1、全三元水泵节能技术应用全三元水泵节能技术应用上海国立节能环保工程科技有限公司 技术总监上 海 理 工 大 学 水 泵 研 究 所 副 所 长程云章 博士一、公司简介一、公司简介 上海国立节能环保工程科技有限公司是一家专业从事节电、节水等节能项目及产品的研究开发、销售和技术服务的公司。公司以提高企业、团体节能、环保水平，为用户降低能耗提高效益为己任；全面开发应用具有世界先进水平的节能技术与产品，终身服务于我们的客户。二、二、为什么选择水泵节能为什么选择水泵节能 进入“十五”以后，我国能源消费速度开始加快，并且逐步超过同期国内生产总值的 增长速度，能源利用效率开始逐年下降，能源消费需求快速上升。2
2、006年上半年的实际情况是：GDP增长10.9%的同时，煤、电同比分别增长了12.8%和12%，全国万元GDP能耗同比上升0.8%。全年的节能形势也不容乐观。能源效率下降的势头在2006年没有得到根本扭转，若2006年全年单位GDP能源消耗高于2005年，意味着“十一五”期间单位GDP能源消耗降低20%的目标必须在4年内完成，每年要降低5.4%。“十一五”期间完成节能降耗20%的目标任务十分艰巨。节能问题对中国经济发展与国家安全的重要性是不言而喻的。1、目前的形势、目前的形势2、如何让国家节能与企业利益并存、如何让国家节能与企业利益并存 企业需要发展,国家需要节能。水泵、风机是工业领域中最为广
3、泛的必不可缺的基础性设备。据国家权威部门统计，水泵能耗占电力能源消耗的36%。在大多数生产厂家中水泵、风机的能源消耗占全部能源消耗的15%55%。根据泵类行业特性，绝大多数的泵系统，无论其新或旧，都无法与厂家的实际使用工况相匹配；并且由于普通一元叶轮存在射流尾迹的影响，水泵、风机的实际效率明显较低。针对这点，全三元流叶轮改造可以明显提高泵效率，从而达到节能降耗的目的。用泵企业提高水泵自身的使用效率，从根本上降低能耗不仅仅只是一次节能改造，更是为国家节能事业出一份国人应尽的力量。三、常用的水泵节能方法三、常用的水泵节能方法 1、切割叶轮方案：水泵制造厂或用户对在用泵不符合使用要求时，可以采用的方
4、式只有切割叶轮；或整体更换新泵。切割叶轮是对流量、扬程都减小时使用的方法，此时电机功率会减小，人们往往以为这样是节能了；但要知道由于流量的减小，单耗（吨水电耗）不但不减，反而还会增加，因此水泵自身的水力效率是下降的。换装新泵，由于管路、底座甚至电路、电机都要改变，不但周期长，投资大，不是万不得已是不宜采用的。特别是对于要求泵扬程减小，流量增大；或扬程、流量都在电机的功率许可条件下一起增大的情况，切割叶轮是无法应用的。2 2、变频调速方案：它是在降低频率，因而降低电机转速（即泵转速），使泵的扬程下降，流量也下降。变频调速减小了阀门的节流损失；因而减小了电机功率损耗，是一种节能措施；但如果泵的运行
5、工况是稳定的（压力、流量稳定），变频调速方案就不可取。只有针对工况变化频繁或较频繁的水泵采用变频调速才是可取的。四、为什么选择全三元四、为什么选择全三元 全三元水泵节能技术：传统叶轮设计采用的速度系数法、相似换算法等是基于水泵内部流动一维和准一维的假设条件下的经验方法，具有相当的局限性和随机性。近年来，随着计算机应用的普及和商业化的CFD（计算流体动力学）软件的成熟，在叶轮设计阶段通过进行CFD分析，了解叶轮流场分布情况，对叶轮的设计进行理论评价和修正，提高了设计水平和设计工作效率。因此采用传统设计方法同CFD流场分析相结合的设计方法，已经成为叶轮设计的主要方法，正广泛应用于流体机械的叶轮设计
6、过程中。叶轮内部流场分析计算方法的发展可以分成两个阶段，以理想流体力学模型为基础的早期阶段和以粘性流体力学模型为基础的当前阶段。五十年代吴仲华教授提出的”叶轮机械三元流动“理论，七十年代后被广泛的应用于航空燃气轮机设计和研究，也称为吴氏理论或两类流面理论。吴氏理论是建立在理想流体“忽略流体粘性”假设的基础之上，对由于粘性作用引起的流体效应无法在计算中直接反映出来，如粘性引起的分离流动、叶片尾迹等现象。因此在粘性效应比较显著的离心式叶轮中，采用吴氏理论的计算结果往往与实际流动情况偏差较大。为解决这类问题，扩大吴氏理论的应用范围，使计算结果更符合实际，70年代起，在吴氏理论的基础上，提出了多种修正
7、方法来反映离心叶轮内流动真实情况，其中比较成功的有含“射流-尾迹模型”的三元流动计算方法。1、以理想流体力学模型为基础的、以理想流体力学模型为基础的“两类流面两类流面”理论阶段。理论阶段。2 2、以粘流体力学模型为基础的、以粘流体力学模型为基础的“全三元流动全三元流动”理论阶段理论阶段 上世纪90年代以来，随着计算机科学技术的发展和计算机应用的深入，CFD科技在理论和应用上也取得了长足进步，最典型的标志是（1）采用全 三元粘性流体力学模型；（2）求解控制方程组的离散方法有更多的选择，特 别是广泛采用适合工厂应用的有限体积法；（3）可以提高计算收敛速度 的多重网格发的成熟和应用；（4）成熟的网格
8、划分技术和数据处理技术等 等。叶轮是水泵的心脏,它决定了泵的扬程、效率的绝大部分，不是工况与设计值差异极大的情况，泵体的影响总是较小的。对于在用泵，结合其在用的流量、扬程及泵体，设计出可互换的高效率三元流叶轮，换装于原泵内。这是最简捷、见效最快的技改方式。改造泵叶轮与采用变频调速并不能互相取代。即使采用了变频调速，但是提高泵效率的问题仍然存在。仍可使用改造泵叶轮（全三元改造）技术，提高节能的效果。综上所述，对在用泵，应用全三元流动理论设计高效率可互换的叶轮，无论对工频泵或变频泵都是行之有效的节能技改方案。其投入产出比最优。3、叶轮的实际使用与全三元的结合、叶轮的实际使用与全三元的结合五、全三元
9、技术改造项目实施方法技术改造项目实施方法 1、根据用户水泵实际运行工况，以完全满足用户实际运行需要为前提；使用全三元设计软件，重新设计、铸造加工可互换的高效率全三元叶轮，换装于原设备壳体内。不动设备基础、电机、管路等，施工简单，见效快。合同能源管理（EMC）：根据合同能源管理方式，技术改造的成本将完全由本公司承担；或用户承担10%。改造完成后，用户将在三年内由节能改造产生的节能效益中按一定的比例分成给本公司。本公司获得年月节能效益的80%，用户获得年月节能效益的20%。2、付款方式：用户每月将实际节能效益金额按合同比例，在每月交纳电费时一并汇入本公司帐户。上海某化纤有限公司循环、冷却水系统节能
10、改造：上海某化纤有限公司循环、冷却水系统节能改造：公司自1994建厂投产以来，现已经发展成拥有员工520名，年产值达22亿元，利税达5000万元的上海化纤行业发展版块的龙头企业。该公司循环、冷却水系统有12Sh6B型循环水泵5台，开3台、备用2台，全天24小时运行；250S65A型冷却水泵3台，开2台、备用1台，全天24小时运行。经本公司派员实际检测，均有较大节能潜力。六、案例概述六、案例概述 公司水泵间 原型叶轮 新型叶轮该该公司以合同能源管理方式实施了节能改造：公司以合同能源管理方式实施了节能改造：1、12Sh-6B，电机功率，电机功率225kW A）方案一：）方案一：叶轮改造结果（适用于
11、三分之二春秋季、冬季）：流量726m3/h，压力0.54MPa，电机电流257A。机组效率由原来的50.15%提高至70.44%，提高20.29%；电机实际功率由原来的233.6kW降低至145.8kW，减少87.8kW；每天节电2107.2kWh。B B）方案二：方案二：叶轮改造结果（适用于三分之一春秋季、夏季）：流量820m3/H，压力0.57MPa，电机电流340A。机组效率由原来的50.15%提高至62.88%，提高12.73%；电机实际功率由原来的233.6kW降低至198.9kW，减少34.7kW；每天节电832.8kWh。改造后：流量486m3/h，压力0.282MPa，电机电流
12、105A。机组效率由原来的44.65%提高至60.04%，提高15.39%；电机实际功率由原来的88.9kW降低至62.2kW，减少26.7kW；每天节电：640.8 kWh。说明：三分之二春秋季、冬季为189天（210天*0.9运转率）；三分之一春秋季、夏季为140天（155天*0.9运转率）。A A、（、（2107.2kWh*3台台*189天天+640.8kWh*2台台*189天天)=(1194782.4kWh+242222.4kWh)=1437004.8 kWh B B、(832.8kWh(832.8kWh*3 3台台*140140天天+640.8kWh+640.8kWh*2 2台台*140140天天)=)=(349776kWh+179424)=529200kWh (349776kWh+179424)=529200kWh该项目年节约电量A A+B=196.62万万kWh2、250S65A，电机功率，电机功率90kw3、节能效益节能效益 我们的承诺我们的承诺：保证节电率达到1030，我公司承担全部改造风险。在原工况达不到实际用量时，我公司可根据需要提高效率。如改造后若无节能或增容效果，不收取任何费用。改造后的水泵，我们终身提供备件等服务。
