Применение сверхскользких жидкостей в энергосберегающей модернизации водяных насосов

Thread Content

Водяные насосы широко используются в различных сферах промышленного и сельскохозяйственного производства, а также в быту. Ежегодно на работу водяных насосов тратится более 21% от общего объема электроэнергии, потребляемой в стране. Водяные насосы также являются неотъемлемым оборудованием в бумажных производствах: они используются для подачи воды при производстве целлюлозы, в щелочных печах, а также для подачи воды в котлы, работающие на угле. Это одно из основных энергопотребляющих устройств в бумажных производствах. В настоящее время эффективность насосов на бумажных производствах в целом невысока ； Выбрана слишком мощная насосная установка, способ управления её работой устарел. Большинство предприятий по-прежнему используют регулировку по постоянной скорости, причем расход воды в насосах регулируется в основном с помощью клапанов. Под влиянием таких факторов, как сезон, климат, нагрузка и т. д., водяные насосы часто работают при низкой нагрузке или даже с сужением потока более чем на 50%. Из-за потерь, связанных с сужением потока, а также работы вне зоны высокой эффективности происходит значительная трата энергии. Поэтому разработка технологий и методов энергосбережения для насосов в промышленных предприятиях, повышение эффективности их работы имеет важное значение для улучшения экономической и социальной эффективности предприятий. Тенденции развития технологий энергосбережения в насосах 1. Низкий уровень технической сложности самого дизайна насосов В настоящее время в Китае при проектировании насосов в основном используются традиционные методы, такие как метод замены моделей и метод коэффициента скорости. Эти методы в определенной степени устарели, поскольку они основаны на старом опыте проектирования насосов. В процессе проектирования невозможно превзойти прежний уровень качества, а также добиться повышения эффективности работы насосов. К тому же проектировщики насосов недостаточно инвестируют средства и ресурсы в развитие технологий; у специалистов, занимающихся проектированием насосов, отсутствует стимул к инновациям и чувство необходимости в них. В результате технологический уровень насосов не может быть повышен, а значит, и достижение энергосбережения становится невозможным. К тому же производители насосов сосредотачиваются исключительно на экономической эффективности, игнорируя вопросы энергосбережения при производстве насосов. **Отсутствие государственной поддержки и финансовых льгот в этой области также приводит к тому, что у производителей насосов нет стимулов для снижения энергопотребления и повышения эффективности насосов.** 　　2. Существуют заблуждения относительно энергосбережения в насосах. Раньше мы понимали энергосбережение в насосах преимущественно как повышение различных показателей их эффективности. На самом деле это является заблуждением в понимании принципов энергосбережения в насосах — это однобокое толкование. Под понятием энергосбережения мы имеем в виду не только показатель эффективности, но и такие аспекты, как стабильность работы насосов, срок их службы, экономия материалов и прочее. Кроме того, в контексте условий эксплуатации насосов необходимо также проводить целенаправленную работу по энергосбережению. Речь идет о таких характеристиках, как герметичность насоса, его гидравлические свойства, способность выдерживать высокие температуры и т. д. Все это должно проектироваться с учетом различных условий и целей использования. Поэтому исследование энергосбережения в насосах представляет собой крайне сложную задачу. Наше понимание концепции энергосбережения также не должно быть однобоким; необходимо иметь всестороннее и целостное представление об этом. 　　3. Факторы, связанные с организациями и отдельными лицами, использующими насосы При покупке насосов организации и отдельные лица обычно обращают внимание на то, соответствует ли насос их потребностям и является ли его цена доступной. Однако они не придают особого значения техническим характеристикам насосов, связанным с энергосбережением. Такая потребность потребителей также снижает стремление проектировщиков и производителей водяных насосов к внедрению технологий энергосбережения. К тому же значительная часть потребителей при выборе насосов предпочитает брать такие насосы, у которых объем притока воды и высота подъема превышают необходимые значения. Это делается для обеспечения удовлетворения собственных потребностей. В результате эффективность работы насоса в реальных условиях оказывается значительно ниже его максимальной эффективности, и насос не может работать в режиме высокой эффективности. Кроме того, в процессе эксплуатации из-за недостаточно строгого управления и контроля со стороны организаций, использующих насосы, неправильной эксплуатации и технического обслуживания, а также задержек с ремонтом, насосы часто выходят из строя, что приводит к значительной трате энергии. 　　III. Пути энергосбережения в насосах 　　1. Энергосбережение в самом насосе 　　При проектировании и производстве насосов специалисты, занимающиеся этой деятельностью, должны уделять внимание вопросам энергосбережения. Как производители насосов, они несут ответственность за предоставление потребителям высокоэффективных и экономичных насосов. При проектировании насосов организации, ответственные за его создание, должны использовать качественные гидравлические модели и изучать научно обоснованные и эффективные методы гидравлического проектирования. В процессе проектирования необходимо проводить тесты на надежность насосов, а также тесты на выбор материалов, из которых будут изготовлены насосы, чтобы повысить их эффективность в эксплуатации. Предприятия, производящие водяные насосы, должны в процессе производства устанавливать собственные стандарты, строже, чем **механические стандарты, и прилагать все усилия для снижения гидравлических потерь. В процессе производства осуществляется строгий контроль за всеми этапами, при этом старается снизить степень шероховатости деталей, находящихся в зоне потока жидкости. Также тщательно обрабатываются щели между деталями, а их размеры сокращаются для повышения эффективности работы насоса и достижения цели экономии энергии. 　　2. Повышение энергоэффективности системы насосов  Помимо внимания к собственной энергоэффективности насосных устройств, необходимо также уделять внимание разработке технологий повышения энергоэффективности всей системы. Эффективность работы насосов и связанные с ними компоненты также играют важную роль; технологии повышения энергоэффективности системы даже более важны, чем технологии, направленные на снижение энергопотребления самого насоса. В исследованиях технологий энергосбережения в системах необходимо сосредоточиться на проектировании систем с учетом требований к энергосбережению, чтобы все компоненты системы могли работать в оптимальной синергии. Таким образом, в процессе работы насосов вся система насосов сможет достигать максимальной эффективности своей работы. В этом отношении речь идет прежде всего о соединении водяных насосов и двигателей, проектировании сети трубопроводов, а также о соединении и согласованной работе всех связанных компонентов. Это позволяет им полностью раскрыть свой потенциал, тем самым повышая эффективность работы системы водяных насосов и срок ее службы. 　　3. Энергосбережение во время работы насоса 　 Повысилась эффективность самого насоса, а вся система насосов была спроектирована с учетом принципов энергосбережения. Однако это лишь один аспект. Еще один важный аспект — это процесс работы самого насоса. На практике часто из-за неправильного использования насосов они не могут эффективно выполнять свои функции. К тому же условия эксплуатации насосов очень сложны: для разных условий требуются разные технологические процессы и параметры. В процессе эксплуатации необходимо гибко корректировать все эти аспекты. Например, при настройке системы водяных насосов необходимо стараться снизить потери энергии, минимизировать использование методов регулирования через ограничение потока. Проблему можно решить путем изменения угла, скорости вращения или других параметров, чтобы обеспечить высокую эффективность работы как двигателя, так и насоса. При монтаже насоса необходимо, исходя из условий его эксплуатации, регулировать угол поворота рабочего лопастного колеса, а также правильно определять угол установки лопастей, чтобы насос мог работать с высокой эффективностью. Регулировка путем токарной обработки заключается в изменении диаметра ротора насоса с целью его настройки. Это самый простой и удобный способ снижения энергопотребления. Существует основное правило при такой регулировке: расход жидкости, напор, мощность вала до и после токарной обработки пропорциональны диаметру ротора, квадрату его диаметра и кубу его диаметра. Одной из важных вещей при регулировке токарного станка является то, что регулировка должна производиться в безопасных пределах, а не без ограничений. Регулировка скорости вращения является самым прямым и часто используемым способом регулировки в повседневной практике. Она не приводит к потерям мощности, а изменяет характеристики насоса путем изменения его скорости вращения. В повседневной практике основными способами реализации являются использование коробки передач с шестернями, привод через ремень, изменение частоты вращения, использование электродвигателя и так далее. Среди этих способов наиболее идеальным является регулирование скорости с помощью изменения частоты. Преимущества этого метода заключаются в высокой эффективности, возможности бесшаговой настройки скорости и широком диапазоне регулирования. Однако недостатком является высокая стоимость внедрения. 　　4. Энергосбережение при использовании насосов организациями и частными лицами В конкретных условиях эксплуатации необходимо выбирать подходящую систему насосов. В процессе их работы организации и частные лица также должны соблюдать принципы энергосбережения и осуществлять строгий контроль, чтобы обеспечить эффективное использование энергии при работе насосов. В процессе эксплуатации необходимо регулярно обслуживать и технически обследовать систему насосов, чтобы она находилась в оптимальном рабочем состоянии. Благодаря регулярным проверкам можно выявить проблемы в системе насосов и своевременно их устранить. Это позволяет не только увеличить срок службы системы насосов, но и добиться значительной экономии энергии. С развитием современных технологий в производстве начали применяться новые методы проектирования, современные технологии литья и обработки материалов. Все это способствует повышению эффективности насосов и содействует реализации мер по экономии энергии. Проблемы, существующие в настоящее время в области энергосбережения при использовании насосов, несомненно, будут решены по мере повышения осведомленности людей и развития технологий. Перспективы энергосбережения в области насосостроения очень многообещающие. Для повышения механической эффективности насосов необходимо: (1) снизить потери, связанные с работой подшипников; (2) снизить потери, возникающие в уплотнительных элементах. Необходимо выбирать подходящие уплотнители в зависимости от назначения насоса и условий его эксплуатации, а также поддерживать соответствующую степень затяжки уплотнительных элементов. (3) Снизить трение внутри насоса. Трение внутри насоса включает в себя: 1) трение, возникающее при движении воды по поверхности корпуса насоса и его крышки; 2) трение, возникающее при движении воды по поверхностям каналов высокого и низкого давления; 3) трение между поверхностями вращающихся частей насоса. Для снижения потерь из-за трения в первых двух случаях, если поверхность детали имеет высокую шероховатость, её можно сначала отшлифовать, а затем покрыть защитным слоем. Для покрытия используется специальный гидрофобный слой от бренда Уко. Чтобы избежать местных повреждений на поверхности каналов из-за эрозии, сначала необходимо устранить эти повреждения, а уже затем нанести покрытие. При небольших размерах поверхности можно применить метод сварки или шлифовки. Что касается третьего пункта, то ключевым моментом для вращающихся элементов внутри насоса является строгое контролирование качества обработки деталей и процесса их сборки. Это необходимо для обеспечения оптимального режима потока воды и снижения тертя внутри насоса. Компания Qingdao Yuke New Materials Co., Ltd. более десяти лет занимается исследованиями в области полимеров. Она разработала теорию использования сверхскользких жидкостей для снижения энергопотребления. При высоких скоростях потока жидкости в каналах насоса, на поверхности лопастей и других элементах, через которые проходит жидкость, легко возникает явление аэрозоля. Кроме того, неровная поверхность металлических деталей может значительно снижать эффективность движения жидкости под действием высокоскоростного потока воды. Эту потерю эффективности невозможно устранить с помощью традиционных методов экономии энергии. Покрытие из сверхскользкой жидкости представляет собой прочное керамическое покрытие, которое наносится при комнатной температуре на элементы насоса, проходящие через поток жидкости. Благодаря этому внутренние поверхности насоса становятся более гладкими, что снижает сопротивление и износ. Гладкость поверхности под действием такого покрытия в 20 раз превышает гладкость полированной нержавеющей стали. Кроме того, материал обладает высокой гидрофобностью, что минимизирует силу адгезии к поверхности воды. Поверхность не склонна к образованию налета; даже после длительной эксплуатации она остается гладкой, как новая. Эффективность потока воды повышается, а ненужная мощность существенно снижается. Это способствует экономии энергии. Данный метод не противоречит никаким традиционным способам энергосбережения. Он также эффективен для насосов, уже оснащенных частотными преобразователями или подвергнутых обработке. После покрытия пропускная способность и напор насоса значительно увеличиваются, однако мощность снижается. Весь процесс покрытия не влечет за собой никаких изменений в конструкции насоса. Уровень безопасности при использовании этого метода является самым высоким среди всех способов энергосбережения. Слой сверхгладкого материала обладает уникальной способностью к уступчивости, что помогает предотвратить износ насоса из-за аэроэрозии. Одного простого покрытия достаточно для более чем 5 лет эксплуатации