Abstraktus

Kaip labai efektyvi skysčių transportavimo įranga, plačiai naudojama vandens taupymo projektuose, naftos chemijos pramonėje ir miesto vandens tiekimo sistemose, daugiapakopiai vertikalūs turbininiai siurbliai sunaudoja 30–50 % visos sistemos energijos. Tradiciniai pastovaus greičio valdymo metodai kenčia nuo energijos švaistymo, nes nesugeba dinamiškai suderinti srauto poreikius. Su kintamo dažnio greičio valdymo (VFS) technologijos branda, jos pritaikymas energijos taupymuidaugiapakopiai vertikalūs turbininiai siurbliaitapo pramonės centru. Šiame straipsnyje nagrinėjama pagrindinė VFS sistemų vertė iš techninių principų, praktinių energijos taupymo efektų ir ekonominių perspektyvų.

I. Kintamo dažnio greičio reguliavimo sistemų techniniai principai ir pritaikymas daugiapakopiams vertikaliems turbininiams siurbliams

1.1 Pagrindiniai kintamo dažnio greičio valdymo principai

VFS sistemos reguliuoja variklio maitinimo dažnį (0.5–400 Hz), kad reguliuotų siurblio greitį (N∝f), taip valdydamos srautą (Q∝N³) ir aukštį (H∝N²). Pagrindiniai valdikliai (pvz., VFD) naudoja PID algoritmus, kad tiksliai valdytų srauto slėgį dinamiškai reguliuojant dažnį.

1.2 Daugiapakopių vertikalių turbininių siurblių veikimo charakteristikos ir jų pritaikymas VFS

Pagrindinės savybėsinclude:
• Siauras didelio efektyvumo diapazonas: gali sumažėti efektyvumas, kai dirbama toliau nuo projektavimo taškų
• Dideli srauto svyravimai: reikia dažnai reguliuoti greitį arba pradėti ir sustabdyti operacijas dėl sistema slėgio svyravimai
• Ilgo veleno konstrukcijos apribojimai: tradicinis vožtuvo droselis sukelia energijos praradimą ir vibracijos problemų

VFS tiesiogiai reguliuoja greitį, kad atitiktų srauto reikalavimus, išvengiant žemo efektyvumo zonų ir žymiai pagerinant sistemos efektyvumą.

II. Kintamo dažnio greičio reguliavimo sistemų energijos taupymo efektyvumo analizė

2.1 Pagrindiniai energijos vartojimo efektyvumo didinimo mechanizmai

(Kur ΔPvožtuvas reiškia vožtuvo droselio slėgio praradimą)

2.2 Praktinio taikymo atvejo duomenys

• **Vandens tiekimo įmonės modernizavimo projektas:**

· Įranga: 3 XBC300-450 daugiapakopiai vertikalūs siurbliai (kiekvienas po 155 kW)

· Prieš modifikavimą: elektros energijos suvartojimas per dieną ≈ 4,200 kWh, metinės išlaidos ≈$39,800

· Po modernizavimo: Kasdienis suvartojimas sumažintas iki 2,800 kWh, metinis sutaupymas ≈$24,163, atsipirkimo laikotarpis < 2 metai

III. Ekonominis įvertinimas ir investicijų grąžos analizė

3.1 Kontrolės metodų sąnaudų palyginimas

3.2 Investicijų atsipirkimo laikotarpio apskaičiavimas

Pavyzdys: įrangos kainos padidėjimas$27,458, metinės santaupos$24,163 → IG ≈ 1.14 metų

3.3 Paslėpta ekonominė nauda

• Pailgintas įrangos eksploatavimo laikas: 30–50 % ilgesnis priežiūros ciklas dėl mažesnio guolių susidėvėjimo
• Anglies išmetimo mažinimas: vieno siurblio metinė CO₂ emisija sumažinama ~45 tonomis už 50,000 XNUMX sutaupytų kWh
• Politikos paskatos: atitinka Kinijos Pramonės energijos taupymo diagnostikos gairės, gali gauti žaliųjų technologijų subsidijas

 IV. Atvejo analizė: Naftos chemijos įmonės daugiapakopių siurblių grupės modifikavimas

4.1 projekto fonas

• Problema: dėl dažno žalios naftos perpylimo siurblių paleidimo ir sustabdymo metinės priežiūros išlaidos >$109,832 dėl sistema slėgio svyravimai
• Sprendimas: 3×315 kW VFD su slėgio jutikliais ir debesų stebėjimo platforma montavimas

4.2 Įgyvendinimo rezultatai

• Energijos rodikliai: vienam siurbliui suvartojamos galios sumažėjo nuo 210 kW iki 145 kW, sistemos efektyvumas pagerėjo 32 %
• Eksploatacinės išlaidos: gedimų trukmė sumažėjo 75%, metinės priežiūros išlaidos sumažėjo iki$27,458.
• Ekonominė nauda: visos modernizavimo išlaidos susigrąžintos per 2 metus, sukauptas grynasis pelnas >$164,749

V. Ateities tendencijos ir rekomendacijos

1. Pažangūs atnaujinimai: IoT ir AI algoritmų integravimas nuspėjamam energijos valdymui

2. Aukšto slėgio programos: VFD, tinkamų 10 kV+ daugiapakopiams siurbliams, kūrimas

3. Gyvenimo ciklo valdymas: skaitmeninių dvigubų modelių, skirtų energiją taupančiam gyvavimo ciklo optimizavimui, sukūrimas

Išvada
Kintamo dažnio greičio valdymo sistemos leidžia žymiai pagerinti energijos vartojimo efektyvumą ir sumažinti eksploatacines išlaidas daugiapakopiuose vertikaliuose turbininiuose siurbliuose, tiksliai suderindamos srauto slėgio reikalavimus. Atvejų tyrimai rodo tipinius 1–3 metų atsipirkimo laikotarpius, o tai suteikia didelę ekonominę ir aplinkosauginę naudą. Tobulėjant pramoniniam skaitmeninimui, VFS technologija išliks pagrindiniu siurblių energijos optimizavimo sprendimu.