机械设备节能技术研究与应用

机械设备节能技术研究与应用

李焱

天津联维乙烯工程有限公司，天津市滨海新区古林街，300270

摘要:在能源需求不断增加以及人们环保意识不断增强的背景下，机械设备节能技术研究及应用就显得十分重要。论述机械设备节能技术发展过程及技术演变过程，并对当前热门节能技术进行综述。本文随后对机械设备节能技术的运用方法进行详细说明，主要从能效标准制定，评估体系完善等方面进行分析，并从设备设计，运行与维护管理等方面提出节能创新与策略。这些举措对提高能源利用效率，降低运营成本等方面都有着十分重要的意义。

关键词：机械设备；节能技术；能效标准

引言

在能源资源紧缩与生态环境保护双重压力下，机械行业一直在寻求节能减排新路径。机械设备作为能源消耗大户，对其节能技术进行研究与应用就成了提高能效，实现可持续发展至关重要的问题。文章以机械设备节能技术现状为切入点，对其技术演进及发展趋势进行了综述，并对目前主流节能技术及成效进行了分析。并对节能技术在实践中多维度运用方法进行进一步论述，目的在于为机械设备节能改进工作提供理论依据与实践指导。

1.机械设备节能技术的现状

1.1 发展历程与技术演变

由工业革命初期蒸汽机发展至当代智能制造过程中，机械设备节能技术经历巨大转变。发展初期，节能技术改进重点是提高机械效率，如改善燃烧过程和优化传动系统等。进入20世纪，随着电气工程的飞速发展，电动机械设备成为主要的能源消耗设备，这一时期出现了大量的节能技术创新，如果采用变频技术，则可使装置按实际负载进行能耗调节，明显减少空载及部分负载情况下能源浪费。21世纪信息技术融入机械工程促进节能技术深入进化，预测性维护及智能控制系统已成为降低能耗新重点。现代机械设备运用大数据与物联网技术可以对其工作状态进行实时监控，并对能耗进行自适应调整，以取得较好的节能效果。另外，新材料的应用不断改写着节能技术的疆界，如超导材料的应用减少了传输中能量的损耗。

1.2 当前流行的节能技术概览

时下机械设备节能技术发展正以空前之快。随着世界范围内对节能减排目标共识的不断深入，各类高效节能技术不断涌现。例如，高效的电机和驱动系统已经被视为行业的标准，它们采用尖端的设计和材料来减少内部的摩擦和电磁损失。在所有的设备里，利用这些技术能够达到10%到30%的能量消耗减少。除硬件升级外，软件、控制算法等方面的优化都在不断地进步，智能控制系统可以根据工况、环境变量等因素对设备运行参数进行调节，从而保证在保证性能的前提下实现能源消耗最小化。另外，该能源回馈系统还应用于一些高能消耗的装置上，把装置工作时产生的电能转化为电能进行再利用，从而有效地降低对能源的总体需求。又比如通过运用精益生产、绿色制造等原理，企业都在为实现生产全过程节能而努力，这些节能不仅仅是个别设备的节能，而是生产线中能量流、物料流等方面的优化问题。这些技术与原理的运用表明机械设备节能已由单一设备向系统级别高效能源管理方向延伸。

2.机械设备节能技术的应用方法

2.1 能效标准与评估体系

能效标准及评估体系是机械设备节能技术开发与应用的科学测量与管理工具。这些标准与系统通过制定清晰的性能指标来指导设备设计者与制造者将能效放在首位。世界上许多国家或地区都已建立自己的能效标准：欧盟ErP指令、美国能源之星计划、中国能效标识程序。这类标准一般都要定期进行增补，以便体现节能的最新技术及市场发展趋势。与此同时，通过建立评估体系，例如ISO 50001等能源管理标准，为各企业构建了一个全面的能源效率优化框架。这些准则有助于企业在能源审计，监控，目标设定，性能改进等整个过程落实节能措施。在评估体系里，关键性能指标为机械设备的操作者提供了一个量化能效提升并基于数据做出决策的工具。更进一步，在先进监控设备与智能分析软件的辅助下，可以实现机械设备能效实时监测与评价，保障不断进行能效改进与管理。

2.2 设备设计中的节能创新

机械设备设计阶段节能创新已成为设计师与工程师们重要考虑。工程师们可以通过对先进设计软件及仿真工具的运用来实现产品开发初期的能效优化。这些工具可以对机械设备在各种工况下的能量消耗情况进行预测，使节能各方面都能得到充分考虑。如使用轻量化材料可显著降低设备能耗，这是因为这些材料在起动和操作时所需能量较低。类似地，流体动力学与热力学优化也是通过降低阻力与热损失进而降低能耗来实现。另外，集成化设计使多个功能模块可以在一个组件内完成，从而降低材料用量，还可以降低设备的总体重量并进一步提高能效。就电气设备而言，使用高效电机与优化电气控制系统能够降低能量损失。热能设备中采用最新隔热材料及热回收技术尽量减少热能损失已是惯例。

2.3 操作过程中的节能策略

机械设备日常运行过程中采用节能策略，是降低能源消耗与运行成本的一种有效手段。设备操作者在精细管理工作流程、优化机械设备运行模式等方面可取得明显节能效果。如调节机械设备启停时间、避免非高峰时段作业等可降低不必要能耗。另外，运行过程中能量监控系统也起着至关重要的作用，这些系统可以实时采集设备的运行数据、分析能耗模式、引导操作者做出调整从而保证设备处于最优能耗状态。操作人员也可通过缩短机械设备怠速运行时间，从而节约能量。通过详细的生产流程规划与调度保证了设备只在必要的时候进行操作，避免了无负载或者低负载情况下的长期工作。类似地，对变负载装置，利用变频技术等智能控制策略，可以根据实际需要来调节能源使用情况，而非使装置继续以一个固定且不一定是最佳的转速工作。更进一步，在运行期间精细调节与管理能源流，例如采用高效率变速泵与风扇并结合压力与流量控制系统可降低液体与气体传输系统耗能。对热能进行管理、确保加热及冷却系统及时调整、废热回收利用等均为运行过程中不容忽视的节能策略。

2.4 维护与管理中的节能措施
设备维护和管理对维护机械设备高效运行具有重要意义。及时维修，准确管理，既能确保设备可靠，生产力高，又能避免能源无意义浪费。一个完整的维护体系应包含定期检查，清洗，润滑和更换零件等内容，它们能保证机械设备处于最佳工作状态，避免了因摩擦等机械问题而增加能耗。从管理的角度看，执行如ISO 50001这样的能源管理体系，有助于企业构建一个有组织的能源管理流程。企业可以通过该系统细化能源消耗帐目、确定高耗能设备或者工艺、有针对性地加以改进。维护团队可使用预测性维护工具基于设备实际工作数据预测出潜在故障及性能下降情况，以便在出现问题之前介入，降低突发停机及非计划维修能耗及费用。另外，对旧设备进行更新与改造并引进更为有效的替代技术可以使管理与维护团队进一步减少对设备能源的需求。如将老装置的电机改装、更换成节能型电机或将效率更高的燃烧器、热交换设备等装置到热能系统。这些改造虽需前期投入，但是从长远看却可以带来明显的能耗降低与成本节省。

结束语

文章通过对机械设备节能技术现状及应用方法进行深入剖析，强调创新设计，运行优化，及维护管理对提升能效的重要意义。今后研究应注重节能技术持续创新与评估体系不断完善，以期在机械设备中达到较高能源节约与环境保护水平。伴随着技术进步与政策导向，机械设备节能技术在未来会得到更广泛应用，对于推动工业可持续发展有着深远的意义。

参考文献

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