全世界的泵制造商重新致力于在设计上提高泵效率，在运行中降低泵功率损失的研究开发。值得注意的是泵已经是成熟的产品了，所以，单纯提高泵效率的可能性很小。但是，改进泵的效率损失这个领域的研究是非常有前途的。一些制造商使用美国航天上的非金属材料或碳来封堵泵运行中的间隙，从而改进了泵的效率。例如泵叶轮和泵壳内圈的间隙，中间衬套之间的间隙等。

一些国家也在悄悄地进行研究，并试图改善泵内流道表面的质量。壳体表面越光滑，水阻力就越小。从而提高泵的效率。

复合材料和许多金属相媲美，它可以机加工，制成平滑的表面。叶轮的叶片被加工成不同的几何形状并被组装到叶轮上。于是，设计工程人员可以不必顾及泵壳表面的粗糙度，型心移位或其他的铸造问题。复合材料完全可以替代铜锡合金（青铜）和316不锈钢材料用于盐水或腐蚀性流体中。但在无磨损，无腐蚀性流体中，比如净水，复合材料还是不具有和铸钢材料竞争的优势。

三、        变频驱动

在大部分国家，变频驱动（VFD）被更多的用于要求精确的流量控制，变速或长时间运行的大型泵，功率损失高的场合。

1． 应用领域

（1）商业建筑业  在空调系统中匹配VFD用于高层建筑中冷却水的闭环泵水。

（2）管道工业  为了节省泵管道工业中的能源，许多国家使用了VFD。在管道工业中要使用大量的大型泵（功率可达10000制动马力），所以，VFD的用量也非常的大。

（3）离心泵  离心泵采用活动轴设计，这会造成第一临界速度高于最大工作速度；也会造成减小的VFD的输出速度接近泵的其他临界速度。但有时会产生不确定的振动问题，不过，问题找出就会得到解决。

（4）另外，在电业、食品加工、水和污水处理工业中使用大量的VFD；制药、化学和炼油工业中使用小量的VFD。泵虽然不是这些领域的核心设备，但起着至关重要的作用。这些工业中用的小型泵多于大型泵，他们可以使用调节阀控制流量而不使用可变速的节能小型泵。

2． 主要特点

（1）节能  在水处理和污水处理工业中使用了大量的VFD，当泵系统要改变流量输出时，使用VFD比关闭和起动单独的泵改变流量输出节省能量。

（2）简便  当流量有微小变量时，使用单泵关闭和起动方法需要大量的泵，而使用变速泵方法只需要一定数量的泵，并且避免了泵被关闭时产生的水击现象。

（3）特殊功能  在食品加工中使用VFD可以实现多种流体的参和或过程控制。在电业工业中，使用VFD调节锅炉给水泵的速度。载荷减小，蒸汽随之减小，电动机或主涡轮发电机轴的驱动可利用VFD调节锅炉给水泵的速度匹配系统的需要和节能的要求。有时，分离出的蒸汽涡轮被用于驱动锅炉给水泵和改变泵的速度和流量输出。

3． 其他特点

VFD可以替代流量控制阀和监测仪表实现精确的流量控制。VFD控制泵速度的变化从而实现泵输出压力或输出流量的控制。

VFD可以使泵平稳起动，避免了泵在开始全速起动时，流量突然增加，造成水击现象。同时，减小流体的冲击和机械压力，减低了系统疲劳程度，节省了电动机的成本，增加了泵的寿命。

4．新发展

近几年，VFD在动力传动系统中作为部件用于容积泵的控制变得非常普遍。它的功能相当于一个过程控制器控制容积泵的输出。

四、           智能泵

智能泵是一种新产品，它的概念也因人而异，我们讲的智能泵是指利用仪表检测设备反馈现场信号到智能泵分析系统，经过分析、判断，分析系统给出泵是何时和如何产生故障的。

因为监测设备和泵的运行息息相关，所以对泵的用户来说监测设备变得至关重要。泵的管理者需要知道在给定的泵运行的方式下的平均故障间隔时间（MTBF）是什么，以便安排出大修间隔时间（MTBO），及时修理、更换磨损和用坏的零件。

HI已经撰述了相关文献，列出了可以监控离心泵的14种方式。它们是动力、温度、腐蚀状态、泄漏检测、压力、振动、润滑分析、轴况、安装前的水压测试和设计审核。每种方式有效的监控都可以防止和检测泵故障。

由于检测设备和智能泵分析设备非常昂贵，所以智能泵的整体发展缓慢。一般，在特大型泵和非常重要的流程中才使用监测设备。

世界上有几家泵制造商提供智能泵设备，用于电业中的锅炉给水泵控制。没有锅炉给水泵就不会有蒸汽循环。例如，一个有500MW，2400PSI的电厂需要用两个12000马力的给水泵。对泵的运行情况进行监测是非常重要的。

管道工业一样需要智能泵设备控制特大型泵和非常重要的流程。脱碳和除垢用泵和多级泵的供应商因为同样的原因给炼油厂配备智能泵。

现有的智能泵系统可以帮助用户延长泵故障间隔时间，故障分析可以帮助判断维护的成本。当然，随着智能泵越来越广泛的使用，其价格也会下降。

五、        电子应用

近几年来，电子技术在科技发展和变革中起到了关键的作用。在泵和泵系统中，电子技术正得到越来越广泛的使用。泵的检测和泵的诊断系统及两者之间的通讯都需要电子技术。没有电子元件，使用变频驱动泵配合系统设备或节能根本无法实现。

高压泵的润滑系统是一个非常复杂的系统，使用各种各样的电子设备才能完成准确的操作。

锅炉给水泵在起动之前需要预热，热流均衡的流过，泵的转子才能正常转动。电子元件被用于控制系统，确保大型泵的安全运行。

配比泵和计量泵应用电子技术完成流体的参合过程，达到用户期望的结果。比如在饮用水种参入氯气，配比泵和计量泵不是完全独立工作，它们需要电子元件，没有电子元件，整个系统是无法完成工作的。

总之，泵工业对电子的依赖日趋严重。泵的制造商需要有能力独立制造出完整的泵系统，而每一个子系统均需要电子元件。

六、        泵系统

在中东、远东部分地区、非洲和拉丁美洲，做水处理和污水处理工程需要泵制造商能制造一个完整的泵包。这包括管道、阀门、启动和测量设备。有些地区，比如委内瑞拉，甚至要求泵的供应商做建筑和市政设施工作。

世界上的泵用户希望泵的供应商完成所有的子系统，保证泵系统的安全，平稳运行。子系统包括监测系统，变速控制，流量或程序控制，预热系统，润滑控制等。世界的趋势是用户更希望购买整个的泵系统而不是单单的一个泵。

用户购买泵系统的目的是出于希望泵供应商对系统及泵付完全的责任的要求。用户希望泵的供应商对泵的各个子系统进行保修或维修，对泵的正个系统承担责任而不只只是一个泵。

在一些发展中国家，缺少组装系统和测试系统的工程技术人员，所以泵的供应商必须派自己的技术人员进行现场操作，这也是泵系统发展的原因。

现在，供应商可以提供监测仪器，诊断设备，电子控制，预热控制和润滑控制系统等子系统。这些子系统不但要泵制造商担保，而且要他们自己设计和供应，这样，用户在购买时才更加放心。

一旦泵在运行中出现了问题，用户只找泵的供应商解决问题即可，泵的供应商既然对泵系统完全承担责任，那由他找出问题并加以解决再合适不过。

七、        泵的标准

欧洲和美国都有影响力广泛的泵商业协会。各地市场分额大的泵业司成为协会的地方代表。协会内建有出版新标准或修改现有标准的机构。欧洲有国际标准化组织（ISO），美国有美国国家标准化组织（ANSI）和美国标准协会（ASA）。

欧泵和HI达成协议统一泵的标准。1996年2月，两个组织签定相互合作协议。协议规定为了有利于双方的共同利益，两组织要增进了解和长期合作，维系制造商和协会成员之间的关系，在技术上同泵用户保持交流，世界范围内共享泵的统计数据，建立大西洋两岸间和跨国商业交往。