Anwendung von ultraleichtflüssigen Medien bei der Energieeinsparung in Wasserpumpen

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Wasserpumpen werden in den verschiedensten Bereichen der Industrie und Landwirtschaft sowie im privaten Bereich eingesetzt. Jährlich wird mehr als 21 Prozent des gesamten Stromverbrauchs des Landes für die Betrieb von Wasserpumpen aufgewendet. Wasserpumpen sind ebenfalls unverzichtbare Produktionsgeräte in Papierfabriken. Sie werden beispielsweise zur Versorgung mit Wasser für die Zellstoffherstellung, zur Versorgung der Alkalibrenner sowie zur Versorgung der Kohlefeuerungen verwendet. Sie zählen zu den energieverbrauchsten Geräten in Papierfabriken. Derzeit ist die Effizienz der Pumpen in Papierfabriken im Allgemeinen gering ； Die Auswahl der Pumpen ist zu groß, die Steuerungsmethoden sind veraltet. Die meisten Unternehmen verwenden weiterhin eine konstante Drehzahlansteuerung, wobei das Durchflussvolumen der Wasserpumpe hauptsächlich über Ventile reguliert wird. Aufgrund von Faktoren wie Jahreszeit, Klima und Arbeitslast arbeiten Wasserpumpen oft bei niedriger Last – manchmal sogar mit einer Drosselung von über 50 %. Aufgrund der durch die Drosselung entstehenden Verluste sowie des Betriebs außerhalb des effizienten Bereichs kommt es zu erheblichen Energieverlusten. Daher sind die Technologien und Methoden zur Energieeinsparung bei Unternehmenswasserpumpen sowie die Steigerung der Effizienz dieser Pumpen von großer Bedeutung, um die wirtschaftlichen und gesellschaftlichen Vorteile des Unternehmens zu erhöhen. Entwicklungsrichtungen der Energieeinsparungstechnologien für Wasserpumpen
1. Die Designtechnologie der Wasserpumpen selbst ist nicht besonders ausgeprägt.
Derzeit basiert das Design von Wasserpumpen in unserem Land hauptsächlich auf traditionellen Methoden wie dem Modellwechselverfahren sowie dem Geschwindigkeitskoeffizientenverfahren. Diese Designmethoden sind in gewissem Maße veraltet, denn sie beruhen auf alten Erfahrungen im Pumpendesign. Im Designprozess ist es daher nicht möglich, die bisherigen Standards zu übertreffen oder bei der Effizienzsteigerung Fortschritte zu erzielen. Zusätzlich fehlen den Entwicklungsunternehmen für Wasserpumpen die notwendigen finanziellen und personellen Ressourcen. Die Entwickler haben außerdem wenig Anreize zur Innovation sowie kein Bewusstsein für innovative Lösungen. Dadurch kann die technische Qualität der Wasserpumpen nicht verbessert werden. Da die technische Qualität der Pumpen selbst nicht steigt, ist es auch nicht möglich, Energie zu sparen. Zusätzlich legen die Pumpenhersteller einseitig den Fokus auf wirtschaftliche Vorteile und vernachlässigen dabei die Energieeinsparung bei Pumpen. Es gibt außerdem keine politischen Anreize oder finanziellen Vergünstigungen in diesem Bereich, wodurch die Pumpenhersteller keine Motivation haben, die Energieeffizienz der Pumpen zu verbessern. 　　2. Fehlverständnisse bezüglich der Energieeinsparung bei Wasserpumpen
Früher verstanden wir die Energieeinsparung bei Wasserpumpen hauptsächlich als Steigerung der verschiedenen Effizienzindikatoren der Pumpen. Tatsächlich handelt es sich dabei um ein Fehlverständnis – eine einseitige Sichtweise auf das Thema. Unter dem Begriff Energieeinsparung verstehen wir nicht nur einen Effizienzindikator, sondern auch Faktoren wie die Stabilität der Leistung der Wasserpumpe, ihre Lebensdauer sowie die Einsparung von Materialien. Was den Einsatzbereich der Wasserpumpen angeht, so müssen wir dort ebenfalls energieeffiziente Lösungen entwickeln. Dazu gehören beispielsweise die Dichtigkeit der Pumpen, ihre hydraulischen Eigenschaften sowie ihre Widerstandsfähigkeit gegen hohe Temperaturen. All diese Aspekte müssen je nach Umgebung und Verwendungszweck individuell berücksichtigt werden. Daher ist die Forschung zur Energieeinsparung bei Wasserpumpen eine äußerst komplexe Aufgabe. Unser Verständnis des Konzepts der Energieeinsparung darf nicht zu einseitig sein, sondern muss vielmehr ganzheitlich sein. 　　3. Faktoren der Nutzerorganisationen und Einzelpersonen 　　Bei dem Kauf von Wasserpumpen konzentrieren sich die Nutzerorganisationen und Einzelpersonen in der Regel darauf, ob die Pumpe ihren Anforderungen entspricht und ob der Preis angemessen ist. Auf die energieeffizienten Eigenschaften der Pumpe wird hingegen kaum Rücksicht genommen. Dieses Bedürfnis der Verbraucher bremst zudem die Bereitschaft der Entwickler und Hersteller von Wasserpumpen, innovative Energiesparlösungen zu entwickeln. Außerdem wählen viele Verbraucher bei der Auswahl von Wasserpumpen solche Modelle aus, bei denen die Durchflussmenge und die Förderhöhe über dem erforderlichen Niveau liegen. Dadurch soll sichergestellt werden, dass die Bedürfnisse des Verbrauchers erfüllt werden können. Die Folge davon ist, dass die tatsächliche Betriebseffizienz der Pumpe während des Gebrauchs deutlich unter der maximalen Effizienz liegt – die Pumpe kann somit nicht im effizientesten Betriebsbereich arbeiten. Außerdem treten während der Nutzung aufgrund mangelhafter Verwaltung und Kontrolle seitens der Betriebe, unsachgemäßer Bedienung und Wartung sowie verspäteter Reparaturen häufig Störungen bei den Wasserpumpen auf, was zu erheblichen Energieverlusten führt. 　　III. Energiesparende Technologien für Wasserpumpen
1. Energieeinsparung bei den Wasserpumpen selbst
Bei der Planung und Herstellung von Wasserpumpen müssen die Entwerfer und Hersteller stets an die Notwendigkeit der Energieeinsparung denken. Als Hersteller solcher Pumpen haben sie die Verpflichtung, den Verbrauchern effiziente und energie sparende Pumpen anzubieten. Die Entwicklungsunternehmen für Wasserpumpen sollten bei der Konstruktion hochwertige hydraulische Modelle verwenden sowie wissenschaftlich effiziente Methoden der hydraulischen Planung erforschen. Im Rahmen des Entwicklungsprozesses müssen zudem Zuverlässigkeitsprüfungen der Wasserpumpen durchgeführt werden, ebenso wie Tests zur Auswahl der geeigneten Materialien – damit die Effizienz der Wasserpumpen verbessert werden kann. Die Hersteller von Wasserpumpen müssen im Produktionsprozess eigene Unternehmensstandards festlegen, die über den **maschinellen Standards** liegen, und alles Mögliche tun, um die hydraulischen Verluste zu verringern. Während des Herstellungsprozesses wird jede Phase streng kontrolliert, um die Rauheit der Durchflusskomponenten so weit wie möglich zu verringern. Die Spalten werden sorgfältig bearbeitet und die Zwischenräume entsprechend verkleinert, um die Effizienz der Wasserpumpe zu steigern und somit Energie einzusparen. 　　2. Steigerung der Energieeinsparung im Pumpensystem
Neben der Berücksichtigung der Energieeinsparung bei den Pumpen selbst müssen wir auch die Entwicklung von Technologien zur Energieeinsparung im gesamten System berücksichtigen. Die Effizienz der Pumpen sowie die damit verbundenen Anlagen spielen ebenfalls eine wichtige Rolle. Die Technologien zur Energieeinsparung im System sind sogar noch wichtiger als die Technologien zur Energieeinsparung bei den Pumpen selbst. Bei der Forschung zu energieeffizienten Technologien für Systeme sollte man sich darauf konzentrieren, die Systemkonstruktion aus energetischer Sicht zu gestalten, damit alle Komponenten des Systems optimal miteinander zusammenarbeiten können. So kann das gesamte Pumpensystem während seines Betriebs seine maximale Effizienz entfalten. Dazu gehören insbesondere die Verbindung von Wasserpumpen und Motoren, die Planung der Rohrleitungsnetze sowie die Verbindung und Abstimmung der zugehörigen Komponenten. Dadurch können alle Komponenten ihre volle Leistung entfalten, wodurch die Effizienz und Lebensdauer des Wasserpumpensystems verbessert wird. 　　3. Energieeinsparung beim Betrieb der Wasserpumpe Die Effizienz der Wasserpumpe selbst hat zugenommen, und das gesamte Pumpensystem wurde außerdem so konzipiert, dass Energie eingespart werden kann. Doch das ist nur ein Aspekt. Ein weiterer wichtiger Aspekt ist der Betrieb der Wasserpumpe selbst. In der Praxis führt oft eine unsachgemäße Nutzung der Wasserpumpe dazu, dass diese nicht effizient funktionieren kann. Zudem ist die Umgebung, in der die Wasserpumpe eingesetzt wird, äußerst komplex – unterschiedliche Umgebungen erfordern unterschiedliche Prozessabläufe und Parameter. Im Laufe der Nutzung müssen diese Aspekte flexibel angepasst werden. Beim Regeln des Wasserpumpensystems sollte man darauf achten, den Energieverbrauch so weit wie möglich zu verringern. Man sollte möglichst wenig von der Drosselregelung verwenden, sondern stattdessen Lösungen aus dem Bereich der Veränderung des Winkels, der Drehzahl oder des Schneidvorgangs anwenden, um sicherzustellen, dass sowohl der Motor als auch die Pumpe effizient arbeiten können. Bei der Montage der Wasserpumpe muss der Winkel des Laufrads entsprechend den Anforderungen der jeweiligen Einsatzumgebung angepasst werden, um den richtigen Einbauwinkel der Blätter zu bestimmen und eine effiziente Funktionsweise der Pumpe zu gewährleisten. Die Drehregelung bezeichnet die Anpassung der Leistung einer Wasserpumpe durch das Drehen des Räderrahmens. Es handelt sich dabei um eine der einfachsten und praktischsten Energieeinsparmaßnahmen. Bei der Drehregelung gilt als Grundsatz, dass der Durchfluss, der Druck sowie die Antriebsleistung vor und nach dem Drehen des Räderrahmens proportional zu dessen Durchmesser, dem Quadrat des Durchmessers sowie dem Kubus des Durchmessers sind. Ein Punkt, auf den man bei der Anpassung des Drehvorgangs achten muss, ist, dass die Anpassungen innerhalb eines sicheren Bereichs vorgenommen werden sollten und nicht unbegrenzt. Die Drehzahlregelung ist die direkteste und am häufigsten verwendete Regelungsmethode im täglichen Gebrauch. Sie verursacht keinen Leistungsverlust, da sie die Leistung der Pumpe direkt durch eine Änderung der Drehzahl der Pumpe beeinflusst. In der Alltagspraxis werden dies hauptsächlich durch Getriebekästen, durch Riemenantriebe, durch Frequenzumrichter oder durch Elektromotoren erreicht. Die ideale Methode unter diesen ist die Frequenzumrichtersteuerung. Ihre Vorteile sind hocheffiziente Leistung, eine stufenlose Drehzahlanpassung sowie ein breites Drehzahlbereich. Der Nachteil in der Anwendung ist jedoch die hohe Investitionskosten. 　　4. Energieeinsparung durch Betriebsstätten und Einzelpersonen bei der Nutzung von Wasserpumpen
In den konkreten Anwendungsumgebungen sollte ein geeignetes Pumpensystem gewählt werden. Während des Betriebs müssen Betriebsstätten und Einzelpersonen außerdem darauf achten, ein Bewusstsein für Energieeinsparung zu entwickeln und strenge Kontrollmaßnahmen zu ergreifen, damit die Wasserpumpen während ihres Betriebs Energie sparen können. Gleichzeitig muss das Pumpensystem während seines Betriebs regelmäßig gewartet und instand gehalten werden, damit es in einem optimalen Betriebszustand bleibt. Durch regelmäßige Überprüfungen können Probleme im Pumpensystem frühzeitig erkannt und behoben werden. Dadurch wird nicht nur die Lebensdauer des Pumpensystems verlängert, sondern es können auch gute Energieeinsparungen erzielt werden. Mit der Entwicklung moderner Technologien werden in der Produktion auch neue Konstruktionsmethoden sowie fortschrittliche Gieß- und Bearbeitungstechniken eingesetzt. Dies trägt erheblich zur Steigerung der Effizienz von Wasserpumpen bei und fördert somit die Energiesparmaßnahmen. Die Probleme bei der Energieeinsparung bei unseren aktuellen Wasserpumpen werden, mit zunehmendem Bewusstsein der Menschen und technischem Fortschritt, sicherlich gelöst werden. Die Aussichten für die Energieeinsparung bei Wasserpumpen sind sehr gut. Um die mechanische Effizienz der Wasserpumpen zu verbessern, ist es notwendig: (1) Die Verluste durch die Lager zu verringern; (2) Die Verluste im Füllkasten zu verringern – dabei sollte je nach Verwendungszweck und Einsatzort die geeignete Füllung gewählt werden, und der Druck auf die Füllung muss richtig eingestellt werden; (3) Die Reibungsverluste innerhalb der Wasserpumpe zu verringern. Zu den Reibungsverlusten innerhalb der Wasserpumpe gehören: 1. Die Reibungsverluste zwischen dem Wasserstrom und den Oberflächen des Pumpenkörpers sowie des Pumpendeckels; 2. Die Reibungsverluste zwischen dem Wasserstrom und den Oberflächen der Kanäle auf der Hoch- und Niedertdruckseite des Laufrads; 3. Die Reibungsverluste zwischen den Kontaktflächen der verschiedenen drehenden Teile innerhalb der Wasserpumpe. Um die Reibungsverluste zu verringern, kann bei den ersten beiden Fällen, falls die Oberflächenrauheit der Bauteile groß ist, zunächst eine Glättung durchgeführt und anschließend eine Schutzbeschichtung aufgetragen werden. Für die Schutzbeschichtung wird das Yukeo-Super-Lubricant verwendet – je nach Flächengröße. Um lokale Schäden an der Oberfläche der Strömungskanäle durch Kavitation zu vermeiden, sollten diese zunächst beseitigt werden, bevor eine Beschichtung aufgetragen wird. Bei kleinen Flächen kann man stattdessen Schweißen oder Glätten anwenden. Was den dritten Punkt betrifft, so ist es entscheidend, bei den sich bewegenden Teilen der Wasserpumpe auf eine hohe Qualität der Verarbeitung sowie der Montage zu achten. Dadurch wird eine ideale Strömungsverhältnisse im Inneren der Pumpe gewährleistet, wodurch die Reibungsverluste verringert werden. Die Qingdao Yuke New Materials Co., Ltd. ist seit über zehn Jahren auf die Forschung in der Polymerwissenschaft spezialisiert. Sie hat die Theorie entwickelt, Energie zu sparen, indem man supergleitfähige Flüssigkeiten einsetzt. Unter dem Einfluss von schnellen Strömungen können in den Kanälen der Pumpengehäuse sowie auf der Oberfläche der Laufräder leicht Kavitationseffekte auftreten. Zudem kann eine unebene Metalloberfläche durch den Druck des schnell fließenden Wassers die Effizienz des Wasserflusses erheblich beeinträchtigen. Dieser Teil des Leistungsverlusts kann mit herkömmlichen Energiesparmethoden nicht behoben werden. Eine Schicht aus ultraleicht gleitfähigem Fluid ist eine widerstandsfähige keramische Schicht, die bei Raumtemperatur auf den Durchflusskomponenten der Pumpe aufgetragen wird, um die Innenwände der Pumpe glatt zu machen und so Reibung sowie Abnutzung zu verringern. Die Glätte dieser Schicht beträgt 20 Mal so viel wie bei poliertem Edelstahl. Zudem weist das Material eine sehr starke Wasserabweisung auf, wodurch die Haftkraft an der Wasseroberfläche auf ein Minimum reduziert wird. Die Oberfläche verkrustet nicht leicht, bleibt auch nach längerer Nutzung noch glatt wie neu. Die Effizienz des Wasserdurchflusses wird verbessert, wodurch unnötige Energieverbräuche stark reduziert werden. Die Leistung des Motors sinkt dadurch – dies führt zu einer Energieeinsparung. Diese Energieeinsparmethode steht in keinem Widerspruch zu anderen traditionellen Methoden zur Energieeinsparung. Auch bei Pumpen, die bereits mit Frequenzumrichtern ausgestattet sind oder bearbeitet wurden, ist die Wirkung weiterhin deutlich. Durch das Auftragen der Schicht können sowohl die Durchflussrate als auch die Förderhöhe der Pumpe erheblich gesteigert werden. Gleichzeitig sinkt jedoch die Leistung der Pumpe. Der gesamte Beschichtungsprozess bewirkt keine strukturellen Veränderungen an der Pumpe. Der Sicherheitsfaktor ist unter allen Energieeinsparmethoden am höchsten. Die Schicht aus supergleitfähigem Material weist die Eigenschaft auf, sich unter Belastung zu dehnen – dadurch kann eine bessere Vorbeugung gegen Kavitationsschäden an der Pumpe erreicht werden. Eine einfache Beschichtung hält mehr als 5 Jahre lang