綠色節能環保機械設計及設備應用淺述

吳燕玲

（福州海峽建設發展有限責任公司，福建 福州 350008）

1 原材料的篩選

機械設計和設備應用的過程中，原材料同樣會影響到機械設備的節能環保性，因此，要符合節能環保設計要求，就需要在設計制造的過程中，加強原材料的選擇。在同等或者強度、功能等處于同等條件時，盡量選用易分解、可再生、可回收、無污染材料。總之，原材料篩選需遵循以下原則：選用耐久性強的材料，以充分提供材料的綜合利用率，使得在后期機械設備的使用時，這些材料可以發揮其性能優勢，延長設備的報廢年限；選用輕量化的材料，通過這些材料來有效減小設備自重[1]。

2 減震降噪的考量

機械設備的體積較大，造型奇特，在運行的過程中常常會產生較大的噪聲，而噪聲過大同樣會造成一定的污染，在節能環保設計下，同樣需要加強減震降噪設計。設計人員需結合各種機械設備的具體特征，來分析其可能存在的噪聲來源與傳播方式，選擇有效的原材料，進行相關結構件的適當優化，保障動力裝置的合理應用，如有必要，還需要盡量選用消聲設備、隔聲隔震裝置。

3 機械系統自動化、智能化

機械自動化和智能化設計突破了傳統設計的局限，提升了設計水平，對于綠色節能環保目標的實現同樣具有重要的意義。在自動化下，機械系統中重點包含了程序、作業、傳感、制定和控制等多個模塊，這些模塊之間的相互配合，使得在機械使用的過程中，運行效率更高、操作更為便捷。不同的模塊負責不同的內容，有效使得機械設備具有功能的多樣性、性能的完善性。機械智能化下，通過智能技術的應用，在機械系統中形成了一個良好的人機界面，實現了全過程的智能化監測和控制。

4 節能減排的使命

在當前的機械設備設計與應用領域，節能環保已然成為了人們關注的重點性問題，根據有關調查，從社會總耗能來看，機械能耗占據了其中的很大比例，因此，機械設備的節能設計非常重要。

在生產生活領域，在機械設備的選擇過程中，要盡量選用與設計負載大小相符合的，否則，過大的負載機械選擇和使用必將導致在機械設備使用時存在非常大的能耗，長時間的運行狀態下，能耗非常嚴重。當然，機械設計和設備應用時，綠色環保還需要從運行工序的合理安排著手，通過工序優化和調整，最大程度上提升設備的滿載率，減小空載或者輕載運行。日常的機械設備管理工作中，要定期安排專人來進行能耗計算，一旦發現存在異常情況，要及時進行問題的處理，嚴禁各種機械設備的帶病運行。

5 直飲水凈水機械系統對綠色節能環保的應用

以上海浦東新區凈化居住小區的直飲水工程為例，該飲水機械系統的綠色節能環保設計效果非常理想。具體來說，直飲水主要是將自來水或者符合飲用水標準的水作為原水，經由凈水設備來進行深度凈化和處理，經由管道直接輸送給用戶。

圖1 直飲水凈水機械系統現場布置案例

（1）設備人性化響應：該直飲水工程中，選用的是不銹鋼色彩，整體的造型相對簡單，且設計較為嚴謹，專業人員在操作這一工程中的各種設備時，具有良好的操作體驗，整個系統中的機械設備安裝簡單。

（2）原材料篩選響應：主體構造中包含了過濾器外殼與附件、閥門、高壓泵與附件等要素，主體構件主要以不銹鋼材料為主，這些材料的安全性較高，無毒無害，材料特性決定了在水源輸送時不會對水質產生任何的干擾。所選用的不銹鋼材料具有綠色環保性，可以被回收和利用，不會對周邊環境產生不利影響，有助于可持續發展目標的實現。此外，不銹鋼材料也同樣具備一定的經濟價值。

（3）減震降噪響應：由于整個工程裝置的特殊性，為了避免出現震動干擾，一般最好將裝置選擇在生活小區地下室或者小區附近的附屬廠房內。整個機械系統中，泵類運行時產生的噪音最大，要實現減震降噪，可以選用砼板、橡膠和金屬阻尼減震墊，型鋼基礎或者砼基礎，而在出水口位置，要利用消聲緩閉止回閥，柔性接頭。

圖2 凈水設備深度凈化處理流程圖

（4）節能環保響應：該住宅小區為高層建筑，這一結構特殊性使得在該直飲水工程中，可以選用樓宇供水的最先進技術，積極引入變頻供水裝置來實現控制。在整個飲水系統中，用戶的用水量存在動態變化，變頻供水裝置的使用使得用水供水壓力之間盡量保持平衡，通過這一方式來節約能耗。在水泵運行中，根據流體力學分析，通過變頻調速技術，節能效果更為突出，與一般的節流孔板、閥門調節相比，用電量大大減少。而變頻調速供水設備同樣采用的是這一原理，閉環自動調節系統中，壓力傳感器、可編程控制器、變頻器和水泵電機等是其中的重要構成，在閉環自動調節系統的運行過程中，可以有效發揮系統內各個要素的突出作用，節約水電資源。

（5）工藝設備說明：整個直飲水工程中，包含的工藝設備參數非常多，這些參數設定將會與最終的節能環保效果有著直接的關系。工藝設備應符合以下標準：①原水泵：參數設定時，Q= 凈水設備產水量/ 系統回收率（L/h），H 取值為30m ～40m。②石英砂過濾器：在進出口管路上裝有壓力表和全自動多路控制閥，在一定程度上可以實現設備的自動化操作和控制。而罐體參數的確定方面，包含了原水泵流量、罐體高度等指標。在濾料的裝填過程中，要將濾料裝填到罐體的2/3 空間中，且過濾方向要始終保持低進高出的方式。③離子交換器：罐體參數方面，同樣要嚴格根據相應的標準，比如，原水泵流量=3.14* 罐體半徑的平方*25m/h，而罐體高度一般取值在1.4m ～2.2m 之間，濾料裝填、過濾方向的要求與石英砂過濾器的要求相同[2]。在離子交換器中，鹽箱是比較重要的附屬設備，這一設備的存在可以有效對再生用飽和鹽水加以存儲與溶解，重點需要保障鹽箱體積的科學性，一般該體積取交換樹脂的體積即可。④反滲透裝置：在該裝置中包含了精濾、高壓泵反滲透膜組件、自控系統等，該裝置的存在就是為了實現脫鹽處理，壓力容器內由于存在膜組件，使得在整個裝置的運行過程中，就可以有效將高壓泵作為反滲透裝置運行的基礎，在高壓泵下，可以提供給反滲透裝置一定的進水壓力和流量，從而使得凈水存在一個超過滲透壓的壓力作用。在反滲透裝置中，精濾是其中的一個關鍵構成要素，為發揮其作用，要在進出口位置進行壓力指示表的安裝，而超濾技術應用的過程中，一般會選用8 寸的壓力容器，這是反滲透的標準化設計，在每個壓力容器內，都包含了多個的膜組件，在每個膜組件中，都設有專門的維修隔離閥門，即使在運行時出現了問題，也不會對其他組件甚至整個裝置的運行造成一定的影響。在超濾膜組件的各個單元進出水總管處，必須要設置專門的閥門，該閥門的設置使得在后續的清洗過程中，能夠直接與清洗液進出管連接。高壓泵是整個反滲透裝置的動力設備，為其提供了裝置運行的足夠動力，為保持高壓泵運行的穩定性與可靠性，一般會將其設置為高過熱保護模式，在泵的前后需分別設置低壓保護開關和高壓保護開關，一旦在高壓泵運行的過程中，進水壓力小于設計值時，高壓泵將立即進入停運保護的狀態下，實現對高壓泵的保護，而當出口壓力超過了設計值以后，在就會立即凈土停運保護狀態下，此時可以對反滲透膜加以保護。

（6）直飲水凈水機械工藝流程：（圖2）。

（7）實現了系統的自動化控制：在整個裝置中，引入了自動化技術，也就使得裝置、系統具有了更高的自動化水平。自動控制程序在執行時，選擇按鈕開關將其轉動到自動狀態下，此時，就可以自動實現原水泵的啟動，延時5 到10s 的時間，高壓泵就可以自動啟動，打開沖洗閥后，10s 后關閉。如果在整個裝置的運行過程中，自動高壓泵低壓控制器中存在信號的輸入，就需要立即將整個設備關閉，并啟動低壓報警。

純水箱水位達到指定的高位以后，就要立即關閉高壓泵和原水泵；而當水位到中位以后，自動控制系統會自動啟動原水泵，當延時5 到10s 時，一旦在此過程中存在低壓控制器輸入信號，系統會自動報警并進入停機狀態下，高壓泵自動啟動的同時，也就會打開沖洗閥，10s 后自動關閉。

此直飲水工程實施的過程中，整個系統的構成復雜，要保持系統運行的經濟性和節能性，專業人員就需要實時對水質加以監測，借助先進的監測技術和設備，來進行水質的動態監測。在設備用房，需配置水質檢測監測設備，當然，在制水設備上，也可以安裝在線實時檢測儀表，比如，溫度計、壓力表和流量表等。可編程控制器的存在，使得在整個裝置的運行過程中，可以實現自動化操作和控制。

6 結語

近年來，隨著機械設備在各個生產生活領域的廣泛應用，人們環保意識的提升使得在機械設計和設備應用的過程中，越來越關注各種機械設備的節能環保性，專業設計人員需結合這些機械設備的具體功能和性能要求，來進行節能環保設計與改造，有效降低機械設備運行時的能源消耗。