水泵风机节能.docx

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水泵风机节能

水泵、风机节能

第一章全三元技术及节能改造项目……‥…………………2～6

一、公司（EESCO）简介…………………………………………2

二、射流—尾迹全三元技术概述…………………………………2

三、射流—尾迹全三元技术应用…………………………………3

四、水泵节能改造方式的比较……………………………………4

五、水泵节能改造项目实施方法…………………………………5

六、水泵节能改造项目实施方式…………………………………5

七、我们的服务承诺………………………………………………5

八、水泵节能改造工作流程………………………………………6

第二章全三元技术基本原理、部分案例及分析报告……7～19

一、射流—尾迹全三元技术基本原理……………………………7

二、部分案例………………………………………………………11

三、可行性分析报告（上海石化涤纶事业部）…………………16

四、项目意义………………………………………………………19

第一章全三元技术及节能改造项目

一、公司（EESCO）简介

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、改造、销售和技术服务的公司。

公司以提高企业、团体的节能、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。

公司经营：

能源利用甄别，水泵、风机节能改造，灯光节能及远端控制等。

二、射流—尾迹全三元技术概述

射流—尾迹全三元流动理论是著名科学家、中国科学院院士吴仲华二十世纪五十年代在美国创立的。

二十世纪七十年代电子计算机得到有效应用后，这一理论被广泛应用于美国的航空燃气轮机设计。

西方各大发动机制造公司和国际航空界称之为“吴氏理论”或“吴式方程”；在国际学术界吴仲华被公认为叶轮机械全三元流动（射流—尾迹全三元）理论的奠基人。

水泵由电机等原动机带动泵叶轮旋转，将原动机的机械能转变为被输送流体的动能和压力能。

在与叶轮同步旋转的空间坐标系（R、￠、Z）中，任何空间一点均可由此坐标系确定。

任何一点的流速W可表示为该点坐标的函数，这就是全三元流动的基本概念。

要求计算图

（1）流道中任何空间一点的流速W,这就是全三元流动解法。

也就是说通过全三元流动计算，可以得到水泵内任意点的流速。

在航空用离心压气机中，用激光测速技术观察到射流—尾迹现象；在水泵叶轮试验中，发现了同样的现象。

在流道出口附近出现了一个低能量流动区，它类似于一个旋涡，称之为尾迹；其主流部分出口流速W可按全三元流动理论作无粘性位流计算得出，这部分称之为射流。

尾迹的出现，不但降低了叶轮的水力效率；而且因减少了有效通流面积，也使泵的流量减少。

控制尾迹区成为改进水力效率设计的一个重要目标，以前人们对此是毫无所知。

我们通过水泵设计软件《射流—尾迹全三元流动》对水泵叶轮作了多项、重大技术改进设计，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；重新设计、铸造加工可互换的高效率全三元叶轮，置换于原设备壳体内。

不动设备基础、电机、管路等，施工简单，见效快。

在实际运行中节能效果十分明显。

这一方法将会在水泵、风机的节能改造中发挥举足轻重的作用。

从供水、钢铁、石油、化工等众多用泵大户的反映看，可以说大有用武之地。

三、射流—尾迹全三元技术应用

全三元技术应用，就是采用国际上最前沿的泵水力性能解决方案，通过使用水泵设计软件《射流—尾迹全三元流动》；重新进行水泵内水力部件（主要是叶轮）的优化设计；然后进行铸造、加工和更换，提高泵效率，减少能耗。

我们可以针对现场实际工况及使用要求，对水泵进行如下四种节能改造：

⑴提高单台水泵压力同时提高汇管压力（保持单台水泵流量及输入功率不变）。

⑵增加单台水泵流量同时增加汇管流量（保持单台水泵压力及输入功率不变）。

⑶同时提高水泵压力和增加流量（保证配套电机功率不超载）。

⑷保证水泵流量、压力不变或按系统要求的流量、压力的情况下降低电机输入功率。

具体流程是：

根据用户水泵的实际运行工况，首先对在用离心泵的流量、压力、电机耗功等进行测试，提出常年运行的工艺参数要求，以及双方确认；然后使用《射流—尾迹全三元流动》软件设计、铸造、加工出全三元水泵叶轮；保证可以和原型水泵互换，在不动管路、电路、泵体等条件下，更换叶轮；最后在同样测试条件下，对改型水泵进行测试比较，若效果不太理想，结合实际对叶轮作微调，即可达到预期目标。

目前国内广泛采用的SH、SA、HS、S、KQS、KSB等型双吸水平中开式水泵，多级泵等都适用全三元技术进行节能改造；其他型水泵暂不适用。

四、水泵节能改造方式的比较

⑴叶轮是水泵的心脏,它决定了水泵的扬程、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。

对于在用水泵，结合其在用的流量、扬程及泵体，设计出可互换的高效率全三元叶轮，置换于原泵内，这是投入最少、见效最快的节能改造方式。

⑵水泵制造厂或用户对在用水泵不符合使用要求时，可以采用的方式只有切割叶轮；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。

特别是对于要求水泵扬程减小，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。

⑶变频调速方案：

它是在降低频率，因而降低电机转速（即水泵转速），使水泵的扬程下降，流量减少。

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；但如果水泵的运行工况是稳定的（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、压力和流量有富裕量的水泵采用变频调速方案才是可取的。

水泵全三元改造与采用变频调速并不能互相取代。

即使采用了变频调速，但是提高水泵效率的问题仍然存在。

仍可使用全三元改造（射流—尾迹全三元改造）技术，提高节能的效果。

综上所述，对在用水泵，应用《射流—尾迹全三元流动》设计高效率可互换的全三元叶轮，无论对工频泵或变频泵都是行之有效的节能改造方案。

其投入产出比最优。

五、水泵节能改造项目实施方法

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《射流—尾迹全三元流动》设计软件，重新设计、铸造加工可互换的高效率全三元叶轮，置换于原设备壳体内。

不动设备基础、电机、管路等，施工简单，见效快。

六、水泵节能改造项目实施方式

合同能源管理（EMC）：

根据合同能源管理方式，节能改造的成本将完全由本公司承担；或用户承担10%。

节能改造完成后，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。

第一年：

本公司获得每月节能效益的80%；

用户获得每月节能效益的20%。

第二年：

本公司获得每月节能效益的70%；

用户获得每月节能效益的30%。

第三年：

本公司获得每月节能效益的40%；

用户获得每月节能效益的60%。

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。

七、我们的服务承诺

公司建有完善的全员服务体系和严格的质量管理体系，确保每个环节按标准执行，为用户提供优质服务。

⑴方案设计：

为用户提供准确的系统能耗分析报告和合理、完善的节能改造方案。

⑵节能改造效果：

保证节电率达到10%～40％（多级泵7％～30％），我公司承担全部改造风险，改造后若无节能或增容效果，不收取任何费用。

⑶资料管理：

为用户建立完整的节能改造档案，合同期满后，全部移交用户。

⑷技术升级：

为用户提供终身的技术支持与升级；改造后的水泵，我们终身提供备件等服务。

八、水泵节能改造工作流程（见下图）

公司派人到用户现场

公司派人技术指导

验收、结算

用户自行拆装叶轮

宣传介绍

用户将数据资料传发给公司

投产运行

现场施工

叶轮设计、制作

商务谈判、签约

技术论证

现场调查

第二章全三元技术基本原理、部分案例及可行性分析报告

一、射流—尾迹全三元技术基本原理

1、射流—尾迹全三元流动理论简介

区别于二元和准三元流动理论，吴仲华先生的全三元流理论深刻地揭示了叶轮机械内部流动的内在规律。

吴氏理论创建了两类流面，即从叶片到叶片，反映了叶型的影响的S1流面，和从叶片根部到顶部，沿径向变化的S2流面，通过两类流面的适当组合、相互迭代就能完整地得出流体流过叶轮机械叶片槽道空间的三维变化，这就形成了著名的叶轮机械三元流动通用理论。

随着计算机和计算流体力学的迅速发展，直接求解叶轮机械三元流动已经不是一件难事；但是吴仲华教授的叶轮机械三元流动通用理论和S2、S1流面迭代方法仍是叶轮机械设计体系的重要组成部分。

由此可见，叶轮机械三元流动通用理论深刻地揭示了叶轮机械内部流动的内在规律,为研究水泵内部流动奠定了基础。

作为典型的流体机械—叶片式泵，其流动损失中流动摩擦并不是主要的，而主要来自流动分离，尤其是当非设计工况时，流动分离更加激烈，损失急剧加大。

我们知道,当流动分离时必然产生旋涡，旋涡是分离流动，特别是激烈分离流动的典型特征。

因此,为了减少能量损失提高泵效率，应尽量避免流动分离，即对旋涡运动进行透彻地研究是提高泵效率的关键。

2、射流—尾迹全三元技术原理简介

我们对吴仲华先生的叶轮机械三元流动理论和吴文权教授的离散涡数值仿真方法有深入的研究；并有机和系统地将他们的理论应用到了水泵技术领域；结合当代最先进的CFD技术，创立了叶片式泵全新的设计理念和方法—基于CFD技术的全三元水泵叶轮设计方法，该方法的创立为提高泵的运行效率和可靠性提供了保障,并得到了实践应用和验证。

我们对水泵叶轮设计采用国际上最前沿的泵水力性能解决方案，其设计方法是全三元黏性正问题计算与反问题设计迭代法（以下简称全三元设计法），即主要设计流程按照反问题设计-正问题计算-反问题修正设计-正问题计算-反问题优化设计的迭代过程进行。

全三元黏性正问题计算是根据水泵叶轮和泵体等过流部件的几何尺寸、形状特征以及流体进出口条件，应用全三元CFD理论和技术直接求解泵内流场的特征参数。

该方法的主要特点是：

⑴采用了全三维粘性流体力学模型；

⑵求解控制方程组的离散方法采用了适合工程应用的有限体积法；

⑶采用提高计算收敛速度的多重网格法；

⑷采用成熟的网格划分技术和前后数据处理技术。

通过计算可以得到泵内三维粘性流场的速度分布、压力分布及其它流动特征参数，为反问题设计提供真实可靠的理论依据。

反问题则是根据实际运行需要流量、扬程、功率和效率等工况参数，以及流动控制边界条件等要素，设计出水泵叶轮和蜗壳等过流部件的几何尺寸和形状，从而实现对给定内流流动特征的控制。

正反混合问题是对单一求解对象的同一求解区域来用正反问题混合求解，设计计算过程往往需要经过多次迭代；或者是同一求解对象的不同区域同时采用正问题或反问题的不同求解方法，从而构成同一对象的正反混合问题。

我们的全三元水泵设计就是根据上述水泵叶轮研究设计思路，分析研究水泵实际运行工况，对低效率叶轮的叶片形状、叶片进出口几何尺寸、叶轮前后盖板几何形状等要素进行优化设计。

改进设计的重点在于根据叶轮内部流动特性的要求，运用全三元设计方法优化叶片的进出安放角、叶片数、扭曲叶片各截面形状等要素，从而避免叶片工作面的流动分离，减少流动损失，提高叶轮的工作效率。

另外，叶轮的前后盖板的形状也将直接影响叶轮内的流动的状态，我们在不改动水泵壳体尺寸条件下，利用全三元方法优化前后盖板的局部形状，改善叶轮和蜗壳内部的流动形态，减小流动损失，提高水泵效率。

经过上述系列优化改进，将获得水泵内部的最佳流动状态，从而得到最优的叶片形状，