Апстракт

Како високо ефикасна опрема за транспорт на течности која широко се користи во проекти за зачувување на вода, петрохемиска индустрија и урбани системи за водоснабдување, повеќестепените вертикални турбински пумпи сочинуваат 30%-50% од вкупната потрошувачка на енергија на системот. Традиционалните методи на контрола со постојана брзина страдаат од енергетски отпад поради нивната неможност динамично да одговараат на барањата за проток. Со зрелоста на технологијата за контрола на брзината со променлива фреквенција (VFS), нејзината примена во заштеда на енергија заповеќестепени вертикални турбински пумпистана фокусна точка во индустријата. Овој труд ја истражува основната вредност на VFS системите од технички принципи, практични ефекти за заштеда на енергија и економски перспективи.

I. Технички принципи и приспособливост на системи за контрола на брзината со променлива фреквенција на повеќестепени вертикални турбински пумпи

1.1 Основни принципи на контрола на брзината со променлива фреквенција

Системите VFS ја приспособуваат фреквенцијата на напојувањето на моторот (0.5–400 Hz) за да ја регулираат брзината на пумпата (N∝f), притоа контролирајќи ја брзината на проток (Q∝N³) и главата (H∝N²). Основните контролери (на пример, VFD) користат PID алгоритми за прецизна контрола на притисокот на протокот преку динамичко прилагодување на фреквенцијата.

1.2 Работни карактеристики на повеќестепените вертикални турбински пумпи и нивната приспособливост на VFS

Клучни карактеристикиinclude:
• Тесен опсег на висока ефикасност: Склони кон опаѓање на ефикасноста кога работите подалеку од дизајнерските точки
• Големи флуктуации на протокот: бараат често прилагодување на брзината или операции на старт-стоп поради систем варијации на притисокот
• Структурни ограничувања на долгата оска: традиционалното пригушување на вентилот предизвикува загуба на енергија и проблеми со вибрациите

VFS директно ја прилагодува брзината за да ги исполни барањата за проток, избегнувајќи зони со ниска ефикасност и значително ја подобрува ефикасноста на системот.

II. Анализа на ефективноста за заштеда на енергија на системи за контрола на брзината со променлива фреквенција

2.1 Клучни механизми за подобрување на енергетската ефикасност

(Каде ΔPвентил претставува губење на притисокот при гаснење на вентилот)

2.2 Податоци за случаи на практична примена

• **Проект за доградба на постројка за водоснабдување:**

· Опрема: 3 повеќестепени вертикални пумпи XBC300-450 (по 155 kW секоја)

· Пред доградба: Дневна потрошувачка на електрична енергија ≈ 4,200 kWh, годишни трошоци ≈$39,800

· По доградба: Дневната потрошувачка е намалена на 2,800 kWh, годишни заштеди ≈$24,163, период на враќање < 2 години

III. Економска евалуација и анализа на поврат на инвестициите

3.1 Споредба на трошоците помеѓу методите за контрола

3.2 Пресметка на периодот на враќање на инвестициите

Пример: Зголемување на трошоците за опрема$27,458, годишни заштеди$24,163 → ROI ≈ 1.14 години

3.3 Скриени економски придобивки

• Продолжен животен век на опремата: 30%-50% подолг циклус на одржување поради намаленото абење на лежиштето
• Намалување на емисијата на јаглерод: Годишните емисии на CO₂ со една пумпа намалени за ~45 тони на заштедени 50,000 kWh
• Политички стимулации: Во согласност со Кина Упатства за дијагноза за зачувување на индустриската енергија, подобни за субвенции за зелена технологија

 IV. Студија на случај: Петрохемиско претпријатие повеќестепена група на пумпи Ретрофит

4.1 Позадина на проектот

• Проблем: честото стартување-стопирање на пумпите за пренос на сурова нафта предизвика годишни трошоци за одржување >$109,832 поради систем флуктуации на притисокот
• Решение: Инсталација на 3×315 kW VFD со сензори за притисок и платформа за следење облак

4.2 Резултати од имплементацијата

• Метрика на енергија: потрошувачката на енергија по пумпа е намалена од 210 kW на 145 kW, ефикасноста на системот е подобрена за 32%
• Оперативни трошоци: Времето на неуспех е намалено за 75%, годишните трошоци за одржување намалени на$27,458.
• Економски придобивки: Целосните трошоци за доградба се повратени во рок од 2 години, кумулативна нето добивка >$164,749

V. Идни трендови и препораки

1. Интелигентни надградби: Интеграција на IoT и AI алгоритми за предвидлива контрола на енергијата

2. Апликации под висок притисок: Развој на VFD погодни за повеќестепени пумпи од 10 kV+

3. Управување со животниот циклус: Воспоставување на дигитални двојни модели за енергетско ефикасна оптимизација на животниот циклус

Заклучок
Системите за контрола на брзината со променлива фреквенција постигнуваат значителни подобрувања во енергетската ефикасност и намалување на оперативните трошоци кај повеќестепените вертикални турбински пумпи со прецизно усогласување на барањата за проток. Студиите на случај покажуваат типични периоди на враќање од 1-3 години со значителни економски и еколошки придобивки. Со унапредување на индустриската дигитализација, VFS технологијата ќе остане главното решение за оптимизација на енергијата на пумпата.