Anotācija

Kā ļoti efektīvs šķidruma transportēšanas aprīkojums, ko plaši izmanto ūdens taupīšanas projektos, naftas ķīmijas rūpniecībā un pilsētu ūdensapgādes sistēmās, daudzpakāpju vertikālās turbīnas sūkņi veido 30–50% no kopējā sistēmas enerģijas patēriņa. Tradicionālās nemainīga ātruma kontroles metodes cieš no enerģijas izšķērdēšanas, jo tās nespēj dinamiski saskaņot plūsmas prasības. Ar mainīgas frekvences ātruma kontroles (VFS) tehnoloģijas briedumu, tās pielietojums enerģijas taupīšanaidaudzpakāpju vertikālie turbīnu sūkņiir kļuvis par nozares kontaktpunktu. Šajā rakstā tiek pētīta VFS sistēmu galvenā vērtība no tehniskajiem principiem, praktiskiem enerģijas taupīšanas efektiem un ekonomikas perspektīvām.

I. Mainīgas frekvences ātruma kontroles sistēmu tehniskie principi un pielāgojamība daudzpakāpju vertikālajiem turbīnu sūkņiem

1.1. Mainīgas frekvences ātruma kontroles pamatprincipi

VFS sistēmas pielāgo motora barošanas frekvenci (0.5–400 Hz), lai regulētu sūkņa ātrumu (N∝f), tādējādi kontrolējot plūsmas ātrumu (Q∝N³) un augstumu (H∝N²). Kodolkontrolleri (piemēram, VFD) izmanto PID algoritmus precīzai plūsmas spiediena kontrolei, izmantojot dinamisku frekvences regulēšanu.

1.2. Daudzpakāpju vertikālo turbīnu sūkņu darbības raksturojums un to pielāgošanās VFS

Galvenās iezīmesinclude:
• Šaurs augstas efektivitātes diapazons: ir tendence uz efektivitātes samazināšanos, darbojoties prom no projektēšanas punktiem
• Lielas plūsmas svārstības: nepieciešama bieža ātruma regulēšana vai palaišanas-apturēšanas darbības, jo sistēma spiediena svārstības
• Garās vārpstas konstrukcijas ierobežojumi: tradicionālā vārsta drosele rada enerģijas zudumus un vibrācijas problēmas

VFS tieši pielāgo ātrumu, lai atbilstu plūsmas prasībām, izvairoties no zemas efektivitātes zonām un ievērojami uzlabojot sistēmas efektivitāti.

II. Mainīgas frekvences ātruma kontroles sistēmu enerģijas taupīšanas efektivitātes analīze

2.1. Galvenie energoefektivitātes uzlabošanas mehānismi

(Kur ΔPvārsts apzīmē vārsta droseles spiediena zudumu)

2.2. Praktiskā pielietojuma gadījuma dati

• **Ūdens apgādes iekārtas modernizācijas projekts:**

· Aprīkojums: 3 XBC300-450 daudzpakāpju vertikālie sūkņi (katrs 155 kW)

· Pirms modernizācijas: Ikdienas elektroenerģijas patēriņš ≈ 4,200 kWh, gada izmaksas ≈$39,800

· Pēc modernizācijas: ikdienas patēriņš samazināts līdz 2,800 kWh, gada ietaupījums ≈$24,163, atmaksāšanās laiks < 2 gadi

III. Ekonomiskais novērtējums un investīciju atdeves analīze

3.1. Kontroles metožu izmaksu salīdzinājums

3.2. Investīciju atmaksāšanās perioda aprēķins

Piemērs: aprīkojuma izmaksu pieaugums$27,458, gada ietaupījumi$24,163 → ROI ≈ 1.14 gadi

3.3. Slēptie ekonomiskie ieguvumi

• Pagarināts aprīkojuma kalpošanas laiks: par 30%-50% garāks apkopes cikls, jo samazinās gultņu nodilums
• Oglekļa emisiju samazināšana: viena sūkņa ikgadējās CO₂ emisijas samazinātas par ~45 tonnām uz 50,000 XNUMX ietaupītām kWh
• Politikas stimuli: atbilst Ķīnas stimuliem Rūpnieciskās enerģijas taupīšanas diagnostikas vadlīnijas, kas ir tiesīgs saņemt zaļo tehnoloģiju subsīdijas

 IV. Gadījuma izpēte: naftas ķīmijas uzņēmuma daudzpakāpju sūkņu grupas modernizēšana

4.1 projekta priekšvēsture

• Problēma: Bieža jēlnaftas pārsūknēšanas sūkņu iedarbināšana un apturēšana izraisīja ikgadējās apkopes izmaksas >$109,832 līdz sistēma spiediena svārstības
• Risinājums: 3×315 kW VFD uzstādīšana ar spiediena sensoriem un mākoņu uzraudzības platformu

4.2. Īstenošanas rezultāti

• Enerģijas rādītāji: enerģijas patēriņš vienam sūknim samazināts no 210 kW līdz 145 kW, sistēmas efektivitāte uzlabota par 32%
• Ekspluatācijas izmaksas: atteices dīkstāves laiks samazinājās par 75%, ikgadējās uzturēšanas izmaksas samazinātas līdz$27,458.
• Ekonomiskie ieguvumi: pilnas modernizācijas izmaksas atgūtas 2 gadu laikā, kumulatīvā tīrā peļņa >$164,749

V. Nākotnes tendences un ieteikumi

1. Inteliģenti jauninājumi: IoT un AI algoritmu integrācija paredzamai enerģijas kontrolei

2. Augstspiediena lietojumprogrammas: 10 kV+ daudzpakāpju sūkņiem piemērotu VFD izstrāde

3. Dzīves cikla pārvaldība: digitālo dvīņu modeļu izveide energoefektīvai dzīves cikla optimizācijai

Secinājumi
Mainīgas frekvences ātruma kontroles sistēmas nodrošina ievērojamus energoefektivitātes uzlabojumus un ekspluatācijas izmaksu samazinājumus daudzpakāpju vertikālo turbīnu sūkņos, precīzi saskaņojot plūsmas augstuma prasības. Gadījumu pētījumi parāda tipiskus 1–3 gadu atmaksāšanās periodus ar būtisku ekonomisko un vides ieguvumu. Attīstoties rūpnieciskajai digitalizācijai, VFS tehnoloģija joprojām būs galvenais sūkņu enerģijas optimizācijas risinājums.