Abstract

Als een zeer efficiënte vloeistoftransportapparatuur die veel wordt gebruikt in waterbesparingsprojecten, de petrochemische industrie en stedelijke watervoorzieningssystemen, zijn verticale turbinepompen met meerdere fasen goed voor 30%-50% van het totale energieverbruik van het systeem. Traditionele methoden voor constante snelheidsregeling lijden aan energieverspilling vanwege hun onvermogen om dynamisch aan de stroomvereisten te voldoen. Met de volwassenheid van de technologie voor variabele frequentiesnelheidsregeling (VFS) is de toepassing ervan in energiebesparing voormeertraps verticale turbinepompenis een centraal punt geworden in de industrie. Dit artikel onderzoekt de kernwaarde van VFS-systemen vanuit technische principes, praktische energiebesparende effecten en economische perspectieven.

I. Technische principes en aanpasbaarheid van variabele frequentie snelheidsregelsystemen aan meertraps verticale turbinepompen

1.1 Basisprincipes van variabele frequentiesnelheidsregeling

VFS-systemen passen de frequentie van de motorvoeding aan (0.5–400 Hz) om de pompsnelheid (N∝f) te regelen, waardoor de stroomsnelheid (Q∝N³) en de opvoerhoogte (H∝N²) worden geregeld. Kernregelaars (bijv. VFD's) gebruiken PID-algoritmen voor nauwkeurige stromingsdrukregeling door middel van dynamische frequentieaanpassing.

1.2 Operationele kenmerken van verticale meertraps turbinepompen en hun aanpasbaarheid aan VFS

Belangrijkste kenmerkeninclude:
• Smal hoog-efficiëntiebereik: Gevoelig voor een afname van de efficiëntie bij het werken buiten de ontwerppunten
• Grote stroomschommelingen: vereisen frequente snelheidsaanpassing of start-stopbewerkingen vanwege system drukvariaties
• Structurele beperkingen van lange assen: Traditionele klepregeling veroorzaakt energieverlies en trillingsproblemen

VFS past de snelheid rechtstreeks aan de stroomvereisten aan, waardoor zones met een laag rendement worden vermeden en de efficiëntie van het systeem aanzienlijk wordt verbeterd.

II. Analyse van de effectiviteit van energiebesparende systemen voor snelheidsregeling met variabele frequentie

2.1 Belangrijkste mechanismen voor verbetering van energie-efficiëntie

(Waar ΔPventiel vertegenwoordigt het drukverlies door klepregeling)

2.2 Praktische toepassingscasusgegevens

• **Renovatieproject waterleidinginstallatie:**

· Uitrusting: 3 XBC300-450 meertraps verticale pompen (elk 155 kW)

· Vóór de renovatie: Dagelijks elektriciteitsverbruik ≈ 4,200 kWh, jaarlijkse kosten ≈$39,800

· Na Retrofit: Dagelijks verbruik teruggebracht tot 2,800 kWh, jaarlijkse besparing ≈$24,163, terugverdientijd < 2 jaar

III. Economische evaluatie en analyse van investeringsrendementen

3.1 Kostenvergelijking tussen controlemethoden

3.2 Berekening van de terugverdientijd van de investering

Voorbeeld: Kostenstijging apparatuur$27,458, jaarlijkse besparingen$24,163 → ROI ≈ 1.14 jaar

3.3 Verborgen economische voordelen

• Verlengde levensduur van de apparatuur: 30%-50% langere onderhoudscyclus dankzij verminderde lagerslijtage
• Vermindering van koolstofemissies: jaarlijkse CO₂-emissies van één pomp verminderd met ~45 ton per bespaarde 50,000 kWh
• Beleidsprikkels: in overeenstemming met de Chinese Richtlijnen voor diagnose van industriële energiebesparing, in aanmerking komend voor subsidies voor groene technologie

 IV. Casestudy: Retrofit van een multistage pompgroep in een petrochemische onderneming

4.1 Projectachtergrond

• Probleem: Het frequent starten en stoppen van de pompen voor het overbrengen van ruwe olie veroorzaakte jaarlijkse onderhoudskosten >$109,832 door system drukschommelingen
• Oplossing: installatie van 3×315 kW VFD's met druksensoren en cloud monitoring platform

4.2 Implementatieresultaten

• Energiemetingen: het stroomverbruik per pomp is teruggebracht van 210 kW tot 145 kW, de systeemefficiëntie is met 32% verbeterd
• Operationele kosten: de uitvaltijd door storingen is met 75% afgenomen, de jaarlijkse onderhoudskosten zijn teruggebracht tot$27,458.
• Economische voordelen: volledige renovatiekosten binnen 2 jaar terugverdiend, cumulatieve nettowinst >$164,749

V. Toekomstige trends en aanbevelingen

1. Intelligente upgrades: Integratie van IoT- en AI-algoritmen voor voorspellende energiecontrole

2. Toepassingen onder hoge druk: Ontwikkeling van frequentieregelaars geschikt voor 10 kV+ meertrapspompen

3. Lifecycle management: Opstellen van digitale tweelingmodellen voor energie-efficiënte levenscyclusoptimalisatie

Conclusie
Variabele frequentiesnelheidsregelsystemen bereiken aanzienlijke verbeteringen in energie-efficiëntie en operationele kostenreducties in verticale turbinepompen met meerdere fasen door de vereisten voor de stromingshoogte nauwkeurig af te stemmen. Casestudies tonen typische terugverdientijden van 1-3 jaar met aanzienlijke economische en milieuvoordelen. Met de voortschrijdende industriële digitalisering zal VFS-technologie de belangrijkste oplossing blijven voor pompenergie-optimalisatie.