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水泵节能改造的应用

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节能减排已经成中国经济发展规划纲要的主要内 容，尤其对电力、钢铁、有色、石油化工、水处理等 工业领域高耗能企业提出了更加严格的减排目标。水 泵作为工业核心流体输送设备，占据着耗能的主要部 分，已经成为节能工作首要需解决的问题。传统的节能方式主要有变频、改变泵的构造，经过长期的发展已经没有更大的提升空间陷入一种瓶颈状态。本文主要 介绍一种新型的高分子涂层材料，减少泵内的摩擦阻 力损失，可提高新泵效率 2-5%；对于已经受腐蚀和磨 损的旧泵，本文也提供了快速修复的涂层工艺，可恢 复泵效率 15%左右。通常情况下，离心泵内的容积损失 ηv、水力损失 ηh和机械损失 ηm 时构成泵的效率的主要因素，即水泵的 总效率 η 为 3 个局部效率的乘积：

η=ηv·ηh·ηm

要提高水泵的效率，一方面，需要尽量减少机械 损失和容积损失，可以通过改善泵壳内过流部分的泵 型设计、制造和装配精度来达到。另一方面，也可以改善流体的水力损失 ηh 达到， 而水力损失包括冲击损失：

Δh1=k1（QT－Q0）2和摩阻损失： Δh2=k2Q2T

式中 QT    为理论流量；Q0 为设计流量；k1, k2 为比例系 数。

本文将从如何减少流体的水力损失中的摩阻损失 Δh2, 探讨解决的方法。

根据阻力损失理论，流体流动分为层流区、过渡 区和湍流区，取决于雷诺系数 Re；离心泵中的流体雷 诺系数 Re＞4000，流动进入湍流区，摩擦系数λ不再 随 Re 变化，其值取决于相对粗糙度ε/d。即

λ=1/[1.74-2log(2ε/d)]2

阻力损失 hf 与摩擦系数λ成正比关系。 可见，如何减小泵体内的粗糙度ε，进而减

低局部湍流程度，是提高水泵效率的手段之一。 另外，从泵受腐蚀角度来看。金属表面粗糙、局部湍流剧烈时，加快了金属的腐蚀速度，使氧化保护 层提早脱落被水流带走；同时局部湍流也容易导致汽蚀，气泡毁灭时产生的高强冲击力使金属表面层疏 松，从而加深腐蚀情况。某些工况下，在含有固体砂 粒的流体中，由于磨粒切削磨损，泵表面层变得更加 粗糙，甚至穿孔。图 1 为某化工厂冷却水循环泵的腐 蚀状况。

3. 常规减阻和焊接修复方法的弊端

常规的减低阻力损失的方法为精密机加工，抛光

等；或采用不锈钢材质以提高表面光洁度，但是这样 会大大增加成本。

抛光的金属表面并不能解决腐蚀问题，尤其在海 水介质条件下，氯离子浓度非常高，极易侵蚀不锈钢 表面。遭受腐蚀后的金属表面的凹坑和裂缝，如果用堆 焊的方法修复，容易造成热应力变形，导致泵体无法 回装。

另外，焊缝金属和原本体金属的形成原电池电位 差，造成电解双金属腐蚀效应，引起二次腐蚀。

高分子超滑金属涂层 是由美国高分子公司出品的一种饮用水的涂层系统（泵节能改造），可提高流体设备效率，并保护设备防止化学腐蚀。该（泵节能改造）材料经检验达到美国国家卫生组织（ANS/NSF61）标准并符合英国供水规定第25款中的饮用水标准。1999年11月，国家城市供水水质检测网武汉检测站也对送检的超滑涂层（泵节能改造）浸泡液出具了符合国家饮用水卫生标准的检测报告（990111——1），所以高分子超滑涂层（泵节能改造）材料可广泛用于城市给水系统。

高分子超滑涂层（泵节能改造）材料是由基本原料和加固原料两种组分组成的高分子抗磨材料。

高分子超滑涂层（泵节能改造）材料具有表面光滑、粗糙度小的特性，表1为超滑涂层（泵节能改造）材料与其它不同材料表面粗糙的对比数据。从表1可以看出，超滑涂层（泵节能改造）材料的表面粗糙度要比其它几种材料小一个或几个数量级，所以可在流体设备内产生光滑的表面，减少涡流的产生。

      表1              表面粗糙度对比

高分子超滑涂层（泵节能改造）材料还具有优良的机械性能（见表2），泵节能改造材料优良的机械性能指标可以保证水泵叶轮高速旋转过程中涂层不破损脱落。

      表2            高分子超滑涂层机械性能

通过以上两表可看出泵节能改造材料具有粗糙度小、表面光滑、抗磨的特性，尤其有利于对现有机泵进行改造，以较小的资金投入，较短的待机时间，较简单安全的施工方式即可进行改造。