ملخص

باعتبارها معدات نقل سوائل عالية الكفاءة، تُستخدم على نطاق واسع في مشاريع الحفاظ على المياه، وصناعة البتروكيماويات، وأنظمة إمدادات المياه الحضرية، تُمثل مضخات التوربينات العمودية متعددة المراحل ما بين 30% و50% من إجمالي استهلاك الطاقة في النظام. تُعاني أساليب التحكم التقليدية ذات السرعة الثابتة من هدر الطاقة نظرًا لعدم قدرتها على تلبية متطلبات التدفق ديناميكيًا. مع تطور تقنية التحكم في السرعة بتردد متغير (VFS)، أصبح تطبيقها في توفير الطاقة...مضخات توربينية عمودية متعددة المراحلأصبحت هذه التقنية محورًا رئيسيًا في هذه الصناعة. تستكشف هذه الورقة القيمة الجوهرية لأنظمة VFS من حيث المبادئ التقنية، والآثار العملية لتوفير الطاقة، والمنظور الاقتصادي.

1. المبادئ التقنية وقابلية تكييف أنظمة التحكم في سرعة التردد المتغير مع مضخات التوربينات العمودية متعددة المراحل

1.1 المبادئ الأساسية للتحكم في سرعة التردد المتغير

تضبط أنظمة VFS تردد مصدر طاقة المحرك (0.5-400 هرتز) لتنظيم سرعة المضخة (N∝f)، وبالتالي التحكم في معدل التدفق (Q∝N³) والضغط (H∝N²). تستخدم وحدات التحكم الأساسية (مثل محركات التردد المتغير) خوارزميات PID للتحكم الدقيق في التدفق والضغط من خلال ضبط التردد ديناميكيًا.

1.2 الخصائص التشغيلية لمضخات التوربينات العمودية متعددة المراحل وقدرتها على التكيف مع VFS

الملامح الرئيسيةiNCLUDE:
• نطاق ضيق للكفاءة العالية: عرضة لانخفاض الكفاءة عند التشغيل بعيدًا عن نقاط التصميم
• تقلبات التدفق الكبيرة: تتطلب تعديلًا متكررًا للسرعة أو عمليات بدء وإيقاف بسبب نظام اختلافات الضغط
• القيود الهيكلية للعمود الطويل: يؤدي خنق الصمام التقليدي إلى فقدان الطاقة ومشاكل الاهتزاز

يقوم VFS بضبط السرعة بشكل مباشر لتلبية متطلبات التدفق، مما يؤدي إلى تجنب المناطق ذات الكفاءة المنخفضة وتحسين كفاءة النظام بشكل كبير.

ثانيًا: تحليل فعالية توفير الطاقة لأنظمة التحكم في سرعة التردد المتغير

2.1 الآليات الرئيسية لتحسين كفاءة الطاقة

(أين ΔPصمام يمثل فقدان ضغط خنق الصمام)

2.2 بيانات حالة التطبيق العملي

• **مشروع تجديد محطة إمداد المياه:**

· المعدات: 3 مضخات عمودية متعددة المراحل XBC300-450 (155 كيلو واط لكل منها)

· قبل التحديث: استهلاك الكهرباء اليومي ≈ 4,200 كيلووات ساعة، التكلفة السنوية ≈$39,800

· بعد التحديث: تم تخفيض الاستهلاك اليومي إلى 2,800 كيلوواط ساعة، وفورات سنوية ≈$24,163فترة الاسترداد < 2 سنة

ثالثًا: التقييم الاقتصادي وتحليل عوائد الاستثمار

3.1 مقارنة التكلفة بين طرق التحكم

3.2 حساب فترة استرداد الاستثمار

مثال: زيادة تكلفة المعدات$27,458، المدخرات السنوية$24,163 → العائد على الاستثمار ≈ 1.14 سنة

3.3 الفوائد الاقتصادية الخفية

• عمر افتراضي أطول للمعدات: دورة صيانة أطول بنسبة 30% إلى 50% بسبب انخفاض تآكل المحمل
• تقليل انبعاثات الكربون: يتم تقليل انبعاثات ثاني أكسيد الكربون السنوية من مضخة واحدة بمقدار حوالي 45 طنًا لكل 50,000 كيلوواط ساعة يتم توفيرها
• الحوافز السياسية: متوافقة مع الصين إرشادات تشخيص الحفاظ على الطاقة الصناعية، مؤهلة للحصول على إعانات التكنولوجيا الخضراء

 رابعًا: دراسة حالة: تحديث مجموعة المضخات متعددة المراحل في شركة البتروكيماويات

4.1 خلفية المشروع

• المشكلة: يؤدي التشغيل والإيقاف المتكرر لمضخات نقل النفط الخام إلى تكاليف صيانة سنوية >$109,832 بسبب نظام تقلبات الضغط
• الحل: تركيب 3 محركات تردد متغير بقدرة 315 كيلو وات مزودة بمستشعرات ضغط ومنصة مراقبة سحابية

4.2 نتائج التنفيذ

• مقاييس الطاقة: انخفض استهلاك الطاقة لكل مضخة من 210 كيلو وات إلى 145 كيلو وات، وتحسنت كفاءة النظام بنسبة 32%
• تكاليف التشغيل: تم تخفيض وقت التوقف عن العمل بنسبة 75%، وتم تخفيض تكاليف الصيانة السنوية إلى$2IBAN: NO7,458 XNUMX XNUMX XNUMX BIC/SWIFT: NDEANOKK
• الفوائد الاقتصادية: استرداد كامل تكلفة التحديث خلال عامين، صافي الربح التراكمي >$164,749

خامسًا: الاتجاهات المستقبلية والتوصيات

1. ترقيات ذكية:دمج خوارزميات إنترنت الأشياء والذكاء الاصطناعي للتحكم التنبئي في الطاقة

2. تطبيقات الضغط العالي:تطوير محركات التردد المتغير المناسبة للمضخات متعددة المراحل 10 كيلو فولت +

3. إدارة دورة حياة:إنشاء نماذج التوأم الرقمي لتحسين دورة حياة الطاقة الموفرة للطاقة

وفي الختام
تحقق أنظمة التحكم في سرعة التردد المتغير تحسينات كبيرة في كفاءة الطاقة وخفضًا في تكاليف التشغيل في مضخات التوربينات العمودية متعددة المراحل، وذلك من خلال مطابقة متطلبات رأس التدفق بدقة. وتُظهر دراسات الحالة فترات استرداد نموذجية تتراوح بين سنة وثلاث سنوات، مع فوائد اقتصادية وبيئية كبيرة. ومع التقدم الرقمي الصناعي، ستظل تقنية VFS الحل الأمثل لتحسين طاقة المضخات.