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真空设备/泵 |
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高效的流程泵驱动技术大大节约能源成本 |
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newmaker 来源：流程工业 |
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欧美委员会和美国能源部的调查报告显示：利用电动机驱动的系统能耗占全世界能耗的20%左右；其中，仅流程工业领域中的流程泵一项就占总能耗的1/5。由于能源费用越来越高，因此在现代化新型电动机和/或者电子驱动调节技术方面的投资有着非常重要的意义，会得到很高的投资收益率。
电动机能够将电能转换为动能，使物体运动。自从170年前电动机发明成功之后，人们一直在研究提高电动机效率的有效方法。但是，提供的技术解决方案很少得到应用，例如根据德国电子和电气协会（ZVEI）的报告，仅变频器一项技术措施就可以节约90%的能耗，其余的可以通过现代化的节能电机来实现节能。如果这样说还不够非常明确，那么下面的数字就能够使您清楚地了解这些技术的实施效果和意义了：据ZVEI统计，整个德国大约有3000台电动机在使用运行中；其中只有12%的采用了节能的转速调节装置。如果将这一百分比提高到50%，将会节约大量的能源。按照工业用电价格8欧分/kWh计算，每年可以节约17.5亿欧元的电费，这是一个非常惊人的数字。
电气驱动：不同应用目的的驱动产品生产、销售情况
但是，在省钱之前是需要投资的。而这种投资的大小对很多采购者有较大的影响：按照使用期限10年、每年工作2000小时计算，电动机的采购费用还占不到总费用（使用寿命周期费用）的3%，而能源电力的费用则占了总费用的95%。这种情况恰恰适合于流程泵的采购和使用：每节省一度电、电动机效率每提高一个百分点，都会在电动机的长期使用中积少成多带来很大的节约效益。
电气驱动技术中电流整流器和变频器的增长情况
节能专家计算的节约帐
跟家用电器一样，欧盟也对电动机的效率水平进行了等级分类。在欧盟的电动机效率等级分类标准中将电动机的效率等级分为三级（EFF1、EFF2、EFF3），其中效率最高的为EFF1级，供优先选用。
德国铜生产企业算了这样一笔帐：四极30kW的电动机驱动一台流程设备的冷却水泵时按8000h/年满负荷计算，电价按8欧分/kWh计算，高效电动机的效率为93.2，普通电动机按91.4计算，节约的电费一项就高达每年＝8000×30×100%×0.08×（1/91.4~1/93.2）＝405欧元。从电动机的效率来看，两者的差异不算太大，但是每年节约的电费却是一个不小的数目。若普通标准电动机的价格按照1300欧元，EFF1级节能电动机的价格按照1650欧元计算，则高效节能电动机投资费用增加的部分可在9.5个月内收回。也就是说使用高效节能电动机的投资成本很快就可以收回。
这种电动机的另一个优点是其较低的噪音污染：电动机的噪音（也包括与其有关的流程泵噪音）主要是由于电动机旋转而产生的。EFF1级的节能电机由于其较高的效率和散热的明显减少，所需的冷却用空气流通量也很少，因此，它运行时通常噪音都很小。较低的散热量对转子铜制绕组的绝缘非常有益，也延长了它的使用寿命。高效节能电动机较低的工作发热也有利于延长电动机轴承的使用寿命（电动机轴承润滑剂的使用寿命与工作温度有着密切的关系）。人们还看到高效节能电机在提高流程设备的利用率方面还有着积极的作用，西门子公司研发生产的最新型高效节能电动机可将转换为热能的功率损失减少45%，也就是说：对于一个1.1kW的电动机可将其效率由原来的77%提高到现在的84%。西门子公司以其精湛的制造工艺技术减少了冷却空气的用量、降低了电动机运行时的噪音，提高了电动机的工作效率。其中，很大一部分功劳应归功于使用的金属材料，例如：铝、铜和电工专用的硅钢片。
负责这一领域生产的Fred Hochbrückner先生说道：“我们采用最现代化的方法对电动机绕组进行优化。而且电动机的转子也有着很大的节能潜力。用铜来替代铝制作转子有着多方面的意义，因为铜的损耗电阻很小。这样一来，在电动机功率相同的情况下，我们的电机体积更小，结构更紧凑。”
变速器生产厂Nord公司为用户提供由电动机、变速器和智能化的、在整个功率范围内进行功率优化的功率控制器构成的系统解决方案，与普通的驱动系统相比较，这一系统可将用户驱动系统的运行费用降低40%。必要时，Nord公司将会动用其特殊的结构设计原则和使用特殊的专用材料。例如在电动机中使用较大的铜质材料绕组以及特殊的硅钢片材料转子。而由于较高价格材料带来的采购成本的增加可以很快的收回，因为在电动机的整个使用寿命周期内能源费用占了98%左右。高效的Nord电动机满足了欧盟EFF1级标准的要求，满足了北美洲EPAct标准、NRCan和NEMA MG-1标准的要求。节能型的变速器有着最佳的啮合齿形，在使用了特殊的合成润滑油之后有着很高的耐磨性能和免维护保养性能。
Grundfos公司研发设计的CR-120 和CR-150系列的高压流程泵（输出流量可达180m3/h）配备的是达到EFF1等级的高效节能电动机（55kW和75kW）
提高能源利用率的劳务服务
从2005年起，德国能源机构（Dena）掀起了一场“工业和手工业中的节能运动”，为企业提供技术咨询和技术支持，帮助他们提高流程泵系统的能源利用率。在这场运动中，某些具体的节能项目可以实现年节约10万欧元的目的；而达到同样的经济效益，企业必须开拓新的、更大的市场。在接受技术咨询的70家企业中，节能潜力平均达到了30%。准确地说：由于流程泵系统采用节能措施而节约的费用每年可达2500~50 000欧元。
Dena机构掀起的这场运动带来了明显的效果：如果对动力驱动系统进行整体性优化，而不是一部分一部分地进行局部优化，则能够达到最高的节能效果。
西门子的专家们也确认了这一事实：“更换新的驱动部件或者使用变频器是非常重要的。而系统的整体节能优化则会带来更好的结果”，西门子工业解决方案和技术服务公司（I&S）的Michael Schweinle先生解释道。西门子I&S公司作为一家技术服务公司为用户提供了一套分为三个等级的现有流程设备节能优化方案。其技术服务的领域包括了节能潜力的理论计算、技术性的节能潜力分析、完整的节能方案和节能方案的贯彻落实。
节能改造投资的费用并不是始终占据第一的重要位置。西门子公司A&D公司的集团Zwanziger先生说：“对于西门子公司来讲，降低CO2排放也是一个非常重要的企业职责。”西门子集团公司是欧盟“电机挑战计划”中的一个重要成员。这家由多个子公司组成的企业集团承担着节约能源或者给有节能意识的企业提供支持和帮助，高效节能技术的推广等义务。西门子公司A&D和I&S公司已经制订了贯彻落实节能解决方案的进度计划，并与欧盟委员会签订了协议。
上图所示为一传统的流程泵驱动系统示意图，其总效率为31%，下图为采用高效驱动技术的流程泵系统示意图，其总效率为72%
注意涡流损失
另外，流程泵的类型也决定了驱动系统的效率是多少。当您对无泄露的无密封流程泵问世而感到高兴时，也请您不要忘记这种流程泵有着比普通流程泵还要低的工作效率。而且在这方面还有许多不同的问题需要解决，就像本文列举的磁力驱动泵所示的那样：若密封处的隔离腔采用金属结构，则不可避免的要带来涡流。因此，采用塑料材料制作的隔离腔具有更多的优点。
由于旋转的电磁转子在非金属的隔离腔中不会感应出涡流电流，因此也不会因感应而发热，也不会把一部分驱动能量毫无意义地传递给被输送介质。另一方面，据Richter Chemie技术公司估计塑料隔离腔可比金属隔离腔的节能效果提高20%，还有一个优点是被输送的介质可以在接近沸点的温度情况下进行输送。
小结：考虑使用最好的流程泵驱动方案是很有价值的。一般情况下，流程泵节能技术改造的投资费用可以在2~3年的时间内收回。这是一种非常轻松的赚钱方式，同时还能降低CO2的排放。也许，人们更应该从资本利润率的角度来看问题，不仅只是关注投资回收期。两年的投资回收期相当于资本利润率为50%。这一数据是财务审计人员最愿意听到的数据。
同步电动机或者异步电动机？
尽管小功率的异步电动机的工作效率不高，但基于其坚固和有利的结构型式在流程泵的驱动中一直长盛不衰。因此，据KSB的电动机专家介绍，在异步电动机的效率提高中有着很大的空间可以挖掘。电动机理论上可以实现的工作效率由公式ηtheoretisch＝1－s限制住了，而式中的s＝滑差率是异步驱动必须考虑的因素。在同步电机中，则不会有转子的滑差，因为没有电流流经转子，没有在转子中形成力矩。
由于在电动机中越来越多的使用了永磁励磁绕组，据KSB公司介绍他们已经实现了最大的节能潜力。通过在转子中使用永磁励磁绕组，使得同步电机的转子没有电力损失。这样的EC-电动机价格一般较高，目前主要用于小功率电动机中（热循环泵）。
电动机的效率去哪了？
电动机的任务是将电能转换为机械能（旋转运动）。不仅仅是负载，而且非负载性的损耗都降低了电动机的效率。
与负载大小有关的损耗是与电流强度的平方成比例的能量损耗，包括：
·定子损耗（铜绕组损耗）
·转子损耗（滑差损耗）
·扩散损耗（在电动机不同零部件中）
与负载无关的电动机损耗包括：
·涡流电流引起的损耗（铁芯损耗）
·机械损耗（摩擦）(end)
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| 文章内容仅供参考
(投稿)
(7/14/2008) |
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