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智能时代 引领泵业新方向 ——记“智能叶片泵”规范的建立

  随着智能化时代的到来,为了适应新时代水利工程要提质增效、加强信息化和智能化建设的要求,叶片泵的智能化成为其必由之路,智能叶片泵是在传统叶片泵基础上部分智能化的产品,它更加节能高效,更便于管控。它的应用领域与叶片泵基本一样,可以广泛应用于农业灌溉、城市防洪排涝、水环境治理、城市供水、化工、核电等多个领域,因此对社会发展具有重要的推动作用。

  2022年3月,团体标准《智能叶片泵》被批准建立,该⽂件按照 GB/T1.1-2020《标准化⼯作导则第 1 部分:标准化⽂件的结构和起草规则》起草。该标准为研究水泵相关领域的学者提供了一定的参考借鉴,目前在相关的工程中已经开始了局部的应用,但还未能进行完整的应用,因为对于智能叶片泵的原理和应用,仍在不断的完善中。想要真正实现完整的应用,还要进一步的细化和设计。

  据悉,该智能叶片泵基于恒压频比或矢量控制原理的控制算法,通过对控制电路输出的脉冲宽度调制、波形数字信号处理达到对输入电机的三相电流电压控制,进而实现对电机和叶片泵的适当调节。

  相比于传统变量的叶片泵,智能叶片泵减少了泵运行过程中对人工手动干预的需求,可以实现基于信号控制算法对叶片泵运行状态的迅速反馈响应和快速调节,可提高整个泵系统的综合运行效率,同时可以达到节能降耗、降低碳排放的绿色需求。具体来说,智能叶片泵的优势体现在如下几个方面:第一,通过变频器改变电机的频率,从而增加和减少泵的转速,达到调节泵的扬程和流量的目的,使泵在较高效率下运行,变频调节对效率的提升作用比较显著,特别是泵在低扬程运行时,通过这种方式,效率提升更加显著;第二,变频对泵主机结构几乎无影响,变频运行时,电机轻载启动、降载停机,有利于机组运行的稳定和安全;第三,变频器本体运行简单,发生故障时,可旁路运行,维修条件较好。

  《智能叶片泵》标准是以传统叶片泵相关标准为基础,添加了叶片泵“智能化”相关特性而建立的,标准的内容涵盖了传统叶片泵规范的部分内容,因此对传统的叶片泵也具有一定的规范作用,可以为传统叶片泵的设计、制造以及试验提供一定的参考。

  智能叶片泵的自动化程度体现在:利用通用驱动器,基于恒压频比或矢量控制原理的控制算法,通过控制输入电机的定子电流、电压大小,根据叶片泵的实际运行需要,调整电机转速的大小;通过对泵的性能参数进行采集、分析、处理,反馈到主机控制系统,系统计算后发出指令,智能调节泵的转速,保证泵在最优工况下安全高效运行。智能叶片泵显著减少了对人工干预控制的需求,提高了自动化程度,同时达到节能、减排的目的,积极响应了我国“碳达峰、碳中和”的战略目标。

  该标准集合了多家权威单位及专家学者的智慧,并由7家单位联合编制而成。主要起草单位是江苏航天水力设备有限公司、河海大学,负责标准文档的起草及相关文件的编制;参编单位有苏州欣皓信息技术有限公司、江苏水利勘测设计研究院有限公司、江都水利工程管理处、江苏省秦淮河水利工程管理处、江苏省骆运水利工程管理处,负责标准中重要技术点的研究和建议,并参与标准内容的讨论。这些单位在行业中都具有较高的影响力。

  其中,江苏航天水力设备有限公司(原名国营高邮水泵厂),成立于1956年,现为中国航天科技集团航天六院下属企业,有50多年生产大型泵的历史,公司占地300余亩,建有5万多平方米现代化生产厂房,拥有五轴数控加工中心、大型数控立车/卧车、大型退火炉、大型喷丸房等精、大、稀生产设备,设有水力机械研发中心、大数据研发中心和高精度水力机械试验台,属国家高新技术企业。主产品为水利泵、水轮发电机组,并提供水利、水电设备大数据分析服务。针对区域调水、城市防洪排涝、大型灌区引排水等水利工程泵站项目,研发、设计、制造叶轮直径可达6m、单机流量可达100m3/s的半调节/全调节轴流泵、贯流泵、导叶式混流泵机组,单机流量可达50m3/s、扬程可达260m的大型离心泵机组;针对水电站项目,研发、设计、制造单机出力可达100MW的轴流、贯流、混流水轮发电机组;能够利用大数据分析平台为泵站、水电站提供设备健康管理和状态监测服务。

  河海大学是一所拥有百余年办学历史,以水利为特色,工科为主,多学科协调发展的教育部直属全国重点大学,是实施国家“211工程”重点建设、国家优势学科创新平台建设、“双一流”建设以及教育部批准设立研究生院的高校。水利水电、流体机械等学科技术国内领先。在标准编制中给予了有力的人才支撑。

  苏州欣皓信息技术有限公司是信息技术领域开发、计算机系统集成、大数据运维等方面的领头企业。江苏水利勘测设计研究院有限公司是承担江苏省内淮河、长江等流域和区域水利规划、工程设计、工程咨询的专业化设计院。江都水利工程管理处、江苏省秦淮河水利工程管理处、江苏省骆运水利工程管理处都是江苏省水利厅直属事业单位。

  可见,该标准的主要起草人都是行业内或领域内资深的专家、教授和研究人员,均具有扎实的理论基础和丰富的实践经验,为该标准早日实现推广应用奠定了良好的基础。《智能叶片泵》标准的建立,不仅填补了智能泵领域标准的空白,还进一步增强了针对性与实用性,从而有利于更科学、更合理、更有效评价智能叶片泵的性能,更是为智能叶片泵产品的开发改进指出了明确的方向。

  近年来,习近平总书记高度重视能源工作,多次作出重要指示和批示,能源发展进入了一个新时代。党的二十大深入推进能源革命,确保能源安全,推进碳达峰碳中和,规划设计新型能源体系,都作出了安排部署,提出新的明确的要求。另外,国家关于智能制造的政策和方针主要包括:“十四五智能制造发展规划”,“国家智能制造标准体系建设指南”,“促进新一代人工智能产业发展三年行动规划”。

  从新一轮科技革命和产业变革的大趋势来看,第四次工业革命以数字化、智能化、网络化为核心。叶片泵的智能化标准,目前在行业是比较新颖的课题。《智能叶片泵》标准的发布,有利于规范叶片泵的设计、制造和运行管理,也可以在未来给投身于泵领域的科研人员提供研究创新的灵感,对泵行业乃至整个流体机械行业起到引领作用,带领大家乘上智能化发展的快车。

  主办单位介绍:江苏航天水力设备有限公司(原名高邮水泵厂)成立于一九五六年,现为中国航天科技集团航天动力下属全资国企。我公司一直秉持从严治厂,为市场服务的原则,采用现代管理机制和模式,借助航天雄厚的资金实力、先进的流体技术和归零的质量理念,不断革新企业技术工艺水平,提升生产加工能力,将公司打造成国内顶尖大型水泵水轮机研发设计、生产制造、运维托管的智能服务型工厂。

  主营业务板块:

  (1)水利水电设备制造:公司成立以来,一直从事水泵、水轮机设备制造,其中水泵包含轴流、混流、贯流、离心等系列,直径最大6米,是号称“亚洲第一泵”的皂河一站,单机100M3/S;水轮机包含轴流、混流、贯流(轴伸、竖井、灯泡)等系列,单机出率至10MW。公司结合水泵水轮机的技术特点和性能优势,自主研发出抽水蓄能可逆式水泵水轮机机组,并成功应用于南水北调等国家重点工程。

  (2)水利水电模型研发:公司拥有高精度水力试验台包括开式、闭式试验系统。其中,闭式试验系统是针对大型高扬程水利泵模型研发的需要,航天六院投资5000余万元新建的高精度水力试验系统。试验台设计先进,综合采用了液体火箭发动机试验技术和民用产品试验技术及标准设计,属军民融合深度结合的先进成果,试验台按航天精度与等级要求建设,稳定、可靠并经国家工业泵质量监督检验中心(沈泵所)鉴定验收。

  开式试验系统装置配备电机功率高,测试范围范围广,最大功率达到5000kW以上,测试手段齐备,可完成型式试验、振动试验等多项试验。不仅可以进行大功率泵型式试验,而且可定制完成立卧式真机试验,覆盖产品种类多,范围广,目前为民用泵行业内能力领先试验系统。

  (3)大数据运维托管服务:公司65年来参与国内外大型水利工程的骨干泵站的建设,积累了丰富的大型水泵产品的制造经验和维护检修服务的经验,除公司制造业务板块外,2014年公司成立水利大数据服务事业部,建有72台服务器的数据中

  心,拥有一支近20人的技术指导、安装检修服务的队伍。同时结合大数据运维业务,拥有一支经验丰富的泵站运行维护的团队,公司深深理解主水泵的设计、结构优化对运维的重要性,运维成本是制造商必须从源头要充分考虑的重要因素,公司从产品设计与优化,制造与安装指导等多方面提供产品全生命周期的优质服务。

  江苏航天水力设备有限公司作为水利水电设备研发、制造、服务的国家队,有责任有义务有使命有担当,在集团公司的全力支持下,响应中央推进产品国产化的号召,努力武装提升自已,积极参与国家重点工程中去,为水利水电事业做出应有的贡献。