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关于机 泵能效水平基础知识

发布时间:2017-03-01 来源:上海泵阀 点击数:

目前,泵机年 耗电量占世界总年耗电量的比例不低于10%,并且在所有泵机中,约有三 分之二的泵机每年多消耗了60%的电能。据全球 泵机制造商格兰富公司估计,如果每 个企业均切换到高效泵机系统,则全球 范围内每年可节省4%的总耗电量,换句话说,可节省 的耗电量将相当于十亿人口的居民用电量。因此,通过开 发更高效节能的电机来降低能源成本已经成为了终端用户、环境立法者、政府和 制造商优先考虑的事项之一。

 

  在过去的十年中,泵机行 业已经投入大量努力来协调世界各地不同的测试和分级标准以及随后采用的泵机标签方案。在国际电工委员会(IEC)同NEMA、CEMEP、IEEE和其他 国际组织的共同努力下,这项工 作促进了两大标准的发布:

 

  ■ IEC60034-2-1(1.0版):旋转电机——第2-1部分:通过测 试来确定损耗和效率的标准方法(2007年版不 包括牵引车辆用电机),该部分 描述了用于确定电机效率的方法。

  ■ IEC60034-30:旋转电机——第30部分(1.0版):单速三相笼式-感应电机的效率分级(IE标准),该部分 定义了感应电机的能源等级。

 

  目前存 在两种确定电机效率的方式,一种是直接测试,主要通 过在所供应的电压和电流的基础上测量输入功率以及在转速和转矩基础上测量输出功率。另一种是间接方法,主要通 过测量输入功率,然后测 量单个部件的损耗并将它们逐项相加,以计算总损耗。这种间 接方法仅可用于三相电机。

 

目前的标准

 

  目前适 用于单速三相笼式-感应电机的分级标准IEC60034-30定义了 以下三种能效水平:

  ■ IE3—超高效率(相当于NEMA标准超高效率等级)

  ■ IE2—高效率(相当于NEMA标准高能效等级)

  ■ IE1—标准效率(相当于以前的CEMEPEFF2能效等级)

 

  2014年,一项新的IEC60034-30-1标准将 定义第四种能效水平——IE4顶级效率。该标准将取代目前的IEC60034-30标准。

 

  “ I E 2 效率水 平是由欧盟委员会耗能产品节能化设计指令(EcoDesignDirective) 于2011年6月强制实施的, 自2015年1月起,所有额定输出为7.5-37.5kW的电机均不得低于IE3能效水平,如果配 备了变速驱动器,则必须达到IE2能效水平,这些规 定适用于连续运行基础上额定电压为1,000V的2极/4极/6极单速三相感应电机。值得注意的是,这些规 定并不涉及那些专用于完全浸没在液体中运行的电机和/或者完 全集成到产品中的电机,因为这 些电机的能源性能无法独立于产品测试出来。”

 

提出的问题

 

  这里需 要提出的问题是,配备有 专用于浸没在水中运行的集成式电机的泵机(如污水泵)是否能够描述为符合IE2或IE3效率水平。由于我 们无法独立于泵机对电机进行测试,这主要 是因为没有标准化连接和明确定义的冷却系统,也没有 既定的测试方法,因此,答案肯定是“否定的”。

 

  “从理论上讲,测试污 水泵中的电机效率应当相对简单、直接,因为电机含有一个轴,我们可 以对该轴进行测试,以计算出转矩和功率,”格兰富区域项目经理Leo Andersen说道,“然而,任何测 试程序必须解决的问题在于冷却和通风以及使电机保持冷却所需的功率。其他两 个可能导致电机轴功率输出需求的因素是机械密封摩擦损耗和轴承摩擦损耗,这些损 耗来源于角接触轴承的使用。污水泵 通常会使用双机械密封装置,以防止 泵送的液体泄漏到电机中。”

 

  Andersen说道:“另外还 需要考虑安装问题。例如,对于湿 法安装和干法安装(采用相同的泵机)应用而言,能源效率将所有不同。总的来说,鉴于系 统中存在各种损耗,我们需 要采用一种明确定义的测试方法,但要做到这一点,将涉及 到建立一种能够将安装完全复制出来的设施。”

 

  来自污 水行业的客户的大量实例证据表明,运行可 靠性和更高的效率是用户最关心的问题。泵机安装好之后,用户普 遍不想再次触碰泵机;但同样 也作好了这样的准备,如果要 使泵机故障减少,可能需 要牺牲一定程度的能源效率。在污水行业,效率是 一个影响所有泵机用户的问题,并且当 泵机电机尺寸增加时,效率将 会变得更加重要。

 

 

提供解决方案

 

  由于无 法声称配备了集成式电机的污水泵符合IE2或IE3能效水平,因此,格兰富 提供了一种其认为能够解决泵机和电机效率问题的解决方案。

  现在,格兰富SE1/SEV和SL1/SLV污水泵 在泵机外壳内集成了IE3电机的电气元件,即转子和定子。

 

  “污水泵电机与传统IE3电机的 不同之处在于轴承和机械密封,并且无 需上文描述的风扇冷却装置,”Bork Hansen先生说道,“在湿法安装中,由泵机 浸没其中的流体提供冷却作用。格兰富IE3电机的 转子和定子根据TEFC电机标 准经过了类型测试认证,并且提 供测量报告支持,因此,实际上,它是一款符合IE3能效标准的电机。然而,由于更改了轴承,并添加 了机械轴密封以及冷却方法,IE3电机能 效水平符合性被否定了。”

 

  泵机行 业迄今为止仍未推出污水泵能效标准的主要原因可能在于,制造商、环境立 法者和标准制定者将污水泵电机视为一个单独的设备,而不是 一个集成到泵机中的设备,因此,他们很 难定义电机的摩擦损耗和效率。

 

  一些声 称其生产的污水泵符合IE3能效标 准的泵机制造商均犯有误导咨询者和终端用户的过错。如果一 份招标文件指定污水泵必须符合IE3能效标准,那么,任何制 造商均不可能供应这样的泵机,因为目 前根本不存在任何关于配备有集成电机的污水泵效率定义的适用标准。

 

 

具体数值

 

  采用来自IE3电机的 电气组件并将它们安装在污水泵中的确提供了一些有关整个电机设备效率水平的信息,但并没 有提供任何具体数值,因为污 水泵中的摩擦损耗不同于标准泵机中的摩擦损耗,这些损 耗没有加以考虑。并且,这些信 息也没有涉及到任何有关水力性能方面的内容,而这一 方面却可能存在提高效率的更大可能性。

 

  “为了在 泵机系统中获取最高水平的效率,所选择 的泵机必须拥有一个BEP(最佳效率点),并且BEP应当与 工作点形成最佳匹配,BEP在很大 程度上取决于泵机的特征,包括功率、流速和扬程,它是泵 机性能曲线上的一个点,能够提 供最高效的运行。我们必 须记住的一点是,如果泵 机运行偏离所设计的BEP,泵机效 率将会大幅下降。”

 

  讨论污 水泵和电动潜水泵时,泵机制造商、顾问和 终端用户需要解决ISO 9906: 2012‘回转动 力泵性能验收测试’标准或者ANSI/HI11.6.2012‘回转动 力潜水泵性能验收测试’标准中 定义的泵机总体效率,而不是 完全专注于电机效率。另外,泵机水 力性能对于电机效率同样重要,因为通 过这个方面提高泵机效率的可能性更大。

 

  在目前 尚无相应的泵机能效标准的情况下,泵机制 造商和供应商将不可避免地重视IE3连接。但这种 局面正在开始改变,欧盟泵业协会(Europump)正在讨 论合适的泵机标准方案。制定合 适的泵机标准的推动力不能仅仅来自于泵机制造商,同时还 需要由政治家和监管机构来大力推动。

 

  近年来,泵业行 业为小型循环泵(如污水泵和潜水泵等)制定了相关能源标准,其中,电机和 电机轴包含在单一的外壳内,无法单独进行测试。

 

 “ 该标准 是由欧盟泵业协会(Europump)、泵机制 造商行业协会和泵机制造商共同起草的,并获得了欧盟的批准,其包含七个节能等级。泵机的能效指数(EEI)是根据 年度载荷曲线计算的,并根据 能效水平为泵机贴上能效标签。推出能效标签后,终端用 户能够对不同的产品进行比较,并为具 体应用选择最合适的泵机或泵组。”

 

  如果循 环泵能够做到这些,那么接下来,我们也 可以为污水泵制定一项国际认可的能源标准。由于污 水处理行业正逐渐转向规格更大、效率更高的处理装置,这需要 采用更大型的泵机,因此,能源成 本将变得更加重要。泵机行 业和监管机构必须作出相应的回应,并投资 制定一项能够为终端用户提供他们所需信息的测试机制。

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