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摘 要：泵是输送流体或者使流体增压的机械。泵在石油、化工、冶金、电力、市政和水利等各个行业中得到广泛应用。泵、泵用电动机、管道、阀门和终端设备等组成泵系统，其中泵用电动机是泵系統的关键设备。和国外相比，我国泵系统效率低20%左右，具有非常大的节能潜力，实现节能降耗前景广阔。
根据泵用电动机高转速（少极数）和固定旋转方向（单转向）的特点，研究高效低噪泵用电动机设计技术，开发功率范围为4kW到45kW的2极高效低噪泵用电动机，效率指标达到超高效电动机的水平，平均效率从89.1%提高到92.4%，提高3.3%，满足国内外市场，特别是欧美和澳洲、新西兰市场的要求，噪声指标到达低噪声水平要求。
关键词：泵；电动机；风扇；效率；优化设计
一、技术背景
泵是输送流体或者使流体增压的机械。泵在石油、化工、冶金、电力、市政和水利等各个行业中得到广泛应用。泵、泵用电动机、管道、阀门和终端设备等组成泵系统，其中泵用电动机是泵系统的关键设备。和国外相比，我国泵系统效率低20%左右，具有非常大的节能潜力，实现节能降耗前景广阔。
为了满足“节能减排”的要求，国内国外都开始关注提高泵系统效率这个课题。美国能源部“电动机系统市场机会评估”结果指出，泵系统是美国工业系统中能效提高存在机会最大的领域。我国则新制定了GB19762-2007《清水离心泵能效限定值及节能评价值》国家标准。该标准首次发布于2005年5月13日，于2005年12月1日开始实施。2007年对该标准进行了修订，将目标能效限定值引入标准。实际上，国内外市场，特别是国外市场开始提出采用高效电动机作泵用电动机的要求。所以，提高泵用电动机效率及其泵系统效率，实现泵系统节能降耗是泵行业今后的一个重要的发展趋势。
但是，目前在提高泵用电动机效率水平方面只是停留在采用高效电动机这个层面上。这种高效电动机是由通用电动机派生而来的，是适合于正反转运行的高效率通用电动机，不是针对泵类单方向旋转专门开发的高效率泵用电动机。
根据前人的研究经验，仅采用单方向旋转的电机轴流通风系统一项，高效率泵用电动机效率比高效率通用电动机效率可以提高1个百分点以上，而且，噪声水平还可以降低。如果保持效率指标不变，那么高效率泵用电动机的有效材料消耗可以降低，制造成本可以下降。因此，本项目拟开发的高效低噪泵用电动机一定具有广阔的市场前景。
二、项目主要研究内容和目标
根据泵用电动机高转速（少极数）和固定旋转方向（单转向）的特点，研究高效低噪泵用电动机设计技术，开发功率范围为4kW到45kW的2极高效低噪泵用电动机，效率指标达到超高效电动机的水平，平均效率从89.1%提高到92.4%，提高3.3%，满足国内外市场，特别是欧美和澳洲、新西兰市场的要求，噪声指标到达低噪声水平要求。
泵是输送流体或者使流体增压的机械。它将原动机（通常为电动机，即泵用电动机）的机械能或者其他外部能量传送给流体，使流体能量增加。泵是国民经济各部门必不可少的机械设备，其应用范围非常广泛：在制造业，泵广泛应用于冷却系统、润滑系统和化工设备及电力设备当中。在商业领域，泵主要用于供热、通风和空调。在市政领域，自来水输送、废水排放和地面排水都离不开泵。
泵、泵用电动机、管道、阀门和终端设备等组成泵系统。在不引起误解的前提下，国内也把泵系统简称为泵。据统计，泵系统用电约占全世界发电量的20%和工业系统用电量的25%至50%。美国能源部1998年统计数据表明，美国泵系统用电量占美国工业用电量的25%左右。这个结论在2004年得到美国节能经济委员会（American Council for an Energy-Efficient Economy， ACEEE）再次确认。根据美国能源部“电动机系统市场机会评估”结果，泵系统是美国工业系统中能效提高存在机会最大的领域。
我国2003年各类电动机总装机容量约为4.2亿kW，年用电量达到1万亿kW？h以上，约占全国用电量的60%，其中泵用电动机用电量约占全国用电量的20.9%，占全国电动机用电量的34.8%。根据2001年联合国工业发展组织/国家发展改革委员会“中国电动机系统节能项目组”调查结果，和国外产品相比，我国泵系统效率低20%左右，具有非常大的节能潜力。我国泵用电动机功率占全国电动机总容量的45%。
从以上分析可以看出，泵既是量大面广产品，也是用电大户，而且我国泵系统效率比进口产品低20%左右，因此，提高我国泵系统的效率水平，实现节能降耗，既必要，也可能，而且是刻不容缓。
此外，根据全生命周期成本理论，泵系统的设备采购费用只占其全生命成本的很小部分，而泵系统的能源成本和维护成本则占到其15至20年全生命周期成本的绝大部分。这就为开发和生产高效节能泵系统创造了有利的外部条件，也为高效节能泵系统提供了广阔的市场前景！
开发高效节能泵用电动机不仅是开发高效节能泵系统的基础，而且开发高效节能泵用电动机本身就具有十分重要的意义。
我国风机、泵、压缩机和空调制冷机2003年用电量分别占全国用电量的10.4%、20.9%、9.4%和6%，合计占全国用电量的46.7%，占全国电动机用电量的77.8%。
我国曾经预计，若电动机的效率提高3%，则每年可以节约电能160亿kW·h，相当于我国2003年总发电量的1%，可节省3座100万kW电站的投资建设，同时减少362万t CO2的年排放量。因此，如果全国50%的风机、泵、压缩机和空调制冷机采用高效低噪泵用电动机，每年可以节约电能超过60亿kW·h。
三、实现技术路线
（1）采用单方向旋转的电机轴流通风系统（高效风扇）。高效风扇外型和安装尺寸与通用电动机采用的盆式风扇一样，效率提高1倍以上。通风噪声明显降低。
（2）应用本项目合作单位先期总结和提出的“确定异步电动机的定转子槽配合和转子斜槽距离新方法”及其产生的专利技术成果和获奖成果，通过电磁力波分析确定高效低噪泵用电动机电动机的定子槽数和转子槽数（槽配合）、确定转子斜槽距离，降低电磁振动和减小电磁噪声。
（3）优化高效低噪泵用电动机电磁负荷设计，提高磁负荷，降低电负荷，降低高效低噪泵用电动机的有效材料消耗。
四、结论
本项目拟研制开发的高效低噪泵用电动机还可以直接用于驱动风机、压缩机和空调制冷机，实现风机、压缩机和空调制冷机节能降噪。
以上分析还表明，泵系统节能具有很大的节能潜力，也只有实现泵系统节能才具有实际应用价值。但也不可以否认，泵用电动机是泵的原动机，是组成泵系统的关键设备。要提高泵系统的效率，首先就要提高泵用电动机的效率。
参考文献
[1] 周胜，赵凯.电机系统节能实用指南[M]，北京：机械工业出版社，2009.10，p：82-84.
[2] 邱明杰.离心泵节能技术工作的改进措施，排灌机械[J]，2007年第9期.
[3] 陈楚成.智能泵综述，GM通用机械[J]，2005年第9期.
[4] 傅丰礼.中小型三相异步电动机的国际发展趋势和研究方向，能源研究与利用[J]，2007年第2期.
根据泵用电动机高转速（少极数）和固定旋转方向（单转向）的特点，研究高效低噪泵用电动机设计技术，开发功率范围为4kW到45kW的2极高效低噪泵用电动机，效率指标达到超高效电动机的水平，平均效率从89.1%提高到92.4%，提高3.3%，满足国内外市场，特别是欧美和澳洲、新西兰市场的要求，噪声指标到达低噪声水平要求。
关键词：泵；电动机；风扇；效率；优化设计
一、技术背景
泵是输送流体或者使流体增压的机械。泵在石油、化工、冶金、电力、市政和水利等各个行业中得到广泛应用。泵、泵用电动机、管道、阀门和终端设备等组成泵系统，其中泵用电动机是泵系统的关键设备。和国外相比，我国泵系统效率低20%左右，具有非常大的节能潜力，实现节能降耗前景广阔。
为了满足“节能减排”的要求，国内国外都开始关注提高泵系统效率这个课题。美国能源部“电动机系统市场机会评估”结果指出，泵系统是美国工业系统中能效提高存在机会最大的领域。我国则新制定了GB19762-2007《清水离心泵能效限定值及节能评价值》国家标准。该标准首次发布于2005年5月13日，于2005年12月1日开始实施。2007年对该标准进行了修订，将目标能效限定值引入标准。实际上，国内外市场，特别是国外市场开始提出采用高效电动机作泵用电动机的要求。所以，提高泵用电动机效率及其泵系统效率，实现泵系统节能降耗是泵行业今后的一个重要的发展趋势。
但是，目前在提高泵用电动机效率水平方面只是停留在采用高效电动机这个层面上。这种高效电动机是由通用电动机派生而来的，是适合于正反转运行的高效率通用电动机，不是针对泵类单方向旋转专门开发的高效率泵用电动机。
根据前人的研究经验，仅采用单方向旋转的电机轴流通风系统一项，高效率泵用电动机效率比高效率通用电动机效率可以提高1个百分点以上，而且，噪声水平还可以降低。如果保持效率指标不变，那么高效率泵用电动机的有效材料消耗可以降低，制造成本可以下降。因此，本项目拟开发的高效低噪泵用电动机一定具有广阔的市场前景。
二、项目主要研究内容和目标
根据泵用电动机高转速（少极数）和固定旋转方向（单转向）的特点，研究高效低噪泵用电动机设计技术，开发功率范围为4kW到45kW的2极高效低噪泵用电动机，效率指标达到超高效电动机的水平，平均效率从89.1%提高到92.4%，提高3.3%，满足国内外市场，特别是欧美和澳洲、新西兰市场的要求，噪声指标到达低噪声水平要求。
泵是输送流体或者使流体增压的机械。它将原动机（通常为电动机，即泵用电动机）的机械能或者其他外部能量传送给流体，使流体能量增加。泵是国民经济各部门必不可少的机械设备，其应用范围非常广泛：在制造业，泵广泛应用于冷却系统、润滑系统和化工设备及电力设备当中。在商业领域，泵主要用于供热、通风和空调。在市政领域，自来水输送、废水排放和地面排水都离不开泵。
泵、泵用电动机、管道、阀门和终端设备等组成泵系统。在不引起误解的前提下，国内也把泵系统简称为泵。据统计，泵系统用电约占全世界发电量的20%和工业系统用电量的25%至50%。美国能源部1998年统计数据表明，美国泵系统用电量占美国工业用电量的25%左右。这个结论在2004年得到美国节能经济委员会（American Council for an Energy-Efficient Economy， ACEEE）再次确认。根据美国能源部“电动机系统市场机会评估”结果，泵系统是美国工业系统中能效提高存在机会最大的领域。
我国2003年各类电动机总装机容量约为4.2亿kW，年用电量达到1万亿kW？h以上，约占全国用电量的60%，其中泵用电动机用电量约占全国用电量的20.9%，占全国电动机用电量的34.8%。根据2001年联合国工业发展组织/国家发展改革委员会“中国电动机系统节能项目组”调查结果，和国外产品相比，我国泵系统效率低20%左右，具有非常大的节能潜力。我国泵用电动机功率占全国电动机总容量的45%。
从以上分析可以看出，泵既是量大面广产品，也是用电大户，而且我国泵系统效率比进口产品低20%左右，因此，提高我国泵系统的效率水平，实现节能降耗，既必要，也可能，而且是刻不容缓。
此外，根据全生命周期成本理论，泵系统的设备采购费用只占其全生命成本的很小部分，而泵系统的能源成本和维护成本则占到其15至20年全生命周期成本的绝大部分。这就为开发和生产高效节能泵系统创造了有利的外部条件，也为高效节能泵系统提供了广阔的市场前景！
开发高效节能泵用电动机不仅是开发高效节能泵系统的基础，而且开发高效节能泵用电动机本身就具有十分重要的意义。
我国风机、泵、压缩机和空调制冷机2003年用电量分别占全国用电量的10.4%、20.9%、9.4%和6%，合计占全国用电量的46.7%，占全国电动机用电量的77.8%。
我国曾经预计，若电动机的效率提高3%，则每年可以节约电能160亿kW·h，相当于我国2003年总发电量的1%，可节省3座100万kW电站的投资建设，同时减少362万t CO2的年排放量。因此，如果全国50%的风机、泵、压缩机和空调制冷机采用高效低噪泵用电动机，每年可以节约电能超过60亿kW·h。
三、实现技术路线
（1）采用单方向旋转的电机轴流通风系统（高效风扇）。高效风扇外型和安装尺寸与通用电动机采用的盆式风扇一样，效率提高1倍以上。通风噪声明显降低。
（2）应用本项目合作单位先期总结和提出的“确定异步电动机的定转子槽配合和转子斜槽距离新方法”及其产生的专利技术成果和获奖成果，通过电磁力波分析确定高效低噪泵用电动机电动机的定子槽数和转子槽数（槽配合）、确定转子斜槽距离，降低电磁振动和减小电磁噪声。
（3）优化高效低噪泵用电动机电磁负荷设计，提高磁负荷，降低电负荷，降低高效低噪泵用电动机的有效材料消耗。
四、结论
本项目拟研制开发的高效低噪泵用电动机还可以直接用于驱动风机、压缩机和空调制冷机，实现风机、压缩机和空调制冷机节能降噪。
以上分析还表明，泵系统节能具有很大的节能潜力，也只有实现泵系统节能才具有实际应用价值。但也不可以否认，泵用电动机是泵的原动机，是组成泵系统的关键设备。要提高泵系统的效率，首先就要提高泵用电动机的效率。
参考文献
[1] 周胜，赵凯.电机系统节能实用指南[M]，北京：机械工业出版社，2009.10，p：82-84.
[2] 邱明杰.离心泵节能技术工作的改进措施，排灌机械[J]，2007年第9期.
[3] 陈楚成.智能泵综述，GM通用机械[J]，2005年第9期.
[4] 傅丰礼.中小型三相异步电动机的国际发展趋势和研究方向，能源研究与利用[J]，2007年第2期.