這些年，當我們翻開雜志，點擊網(wǎng)站，參觀展會，或者是傾聽銷售人員的介紹時，如果此產(chǎn)品、彼設計或者他手段沒有提及如何實現(xiàn)節(jié)能，會顯得不太尋常。政府機構正在介入，他們倡導、獎勵或者懲罰與能耗有關的行為。社會也予以支持，因為對能源的關注是全球性的。

泵制造商及其用戶尤其在乎與能源相關問題�！妒澜绫脴I(yè)》（World Pumps）雜志去年9月刊中的一篇報告稱，工業(yè)領域的能耗占全美總能耗的比例高達33%，而其中，泵系統(tǒng)的能耗占工業(yè)比重的27~33%。雖然這些數(shù)據(jù)在全世界范圍內(nèi)會有差別，但其中反映的現(xiàn)象并非美國所獨有。

可見，泵和系統(tǒng)提供商不遺余力地投入其產(chǎn)品能效的提升且對這些舉措進行大力宣傳就不足為奇了。這些積聚的效應持續(xù)推動“節(jié)能”主張的空前膨脹，給客戶帶來了一絲困惑。

變頻驅(qū)動的發(fā)展

過去十年間，眾多技術推動泵的系統(tǒng)能耗不斷降低，而其中更為出眾的則是體積更小，成本更低廉且效率更高的變頻驅(qū)動（VSD）的開發(fā)和利用。區(qū)別于經(jīng)由一個旁通閥門或使用簡單的開關控制來調(diào)節(jié)輸出，變頻驅(qū)動通過改變泵的轉(zhuǎn)速來控制系統(tǒng)流量，實現(xiàn)了對泵在接近系統(tǒng)流量和壓力需求出現(xiàn)波動的工況時的控制，從而避免了可觀的能源損耗。

電機的相對效率也必須被納入考慮的范疇，泵就其類型而言在控制難易程度上也存在差異。但在任何情況下，無論電機性能如何卓越，控制系統(tǒng)有多先進，有兩項基本要素將直接影響泵運營的原始能耗支出，即泵自身在所需壓力下的效率和在給定應用中，由于泵件磨損而造成性能下降的程度和速率。這些要素根據(jù)所使用的泵的類型不同而存在廣泛差異，且對一定時間內(nèi)所測得能耗支出有著顯著的影響。

基本效率

第一個因素是基于前BASF泵設備主管Hennecke博士在2006年發(fā)表的一項有關生命周期成本比較結果的報告計算得出的。他挑選了過程行業(yè)中具有代表性的5類泵，對其生命周期成本（LCC）進行了調(diào)研。Hennecke是LCC概念的主要支持者，（他還參與了歐洲泵業(yè)聯(lián)盟-Europump和水利學會- Hydraulic Institute合辦刊物的編輯工作），同時他也是德國化學工業(yè)協(xié)會泵工作組（Pump Working Group of the VCI）的成員，這一切有利于他完全基于由5家生產(chǎn)商各自提供的數(shù)據(jù)展開研究，而每一家被選中的廠商都是制造某一特定類型的泵的行業(yè)領袖。

被挑選的泵包括離心泵、側(cè)通道泵、蠕動泵、隔膜活塞泵、以及Hydra-Cell泵，各自在總體設計上區(qū)別于其他類型的泵。

衡量生命周期成本

圖1.各類型的泵在5巴壓力、1.4立方米/小時輸送能力下的生命周期成本（LCC）比較。（來源：F-W Hennecke）

 生命周期成本被定義為泵的實際采購和運營成本, 必須涵蓋從產(chǎn)品購入到報廢時間段內(nèi)的每一個元素，不過在對各類型泵進行總體比較時，可將部分次要的因素排除在外，做到普遍適用于所有類型或單獨針對某些場合。此次調(diào)研的核心要素包括采購成本，維護維修成本和能耗成本。

Hennecke對每個類型的泵都引入了操作參數(shù)以達到特定的流量（1 立方米/小時至 8 立方米/小時）和預設的工作循環(huán)時間（4000 小時/年）。每次測量中，會在5至100巴這一特定的壓力范圍內(nèi)計算LCC。對于更高壓力的應用，Hennecke博士只考慮了隔膜活塞式泵和Hydra-Cell泵，雖然兩者存在顯著差異，但可大致被歸為往復式容積泵的類別。

而此調(diào)研中所涉及到的其他類型的泵無法在高于10巴的壓力下有效運行。他還指出，實際上不是所有類型的泵都適用于全部應用場合。鑒于調(diào)研的目的，諸如溫度、固體物含量、危險性液體和泵流體脈動等局限性因素都被排除在外。

圖1采用柱狀圖比較了這些泵在50米壓頭（5巴）和1.4立方米/ 小時流量下的LCC值。圖2示意的是對各種類型泵在4.2立方米/小時流量時所獲取的總體LCC值。

圖2.各類型的泵在不同壓力下以4.2立方米/小時泵送的生命周期成本（LCC）比較。（來源：F-W Hennecke）

Hennecke的能源成本調(diào)研基于制造商的泵的技術規(guī)格參數(shù)，與特定操作等級的電力需求相關。因此所反映的是泵的效率。從中可以發(fā)現(xiàn)，在較低的壓力和流量下，離心泵、側(cè)通道泵和Hydra-Cell泵大體相近，雖然后者在機械效率上有一定的優(yōu)勢。這是通過Hennecke在一樣低的壓力和較高的流量的計算結果中揭示的。不過對于所有的流量來說，在較高壓力下工作的效果是拉大能耗支出的差距。

研究證實了一項重要的原則：也就是說，泵所有者的生命周期成本，以及其中的能源成本，因所采用的泵的類型不同而存在著顯著差異。這條原則在比以往任何時候都更加關注能源因素的2010年仍然同樣適用。

泵的比較

廣義上說，容積泵相比離心泵具有更高的效率級別。此外，容積式泵的應用更加靈活，相對而言不受液體粘度或操作壓力的影響（如圖3所示）。典型的離心泵效率曲線說明：若要限制能耗，需要避免將工作點向左或向右偏離，將工作點限定在曲線中間的部分是十分重要的。而在現(xiàn)實中卻難以實現(xiàn)。

Henneke關注LCC（不僅僅是能耗支出），在他的選擇的對象中忽略了幾種或多或少可能表現(xiàn)出高能效的不類型的容積式工業(yè)泵，如活塞/柱塞泵、齒輪泵、雙螺桿泵和單螺桿泵等。不過在高于30~40巴的壓力下，高效泵和其他泵的電力需求差別就非常明顯了（如表1所示）。

無密封件的益處

 

圖3.對于不同類型的泵，壓力變化對效率的影響實例。

之前我們都沒有考慮到泵在運行一段時間以后潛在的能效損失。因為比較都是在新的設備之間展開，均按設備商數(shù)據(jù)表上所公布的要求供給電力，且泵送的流體總體上是潔凈的。但實際應用工況并不總是如此。

在運行了一段時期后，密封件和緊密嚙合的活動件的磨損是造成性能損失最常見的原因。這類易損件磨損的越快，且在這種磨損狀況下持續(xù)運轉(zhuǎn)的時間越久，電費賬單金額就會越高。即使?jié)崈舻睦渌�也不會是較好的密封潤滑劑。如回收的液體、不干凈的液體、高溫的液體、腐蝕性液體、特別稀的液體或帶有磨蝕性顆粒的液體所帶來的潛在損壞都更為嚴重。

應用因泵的類型而異，對于具有 “普遍性”的應用要比較謹慎。不過一般來說（在對等的前提下），對那些不依賴于密封或緊密嚙合的金屬表面泵，受到磨損及其潛在的后果的影響就會小些。據(jù)Wanner International公司內(nèi)的檔案文件中所記錄的眾多案例可說明：采用無密封設計的泵所帶來的持續(xù)高效可直接節(jié)能，還具有降低維修及維護成本的優(yōu)點。

圖4.密封失效產(chǎn)生的泄漏將降低泵效并造成能耗浪費（Seonam 污水處理廠）。

圖5.安裝了非密封設計的Hydra-Cell 型泵后，消除了泄漏的問題并使Seonam污水處理廠的能耗減半。

在韓國Seonam污水處理廠，工程師們在將泄漏的螺桿泵替換成seal-less G25泵后獲取了雙倍的成功。雖然消毒系統(tǒng)的工作壓力只有8巴，螺桿泵無法令人滿意地應對液體中具磨蝕性的過氧化鎂。過早的密封件磨損導致外漏（圖4），隨著磨損的加劇使得泵效降低，能耗浪費也隨之加劇。自從安裝了容積泵（圖5）以來，不再發(fā)生泄漏，能源開支降低了50%之多。

同時，一家法國的化學制品商稱其用一臺配置了11 kW電機的G25型泵替代了原有37 kW電機驅(qū)動的離心泵后，大大節(jié)約了能耗，這臺泵負責的是中央泵系統(tǒng)送料清洗槽和噴頭的泵送工作，介質(zhì)是“不一定清潔”的水，水溫60℃，工作壓力在66 巴。

在另一個案例中，說的是瑞典一家工廠的活塞泵向燃燒器供給松脂原料，其他同樣類型的泵負責運送瀝青油，這些泵每年因故障頻繁停運達10次。此類液體的低潤滑性和瀝青油內(nèi)含有的灰渣引起了泵的嚴重磨損，并導致性能的損失和最終的故障。在以較少密封件的泵取代了原有的活塞泵后，工廠每年所節(jié)省的能耗和機械故障維修費用估計有170,000瑞典克朗（計18,000歐元）。

在德國，一家化學制品加工企業(yè)一直以來都使用55kW電機驅(qū)動的電磁離心泵將聚苯乙烯輸送入長達5.8km的生產(chǎn)線。后來他們用一臺配備13.2kW電機的Hydra-Cell G35泵成功替代了原有的這臺泵。其他競爭單元包括一臺具有雙面軸向密封的4級離心泵和一臺多級密封式電動泵。G35泵不但具有明顯的價格優(yōu)勢，且泵效也是其他同類泵的兩倍。

系統(tǒng)控制

對于許多應用來說，控制也不容忽視。一家大型機床制造商希望精準地控制其冷卻劑的壓力和流量(20-30 巴, 10-20 升/分鐘)，這樣就可以根據(jù)不同的工具改變工況、優(yōu)化性能和能耗。本來想通過一臺由變頻器控制的離心泵來實現(xiàn)這個目的，但若使用這種類型的泵，流量很大程度上受到排放壓力的干擾，從而會加大控制的難度和復雜度。相比之下，往復容積式泵的流量就不受排放壓力的影響，因而所有相關參數(shù)的控制都不在話下。此外，從表2可以發(fā)現(xiàn)，對于要求的流量和操作壓力，容積式泵可實現(xiàn)大幅度的節(jié)能。

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Paul Davis
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Hydra-Cell泵的持續(xù)高泵效（約85%）可部分通過其緊湊的設計來闡釋。與具有相當性能的傳統(tǒng)計量泵或者大型的離心泵相比，Hydra-Cell制造上不那么復雜，且占地較小。多個水力平衡的膜片（大多數(shù)為3或5型），被集成在單個端部，依次撓曲，實現(xiàn)低脈動的平穩(wěn)流動。鑒于驅(qū)動部件都浸沒在潤滑劑中工作，因而由泵引起的摩擦能損失極小。

Hydra-Cell泵可應對具有磨蝕性液體的嚴酷工況，并不會過早出現(xiàn)性能的損失。通過膜片與驅(qū)動端隔絕，泵送液體完全處于在泵的介質(zhì)接觸端內(nèi)部。泵內(nèi)無活動密封件，因此無密封件磨損。此外，較齒輪或葉輪泵而言，也不會出現(xiàn)嚙合面磨損的可能。泵內(nèi)閥和閥座可根據(jù)介質(zhì)選擇相匹配的耐用材料，其部件的更換可在數(shù)分鐘內(nèi)在線完成。