一、 概述

一直以來(lái)，泵的功率損失和泵的維護(hù)是纏繞用戶(hù)的兩大主要問(wèn)題。功率損失致使成本增加，運(yùn)行中泵的維護(hù)始終是用戶(hù)頭痛的難題。毫無(wú)疑問(wèn)，圍繞提高泵效率和減低泵維護(hù)成本這兩個(gè)領(lǐng)域的技術(shù)變革成為了推動(dòng)泵技術(shù)發(fā)展的動(dòng)力。本文通過(guò)對(duì)近期泵技術(shù)發(fā)展的分析，揭示了提高泵效率的技術(shù)特點(diǎn)，變頻驅(qū)動(dòng)、智能泵、泵系統(tǒng)得以廣泛使用的原因；介紹了應(yīng)用電子元件的作用和歐美為泵標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一付出的努力。

二、 提高泵效率技術(shù)的發(fā)展

1995年，歐泵，歐洲泵制造行業(yè)協(xié)會(huì)建立了一個(gè)節(jié)能項(xiàng)目，開(kāi)始致力于節(jié)能研究。與此同時(shí)，美國(guó)水力學(xué)會(huì)（HI），美國(guó)泵工業(yè)貿(mào)易協(xié)會(huì)協(xié)助美國(guó)能源部準(zhǔn)備制作關(guān)于泵及泵系統(tǒng)節(jié)能的錄像片。

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

以次為背景，全世界的泵制造商重新致力于在設(shè)計(jì)上提高泵效率，在運(yùn)行中降低泵功率損失的研究開(kāi)發(fā)。值得注意的是泵已經(jīng)是成熟的產(chǎn)品了，所以，單純提高泵效率的可能性很小。但是，改進(jìn)泵的效率損失這個(gè)領(lǐng)域的研究是非常有前途的。一些制造商使用美國(guó)航天上的非金屬材料或碳來(lái)封堵泵運(yùn)行中的間隙，從而改進(jìn)了泵的效率。例如泵葉輪和泵殼內(nèi)圈的間隙，中間襯套之間的間隙等。

一些國(guó)家也在悄悄地進(jìn)行研究，并試圖改善泵內(nèi)流道表面的質(zhì)量。殼體表面越光滑，水阻力就越小。從而提高泵的效率。

復(fù)合材料和許多金屬相媲美，它可以機(jī)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(shè)計(jì)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(wèn)題。復(fù)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(wú)磨損，無(wú)腐蝕性流體中，比如凈水，復(fù)合材料還是不具有和鑄鋼材料競(jìng)爭(zhēng)的優(yōu)勢(shì)。

三、 變頻驅(qū)動(dòng)

在大部分國(guó)家，變頻驅(qū)動(dòng)（VFD）被更多的用于要求精確的流量控制，變速或長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行的大型泵，功率損失高的場(chǎng)合。

1． 應(yīng)用領(lǐng)域

（1）商業(yè)建筑業(yè) 在空調(diào)系統(tǒng)中匹配VFD用于高層建筑中冷卻水的閉環(huán)泵水。

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

（3）離心泵 離心泵采用活動(dòng)軸設(shè)計(jì)，這會(huì)造成第一臨界速度高于最大工作速度；也會(huì)造成減小的VFD的輸出速度接近泵的其他臨界速度。但有時(shí)會(huì)產(chǎn)生不確定的振動(dòng)問(wèn)題，不過(guò)，問(wèn)題找出就會(huì)得到解決。

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

2． 主要特點(diǎn)

（1）節(jié)能 在水處理和污水處理工業(yè)中使用了大量的VFD，當(dāng)泵系統(tǒng)要改變流量輸出時(shí)，使用VFD比關(guān)閉和起動(dòng)單獨(dú)的泵改變流量輸出節(jié)省能量。

（2）簡(jiǎn)便 當(dāng)流量有微小變量時(shí)，使用單泵關(guān)閉和起動(dòng)方法需要大量的泵，而使用變速泵方法只需要一定數(shù)量的泵，并且避免了泵被關(guān)閉時(shí)產(chǎn)生的水擊現(xiàn)象。

（3）特殊功能 在食品加工中使用VFD可以實(shí)現(xiàn)多種流體的參和或過(guò)程控制。在電業(yè)工業(yè)中，使用VFD調(diào)節(jié)鍋爐給水泵的速度。載荷減小，蒸汽隨之減小，電動(dòng)機(jī)或主渦輪發(fā)電機(jī)軸的驅(qū)動(dòng)可利用VFD調(diào)節(jié)鍋爐給水泵的速度匹配系統(tǒng)的需要和節(jié)能的要求。有時(shí)，分離出的蒸汽渦輪被用于驅(qū)動(dòng)鍋爐給水泵和改變泵的速度和流量輸出。

3． 其他特點(diǎn)

VFD可以替代流量控制閥和監(jiān)測(cè)儀表實(shí)現(xiàn)精確的流量控制。VFD控制泵速度的變化從而實(shí)現(xiàn)泵輸出壓力或輸出流量的控制。

VFD可以使泵平穩(wěn)起動(dòng)，避免了泵在開(kāi)始全速起動(dòng)時(shí)，流量突然增加，造成水擊現(xiàn)象。同時(shí)，減小流體的沖擊和機(jī)械壓力，減低了系統(tǒng)疲勞程度，節(jié)省了電動(dòng)機(jī)的成本，增加了泵的壽命。

4．新發(fā)展

近幾年，VFD在動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)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(dāng)于一個(gè)過(guò)程控制器控制容積泵的輸出。

四、 智能泵

智能泵是一種新產(chǎn)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(cè)設(shè)備反饋現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)到智能泵分析系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)分析、判斷，分析系統(tǒng)給出泵是何時(shí)和如何產(chǎn)生故障的。

因?yàn)楸O(jiān)測(cè)設(shè)備和泵的運(yùn)行息息相關(guān)，所以對(duì)泵的用戶(hù)來(lái)說(shuō)監(jiān)測(cè)設(shè)備變得至關(guān)重要。泵的管理者需要知道在給定的泵運(yùn)行的方式下的平均故障間隔時(shí)間（MTBF）是什么，以便安排出大修間隔時(shí)間（MTBO），及時(shí)修理、更換磨損和用壞的零件。

HI已經(jīng)撰述了相關(guān)文獻(xiàn)，列出了可以監(jiān)控離心泵的14種方式。它們是動(dòng)力、溫度、腐蝕狀態(tài)、泄漏檢測(cè)、壓力、振動(dòng)、潤(rùn)滑分析、軸況、安裝前的水壓測(cè)試和設(shè)計(jì)審核。每種方式有效的監(jiān)控都可以防止和檢測(cè)泵故障。

由于檢測(cè)設(shè)備和智能泵分析設(shè)備非常昂貴，所以智能泵的整體發(fā)展緩慢。一般，在特大型泵和非常重要的流程中才使用監(jiān)測(cè)設(shè)備。

世界上有幾家泵制造商提供智能泵設(shè)備，用于電業(yè)中的鍋爐給水泵控制。沒(méi)有鍋爐給水泵就不會(huì)有蒸汽循環(huán)。例如，一個(gè)有500MW，2400PSI的電廠需要用兩個(gè)12000馬力的給水泵。對(duì)泵的運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)是非常重要的。

管道工業(yè)一樣需要智能泵設(shè)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(jí)泵的供應(yīng)商因?yàn)橥瑯拥脑蚪o煉油廠配備智能泵。

現(xiàn)有的智能泵系統(tǒng)可以幫助用戶(hù)延長(zhǎng)泵故障間隔時(shí)間，故障分析可以幫助判斷維護(hù)的成本。當(dāng)然，隨著智能泵越來(lái)越廣泛的使用，其價(jià)格也會(huì)下降。

五、 電子應(yīng)用

近幾年來(lái)，電子技術(shù)在科技發(fā)展和變革中起到了關(guān)鍵的作用。在泵和泵系統(tǒng)中，電子技術(shù)正得到越來(lái)越廣泛的使用。泵的檢測(cè)和泵的診斷系統(tǒng)及兩者之間的通訊都需要電子技術(shù)。沒(méi)有電子元件，使用變頻驅(qū)動(dòng)泵配合系統(tǒng)設(shè)備或節(jié)能根本無(wú)法實(shí)現(xiàn)。

高壓泵的潤(rùn)滑系統(tǒng)是一個(gè)非常復(fù)雜的系統(tǒng)，使用各種各樣的電子設(shè)備才能完成準(zhǔn)確的操作。

鍋爐給水泵在起動(dòng)之前需要預(yù)熱，熱流均衡的流過(guò)，泵的轉(zhuǎn)子才能正常轉(zhuǎn)動(dòng)。電子元件被用于控制系統(tǒng)，確保大型泵的安全運(yùn)行。

配比泵和計(jì)量泵應(yīng)用電子技術(shù)完成流體的參合過(guò)程，達(dá)到用戶(hù)期望的結(jié)果。比如在飲用水種參入氯氣，配比泵和計(jì)量泵不是完全獨(dú)立工作，它們需要電子元件，沒(méi)有電子元件，整個(gè)系統(tǒng)是無(wú)法完成工作的。

總之，泵工業(yè)對(duì)電子的依賴(lài)日趨嚴(yán)重。泵的制造商需要有能力獨(dú)立制造出完整的泵系統(tǒng)，而每一個(gè)子系統(tǒng)均需要電子元件。

六、 泵系統(tǒng)

在中東、遠(yuǎn)東部分地區(qū)、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(gè)完整的泵包。這包括管道、閥門(mén)、啟動(dòng)和測(cè)量設(shè)備。有些地區(qū)，比如委內(nèi)瑞拉，甚至要求泵的供應(yīng)商做建筑和市政設(shè)施工作。

世界上的泵用戶(hù)希望泵的供應(yīng)商完成所有的子系統(tǒng)，保證泵系統(tǒng)的安全，平穩(wěn)運(yùn)行。子系統(tǒng)包括監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，變速控制，流量或程序控制，預(yù)熱系統(tǒng)，潤(rùn)滑控制等。世界的趨勢(shì)是用戶(hù)更希望購(gòu)買(mǎi)整個(gè)的泵系統(tǒng)而不是單單的一個(gè)泵。

用戶(hù)購(gòu)買(mǎi)泵系統(tǒng)的目的是出于希望泵供應(yīng)商對(duì)系統(tǒng)及泵付完全的責(zé)任的要求。用戶(hù)希望泵的供應(yīng)商對(duì)泵的各個(gè)子系統(tǒng)進(jìn)行保修或維修，對(duì)泵的正個(gè)系統(tǒng)承擔(dān)責(zé)任而不只只是一個(gè)泵。

在一些發(fā)展中國(guó)家，缺少組裝系統(tǒng)和測(cè)試系統(tǒng)的工程技術(shù)人員，所以泵的供應(yīng)商必須派自己的技術(shù)人員進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)操作，這也是泵系統(tǒng)發(fā)展的原因。

現(xiàn)在，供應(yīng)商可以提供監(jiān)測(cè)儀器，診斷設(shè)備，電子控制，預(yù)熱控制和潤(rùn)滑控制系統(tǒng)等子系統(tǒng)。這些子系統(tǒng)不但要泵制造商擔(dān)保，而且要他們自己設(shè)計(jì)和供應(yīng)，這樣，用戶(hù)在購(gòu)買(mǎi)時(shí)才更加放心。

一旦泵在運(yùn)行中出現(xiàn)了問(wèn)題，用戶(hù)只找泵的供應(yīng)商解決問(wèn)題即可，泵的供應(yīng)商既然對(duì)泵系統(tǒng)完全承擔(dān)責(zé)任，那由他找出問(wèn)題并加以解決再合適不過(guò)。

七、 泵的標(biāo)準(zhǔn)

歐洲和美國(guó)都有影響力廣泛的泵商業(yè)協(xié)會(huì)。各地市場(chǎng)分額大的泵業(yè)司成為協(xié)會(huì)的地方代表。協(xié)會(huì)內(nèi)建有出版新標(biāo)準(zhǔn)或修改現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)構(gòu)。歐洲有國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO），美國(guó)有美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化組織（ANSI）和美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)（ASA）。

歐泵和HI達(dá)成協(xié)議統(tǒng)一泵的標(biāo)準(zhǔn)。1996年2月，兩個(gè)組織簽定相互合作協(xié)議。協(xié)議規(guī)定為了有利于雙方的共同利益，兩組織要增進(jìn)了解和長(zhǎng)期合作，維系制造商和協(xié)會(huì)成員之間的關(guān)系，在技術(shù)上同泵用戶(hù)保持交流，世界范圍內(nèi)共享泵的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，建立大西洋兩岸間和跨國(guó)商業(yè)交往。