一种泵系统节能装置及节能方法与流程

本发明涉及液体泵系统节能，特别涉及一种泵系统节能装置及节能方法。

背景技术：

1、近年来，我国工业能源消费占全国能源消费总量70％的左右。其中，泵类产品每年耗电量占全国总发电量的20％左右，其运行效率的提高对节能减排目标实现有着重要的意义。实际运行中，由于泵阀系统设计不合理导致的能耗浪费严重。泵送系统的能耗浪费主要在于泵运行过程中低效率和短寿命，而其根本原因又在于离心泵设计的最佳工况与工艺和管路系统需求不匹配。

2、为使泵组的性能与工艺需求相匹配，现有技术中大多采用针对泵本身进行改造，例如变频调速或切削叶轮的方式大量用于系统节能改造，调速运行是通过改变泵的转速进而改变泵的运行曲线，使泵的出水压力与管网的实际需要一致，从而达到节能的目的，但变频调速设备存在价格较高、谐波污染等问题。叶轮切削是通过切削叶轮改变叶轮的外径，使泵的特性曲线按要求发生变化，从而使泵运行于与管网实际所需一致的高效区间内。

3、现有技术中也有在工艺操作中采用阀门调节或转速调节的手段。例如，中国专利申请cn104764001a公开了一种多锅炉汽包液位母管制节能供水控制系统及其控制方法，其中系统包括经同一母管供水的至少二套锅炉液位系统，每套锅炉液位系统的给水控制阀经三冲量控制系统控制，所有给水控制阀的开度值统一提供给阀门开度控制系统，该阀门开度控制系统依据最大阀门开度给定值控制，自动控制母管的进水量。该方案通过动态调节给母管的进水量，从而把达到最大给定开度的给水控制阀门调到一个适当的开度，不仅能够使给水控制阀开度最大的锅炉不会产生安全隐患问题，而且能够使多锅炉系统中的给水泵工作在最佳节能状态。

4、通常，定速泵和节流阀用于调节过程中的流量，仅依靠调节阀门开度的节流调节的方法较为落后，除了调节滞后、稳定性差、安全性差等问题外，还存在大量的节流损失。在定速系统中，多余的能量被耗散到基础设备上，显著降低了这些设备的使用寿命。这些能量转化为振动可能会损坏泵系统包括管道、仪表和阀门等。另外，石化领域部分工艺需要对流体管道进行加热，现有技术中的管道伴热大多采用蒸汽伴热，而蒸汽伴热的缺点很多，比如，节能性差、温度控制能力差、安装费用高等，逐渐被电伴热所取代。电伴热可分为电缆伴热、电伴热带伴热以及集肤效应电伴热等几个类型。电伴热时由于电路问题或者电伴热带损坏会导致电伴热带失效。

5、因此，亟需一种在工艺操作层面可以替代阀门调节的泵系统节能装置，从而不仅可以减小阀门调节过程中产生的节流能量损失，还能根据需要将这部分能量用于管道加热，从而有效提高能量利用率。

6、公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种泵系统节能装置及节能方法，通过转矩可调的叶片阀门替代泵后端常规的节流阀，从而不仅可以减小阀门调节过程中产生的节流能量损失，还能将这部分能量在管道内形成感应电流，用于为金属管道加热。

2、本发明的另一目的在于通过对叶片单元的控制，有效避免水锤带来的流量瞬间突变，保持管路中的流量始终处于平稳状态。

3、为实现上述目的，根据本发明的第一方面，本发明提供了一种泵系统节能装置，包括：叶片阀门，其设置在液体泵下游的管路中，叶片阀门的叶片转矩可调，用于根据下游工艺需要调节管路中的液体流量；控制单元，其接收叶片阀门下游实时监测的流量数据，通过预设的流量允许波动范围，实时调节叶片阀门的叶片转矩，保持叶片阀门下游的流量平稳；管道加热单元，其通过传动机构连接在叶片阀门的转轴上，传动机构通过调整磁极旋转速度改变通过金属管道的磁通量，在管道中形成感应电流，利用金属管道自身的电阻将电能转换为热能。

4、进一步，上述技术方案中，预设的流量允许波动范围可包括流量波动上限和流量波动下限。

5、进一步，上述技术方案中，流量波动上限可以为a+dq，流量波动下限可以为a-dq；其中，a为初始流量，dq为流量增量；dq＝-h*dt/tw；其中，h为流体压力增量，tw为流体时间常数；tw＝(l*vr)/(g*hr)；其中，l为液体泵至叶片阀门的距离，hr为叶片阀门前后水位差，g为重力加速度，vr为液体流速。

6、进一步，上述技术方案中，控制单元预设一延迟流量调节时段，当液体泵的出口流量发生突变并产生水锤效应时，叶片阀门的叶片转矩调整时刻根据预设的延迟流量调节时段确定。

7、进一步，上述技术方案中，延迟流量调节时段可根据液体泵至叶片阀门的距离和压力波在液体中传播速度数据确定。

8、进一步，上述技术方案中，管道加热单元可包括：传动机构，其与所述叶片阀门的转轴连接，用于根据加热温度需要进行磁极旋转速度调节；磁极，其包括设置在金属管道外周的n极和s极，所述磁极在传动机构的驱动作用下相对于所述金属管道运动，用于改变通过管道的磁通量，使管道产生感应电流，用于管道加热。

9、进一步，上述技术方案中，金属管道可采用高磁导率材料制作。

10、根据本发明的第二方面，本发明提供了一种泵系统节能方法，包括如下步骤：a、经液体泵增压后的液体撞击叶片阀门并驱动叶片旋转；b、控制单元接收叶片阀门下游实时监测的流量数据，通过预设的流量允许波动范围，实时调节叶片阀门的叶片转矩，保持叶片阀门下游的流量平稳；c、将所述叶片阀门的叶片旋转动能转化为通过管道变化的磁通量，进而产生感应电流，在管道壁面形成加热效应。

11、进一步，上述技术方案中，可根据下游工艺的流量需要对叶片阀门的叶片转矩进行实时调节。

12、进一步，上述技术方案中，当液体泵的流量发生突变并产生水锤效应时，叶片转矩调整可延时启动，启动时刻可根据预设的延迟流量调节时段确定。

13、进一步，上述技术方案中，延迟流量调节时段可根据液体泵至叶片阀门的距离和压力波在液体中传播速度数据确定。

14、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

15、1)本发明将叶片阀门替换现有技术中使用的节流阀，减小了节流损失，在保证下游工艺流量需要的同时，还可以利用叶片的旋转动能转化为变化的磁通量，进而产生感应电流并对管道壁面形成加热效应；

16、2)针对叶片阀门下游流量的调节，本发明采用实时监测下游流量数据且通过动态调节叶片转矩的方式，通过这样的方式，可使流量变化曲线更加平顺，避免因下游流量调节带来的轻微水锤效应，更好地满足下游流量稳定的需要；

17、3)针对泵出口的流量可能出现瞬间的大幅变化对叶片单元下游造成影响，即在叶片阀门所在的位置处发生的明显的水锤效应，针对此种来自叶片单元上游的流量突变问题，本发明通过将这种明显的水锤效应的传导时间(从泵出口传导至叶片阀门的时间)作为预设值，可对叶片转矩的调节启动时刻进行延时处理，以便在水锤效应传导至叶片阀门时的瞬间响应流量的突变，使得叶片阀门下游的流量仍能保持平稳。

18、上述说明仅为本发明技术方案的概述，为了能够更清楚地了解本发明的技术手段并可依据说明书的内容予以实施，同时为了使本发明的上述和其他目的、技术特征以及优点更加易懂，以下列举一个或多个优选实施例，并配合附图详细说明如下。