绿色节能环保机械设计及设备应用浅述

时间：2024-10-27

吴燕玲

（福州海峡建设发展有限责任公司，福建福州 350008）

1 原材料的筛选

机械设计和设备应用的过程中，原材料同样会影响到机械设备的节能环保性，因此，要符合节能环保设计要求，就需要在设计制造的过程中，加强原材料的选择。在同等或者强度、功能等处于同等条件时，尽量选用易分解、可再生、可回收、无污染材料。总之，原材料筛选需遵循以下原则：选用耐久性强的材料，以充分提供材料的综合利用率，使得在后期机械设备的使用时，这些材料可以发挥其性能优势，延长设备的报废年限；选用轻量化的材料，通过这些材料来有效减小设备自重[1]。

2 减震降噪的考量

机械设备的体积较大，造型奇特，在运行的过程中常常会产生较大的噪声，而噪声过大同样会造成一定的污染，在节能环保设计下，同样需要加强减震降噪设计。设计人员需结合各种机械设备的具体特征，来分析其可能存在的噪声来源与传播方式，选择有效的原材料，进行相关结构件的适当优化，保障动力装置的合理应用，如有必要，还需要尽量选用消声设备、隔声隔震装置。

3 机械系统自动化、智能化

机械自动化和智能化设计突破了传统设计的局限，提升了设计水平，对于绿色节能环保目标的实现同样具有重要的意义。在自动化下，机械系统中重点包含了程序、作业、传感、制定和控制等多个模块，这些模块之间的相互配合，使得在机械使用的过程中，运行效率更高、操作更为便捷。不同的模块负责不同的内容，有效使得机械设备具有功能的多样性、性能的完善性。机械智能化下，通过智能技术的应用，在机械系统中形成了一个良好的人机界面，实现了全过程的智能化监测和控制。

4 节能减排的使命

在当前的机械设备设计与应用领域，节能环保已然成为了人们关注的重点性问题，根据有关调查，从社会总耗能来看，机械能耗占据了其中的很大比例，因此，机械设备的节能设计非常重要。

在生产生活领域，在机械设备的选择过程中，要尽量选用与设计负载大小相符合的，否则，过大的负载机械选择和使用必将导致在机械设备使用时存在非常大的能耗，长时间的运行状态下，能耗非常严重。当然，机械设计和设备应用时，绿色环保还需要从运行工序的合理安排着手，通过工序优化和调整，最大程度上提升设备的满载率，减小空载或者轻载运行。日常的机械设备管理工作中，要定期安排专人来进行能耗计算，一旦发现存在异常情况，要及时进行问题的处理，严禁各种机械设备的带病运行。

5 直饮水净水机械系统对绿色节能环保的应用

以上海浦东新区净化居住小区的直饮水工程为例，该饮水机械系统的绿色节能环保设计效果非常理想。具体来说，直饮水主要是将自来水或者符合饮用水标准的水作为原水，经由净水设备来进行深度净化和处理，经由管道直接输送给用户。

图1 直饮水净水机械系统现场布置案例

（1）设备人性化响应：该直饮水工程中，选用的是不锈钢色彩，整体的造型相对简单，且设计较为严谨，专业人员在操作这一工程中的各种设备时，具有良好的操作体验，整个系统中的机械设备安装简单。

（2）原材料筛选响应：主体构造中包含了过滤器外壳与附件、阀门、高压泵与附件等要素，主体构件主要以不锈钢材料为主，这些材料的安全性较高，无毒无害，材料特性决定了在水源输送时不会对水质产生任何的干扰。所选用的不锈钢材料具有绿色环保性，可以被回收和利用，不会对周边环境产生不利影响，有助于可持续发展目标的实现。此外，不锈钢材料也同样具备一定的经济价值。

（3）减震降噪响应：由于整个工程装置的特殊性，为了避免出现震动干扰，一般最好将装置选择在生活小区地下室或者小区附近的附属厂房内。整个机械系统中，泵类运行时产生的噪音最大，要实现减震降噪，可以选用砼板、橡胶和金属阻尼减震垫，型钢基础或者砼基础，而在出水口位置，要利用消声缓闭止回阀，柔性接头。

图2 净水设备深度净化处理流程图

（4）节能环保响应：该住宅小区为高层建筑，这一结构特殊性使得在该直饮水工程中，可以选用楼宇供水的最先进技术，积极引入变频供水装置来实现控制。在整个饮水系统中，用户的用水量存在动态变化，变频供水装置的使用使得用水供水压力之间尽量保持平衡，通过这一方式来节约能耗。在水泵运行中，根据流体力学分析，通过变频调速技术，节能效果更为突出，与一般的节流孔板、阀门调节相比，用电量大大减少。而变频调速供水设备同样采用的是这一原理，闭环自动调节系统中，压力传感器、可编程控制器、变频器和水泵电机等是其中的重要构成，在闭环自动调节系统的运行过程中，可以有效发挥系统内各个要素的突出作用，节约水电资源。

（5）工艺设备说明：整个直饮水工程中，包含的工艺设备参数非常多，这些参数设定将会与最终的节能环保效果有着直接的关系。工艺设备应符合以下标准：①原水泵：参数设定时，Q= 净水设备产水量/ 系统回收率（L/h），H 取值为30m ～40m。②石英砂过滤器：在进出口管路上装有压力表和全自动多路控制阀，在一定程度上可以实现设备的自动化操作和控制。而罐体参数的确定方面，包含了原水泵流量、罐体高度等指标。在滤料的装填过程中，要将滤料装填到罐体的2/3 空间中，且过滤方向要始终保持低进高出的方式。③离子交换器：罐体参数方面，同样要严格根据相应的标准，比如，原水泵流量=3.14* 罐体半径的平方*25m/h，而罐体高度一般取值在1.4m ～2.2m 之间，滤料装填、过滤方向的要求与石英砂过滤器的要求相同[2]。在离子交换器中，盐箱是比较重要的附属设备，这一设备的存在可以有效对再生用饱和盐水加以存储与溶解，重点需要保障盐箱体积的科学性，一般该体积取交换树脂的体积即可。④反渗透装置：在该装置中包含了精滤、高压泵反渗透膜组件、自控系统等，该装置的存在就是为了实现脱盐处理，压力容器内由于存在膜组件，使得在整个装置的运行过程中，就可以有效将高压泵作为反渗透装置运行的基础，在高压泵下，可以提供给反渗透装置一定的进水压力和流量，从而使得净水存在一个超过渗透压的压力作用。在反渗透装置中，精滤是其中的一个关键构成要素，为发挥其作用，要在进出口位置进行压力指示表的安装，而超滤技术应用的过程中，一般会选用8 寸的压力容器，这是反渗透的标准化设计，在每个压力容器内，都包含了多个的膜组件，在每个膜组件中，都设有专门的维修隔离阀门，即使在运行时出现了问题，也不会对其他组件甚至整个装置的运行造成一定的影响。在超滤膜组件的各个单元进出水总管处，必须要设置专门的阀门，该阀门的设置使得在后续的清洗过程中，能够直接与清洗液进出管连接。高压泵是整个反渗透装置的动力设备，为其提供了装置运行的足够动力，为保持高压泵运行的稳定性与可靠性，一般会将其设置为高过热保护模式，在泵的前后需分别设置低压保护开关和高压保护开关，一旦在高压泵运行的过程中，进水压力小于设计值时，高压泵将立即进入停运保护的状态下，实现对高压泵的保护，而当出口压力超过了设计值以后，在就会立即净土停运保护状态下，此时可以对反渗透膜加以保护。

（6）直饮水净水机械工艺流程：（图2）。

（7）实现了系统的自动化控制：在整个装置中，引入了自动化技术，也就使得装置、系统具有了更高的自动化水平。自动控制程序在执行时，选择按钮开关将其转动到自动状态下，此时，就可以自动实现原水泵的启动，延时5 到10s 的时间，高压泵就可以自动启动，打开冲洗阀后，10s 后关闭。如果在整个装置的运行过程中，自动高压泵低压控制器中存在信号的输入，就需要立即将整个设备关闭，并启动低压报警。

纯水箱水位达到指定的高位以后，就要立即关闭高压泵和原水泵；而当水位到中位以后，自动控制系统会自动启动原水泵，当延时5 到10s 时，一旦在此过程中存在低压控制器输入信号，系统会自动报警并进入停机状态下，高压泵自动启动的同时，也就会打开冲洗阀，10s 后自动关闭。

此直饮水工程实施的过程中，整个系统的构成复杂，要保持系统运行的经济性和节能性，专业人员就需要实时对水质加以监测，借助先进的监测技术和设备，来进行水质的动态监测。在设备用房，需配置水质检测监测设备，当然，在制水设备上，也可以安装在线实时检测仪表，比如，温度计、压力表和流量表等。可编程控制器的存在，使得在整个装置的运行过程中，可以实现自动化操作和控制。