高效節(jié)能防腐泵

　　宙斯泵業(yè)是生產(chǎn)襯塑型、全塑型防腐離心泵的專(zhuān)業(yè)生產(chǎn)廠家，年生產(chǎn)防腐泵3萬(wàn)臺(tái)左右。公司生產(chǎn)的塑料離心泵、清液泵，在國(guó)內(nèi)在崗位運(yùn)行的數(shù)量有幾十萬(wàn)臺(tái)，但一直與其它防腐塑料泵一樣，存在著泵效率不高的問(wèn)題。相同規(guī)格、相同性能參數(shù)前提下的塑料泵與金屬泵相比較，一般泵效率要低5~15%左右，電能要多消耗10~25%左右。塑料離心泵效率低已成為目前市場(chǎng)的共識(shí)。但因?yàn)樗芰想x心泵有優(yōu)良的防腐性能、較好的耐磨性能（超高分子量聚乙烯）、價(jià)格經(jīng)濟(jì)等因素，還是被人們所接受。再則也無(wú)其它更優(yōu)良的泵種可選，只能被迫選用這種效率不佳的襯塑型、全塑型防腐泵。

　　因?yàn)槭褂盟芰戏栏湍ケ糜脩?hù)比使用金屬泵的用戶(hù)要增加驚人的電力消耗。

　　以宙斯泵業(yè)本公司為例，最近三年配套銷(xiāo)售電機(jī)115萬(wàn)千瓦左右時(shí)，假設(shè)所銷(xiāo)售泵平均每年每臺(tái)運(yùn)行100天，節(jié)電15%（保守估計(jì)）計(jì)算，節(jié)約的電能為：115萬(wàn)千瓦×100天×24小時(shí)×15%=4.14億度電（千瓦時(shí)），按每度電1元計(jì)算，就會(huì)為用戶(hù)節(jié)約4.14億元/年。該數(shù)據(jù)僅為宙斯泵業(yè)三年內(nèi)銷(xiāo)售的泵，還不包括用戶(hù)自備電機(jī)在內(nèi)，為用戶(hù)使用成本的節(jié)省十分明顯。因此，通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新，提升塑料泵的效率是迫在眉睫的，同時(shí)它也成為宙斯泵業(yè)近年來(lái)的戰(zhàn)略目標(biāo)。

　　是把改良前的同型泵的效率與改良后效率提升的幅度，折算出效率提升的百分比，來(lái)計(jì)算節(jié)能效果的。以150UHB-ZK-150-40襯塑型耐腐耐磨泵為例，改良前泵的效率為50%，改良后泵的效率達(dá)到59.5%。計(jì)算時(shí)假設(shè)原來(lái)效率的50%為基礎(chǔ)計(jì)為100%，那么改良后的59.5%效率就是在原來(lái)基礎(chǔ)上提升了19%。效率提升了，功耗相對(duì)下降了，因此該泵能節(jié)省能耗19%左右。該型泵標(biāo)配電機(jī)為45kW，每天耗電1080度，節(jié)約19%的話每天節(jié)電205度，運(yùn)行100天從理論上說(shuō)就能節(jié)約20500度電。

　　要提升塑料離心泵的效率，首先要從為什么塑料離心泵效率低上找原因。公司組織相關(guān)工程技術(shù)人員進(jìn)行了系統(tǒng)分析，認(rèn)定了可能會(huì)影響塑料離心泵效率的有三大因素并進(jìn)行了針對(duì)性改良。

　　第一大因素：葉輪葉片的葉型及葉輪型式

　　塑料離心泵的葉輪葉片與金屬葉輪相比，有一定差距，達(dá)不到金屬葉輪的扭曲度，葉型不完美，不符合高效率葉輪的要求，尤其是大型號(hào)的塑料泵更是如此。其主要原因是塑料葉輪的成型工藝所決定。因?yàn)樗芰先~輪是熱塑模壓成型，葉輪葉片扭曲度過(guò)大，模芯從鋼模中脫不出來(lái)，因此為了方便成型加工塑料葉輪的葉片及其模具的局限性，大多數(shù)葉輪只能采用半開(kāi)式型式。

　　采用半開(kāi)式葉輪的后果是什么呢？

　　半開(kāi)式葉輪的葉片與泵蓋之間的返流大、容積效率低，該因素大約對(duì)泵的效率影響在2~5%左右（根據(jù)泵輸送壓力不同而不同）。例如輸送壓力在0.1~0.3MPa之間，效率影響就只有2~3%；而輸送壓力超過(guò)0.3MPa的單級(jí)塑料離心泵，效率影響就有3~5%，有時(shí)甚至?xí)_(dá)到8%左右。

　　針對(duì)這一因素要如何解決，一直是困擾公司技術(shù)人員的難題。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間琢磨，多種方法的試驗(yàn)，找到了一個(gè)解決問(wèn)題的方案，即在塑料開(kāi)式葉輪上加一個(gè)多臺(tái)階口環(huán)，就能達(dá)到提升葉輪效率的目的。

　　其原理有三：

　　一、加了口環(huán)以后，增加了葉片的可支撐強(qiáng)度，進(jìn)而能使開(kāi)式葉輪的葉片內(nèi)沖角減薄、傾斜呈符合高效葉輪葉型形態(tài)，減少葉輪葉片內(nèi)沖角的截面積，進(jìn)而減少流體的阻力面積，提升泵的效率；

　　二、增加口環(huán)后，泵殼與口環(huán)之間的間隙易于掌控，泵腔內(nèi)出口向進(jìn)口返流的流體得到有效隔斷，高壓區(qū)向低壓區(qū)的流體返流減少，因而泵的容積效率提升；

　　三、加了口環(huán)之后，葉輪的葉片介于閉式葉輪與開(kāi)式葉輪之間，葉輪成型脫模方便，因此可以制作葉輪葉片扭曲度好、又能脫模的塑料葉輪，改善了葉輪葉片的扭曲度，提升了泵的水力性能。

　　通過(guò)上述改良所產(chǎn)生的綜合效果，提升了泵的效率2~8%，其中小型塑料泵提升效率會(huì)少些，大型塑料泵提升效率多些。

　　第二大因素：塑料的熱膨脹系數(shù)

　　塑料的熱膨脹系數(shù)比金屬大近10倍，在不同溫度工況下工作，會(huì)致使葉輪、泵殼局部收縮、膨脹、變形，進(jìn)而影響葉輪、泵殼、泵蓋之間的間隙，再進(jìn)而影響泵的容積效率，導(dǎo)致泵的效率下降，我們估計(jì)該因素有可能降低效率2~3%。

　　針對(duì)這一因素的解決方法難以尋求，因?yàn)樗芰系臒嶙冃涡?、膨脹性、可塑性無(wú)法改變。但是經(jīng)多次改良、試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)在泵蓋與葉輪口環(huán)設(shè)置V型返流斜面，使泵腔中高壓區(qū)向泵吸入口返流的流體，向泵吸入口順向返流，由原來(lái)反流流體與泵吸入口流體的流向呈90°角，改良為45°角以?xún)?nèi)，使返流流體對(duì)吸入口流體的作用的逆向沖擊轉(zhuǎn)化為順向助推，通過(guò)改進(jìn)后相對(duì)減少了流體的流阻，增加了吸入口流體的推力，提升了泵的效率。經(jīng)試驗(yàn)，該項(xiàng)技術(shù)可以使塑料離心泵提升0.5~1%的效率。

　　第三大因素："三多"現(xiàn)象

　　在改良試驗(yàn)過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)塑料葉輪在運(yùn)行時(shí)，產(chǎn)生的蝸流比金屬葉輪更多，我們通過(guò)試驗(yàn)、觀察：發(fā)現(xiàn)所有塑料葉輪在泵腔里運(yùn)行時(shí)，出現(xiàn)蝸流區(qū)多、緩流區(qū)多、逆流區(qū)多的"三多"現(xiàn)象，這就使我們產(chǎn)生了這樣的懷疑：為什么會(huì)產(chǎn)生這種"三多"現(xiàn)象，它是否也是影響泵的效率因素呢？

　　"三多"現(xiàn)象是如何形成的？

　　通過(guò)多次試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)為了增加塑料葉輪葉片的機(jī)械強(qiáng)度，增厚了塑料葉輪葉片的厚度后，導(dǎo)致了葉輪葉片的尾角延長(zhǎng)，葉輪葉片尾角的延長(zhǎng)，又導(dǎo)致了塑料葉輪葉片內(nèi)彎增大，葉輪葉片內(nèi)彎的增大導(dǎo)致內(nèi)彎處的流體壓力降低，形成了一個(gè)相對(duì)的流體低壓區(qū)，與其它區(qū)域的流體壓差增大，這種壓差致使了局部蝸流的產(chǎn)生，局部蝸流的展延、運(yùn)動(dòng)，又產(chǎn)生了局部的逆流，增加了泵腔內(nèi)流體的流阻，降低了泵的效率。

　　進(jìn)而又發(fā)現(xiàn)縮短塑料葉輪葉片的尾葉，能有效降低這種"三多"現(xiàn)象，但是要減少葉片的尾葉，就要減薄塑料葉輪葉片的厚度，而減少到同金屬葉輪葉片厚度的同等水平，塑料葉輪葉片的機(jī)械強(qiáng)度就不行了，塑料葉輪葉片薄，在70℃以上的工況下運(yùn)行，葉片就會(huì)變形，耐磨性就會(huì)下降，使用壽命就會(huì)縮短，這就產(chǎn)生了兩難選擇：要么加厚葉輪葉片延長(zhǎng)使用壽命，以產(chǎn)生蝸流、逆流，降低泵效率為代價(jià)。要么減薄葉片、提升泵效率，以縮短葉輪使用壽命為代價(jià)。要達(dá)到使用壽命，運(yùn)行效率兼顧是兩難選擇。

　　通過(guò)多次假設(shè)、多次選擇、多次試驗(yàn)，終于找到了一個(gè)二者兼顧的辦法：即在塑料葉片的尾部設(shè)置導(dǎo)流斜角，達(dá)到既不減薄葉輪葉片厚度、不影響葉輪強(qiáng)度、不影響葉輪的耐磨使用壽命，又減少蝸流、逆流、緩流區(qū)的效果。

　　經(jīng)過(guò)試驗(yàn)，證明了通過(guò)上述改良可以提升塑料泵效率1~3%左右，取得了極理想的效果，為確保此項(xiàng)發(fā)明的權(quán)益，公司申請(qǐng)了多項(xiàng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)。

　　至此，宙斯泵通過(guò)了上述三個(gè)方面的改良，能為塑料離心泵，尤其是全塑型、襯塑型耐腐耐磨泵提升效率5~15%左右，為塑料防腐耐磨泵提升效率找到了一條新路。估計(jì)能為廣大耐腐耐磨的用戶(hù)節(jié)省能源消耗10~25%左右，節(jié)約運(yùn)行費(fèi)用近20%左右，切切實(shí)實(shí)為用戶(hù)帶來(lái)了實(shí)惠。

　　上述技術(shù)改良的產(chǎn)品，因牽涉到模具的開(kāi)制、設(shè)備的改良等因素，估計(jì)能在2017年內(nèi)陸續(xù)供應(yīng)市場(chǎng)，我們會(huì)加速推進(jìn)，盡快把改良后的高效率泵供應(yīng)市場(chǎng)，同時(shí)我們也計(jì)劃分批對(duì)原有客戶(hù)已在使用的塑料離心泵進(jìn)行改造（當(dāng)然應(yīng)在客戶(hù)自愿的基礎(chǔ)上），更大程度地使大家共享上述創(chuàng)造發(fā)明白的成果。

　　如前二圖所示，250UHB系列泵的葉輪，經(jīng)改良后，機(jī)組最高效率從原來(lái)的55%提升到66%左右，可以為用戶(hù)節(jié)約20%左右的能耗！

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