Abstract

Fiind un echipament de transport al fluidelor foarte eficient utilizat pe scară largă în proiecte de conservare a apei, industria petrochimică și sistemele urbane de alimentare cu apă, pompele cu turbină verticală în mai multe etape reprezintă 30%-50% din consumul total de energie al sistemului. Metodele tradiționale de control cu ​​viteză constantă suferă de risipa de energie din cauza incapacității lor de a se potrivi dinamic cerințele de flux. Odată cu maturitatea tehnologiei de control al vitezei cu frecvență variabilă (VFS), aplicarea acesteia în economisirea energiei pentrupompe cu turbină verticală multietajatăa devenit un punct focal în industrie. Această lucrare explorează valoarea de bază a sistemelor VFS din principii tehnice, efecte practice de economisire a energiei și perspective economice.

I. Principii tehnice și adaptabilitatea sistemelor de control al vitezei cu frecvență variabilă la pompele cu turbină verticală în mai multe etape

1.1 Principii de bază ale controlului vitezei cu frecvență variabilă

Sistemele VFS ajustează frecvența de alimentare a motorului (0.5–400 Hz) pentru a regla viteza pompei (N∝f), controlând astfel debitul (Q∝N³) și înălțimea (H∝N²). Controlerele de bază (de exemplu, VFD) folosesc algoritmi PID pentru controlul precis al presiunii debitului prin ajustarea dinamică a frecvenței.

1.2 Caracteristicile operaționale ale pompelor cu turbină verticală în mai multe trepte și adaptabilitatea lor la VFS

caracteristici cheieinclude:
• Interval îngust de înaltă eficiență: predispus la scăderea eficienței atunci când funcționează departe de punctele de proiectare
• Fluctuații mari de debit: necesită reglarea frecventă a vitezei sau operațiuni de pornire-oprire din cauza sistem variatii de presiune
• Limitări structurale cu arbore lung: stroflarea tradițională a supapelor cauzează pierderi de energie și probleme de vibrații

VFS ajustează direct viteza pentru a îndeplini cerințele de debit, evitând zonele cu eficiență scăzută și îmbunătățind semnificativ eficiența sistemului.

II. Analiza eficienței economisirii energiei a sistemelor de control al vitezei cu frecvență variabilă

2.1 Mecanisme cheie pentru îmbunătățirea eficienței energetice

(Unde ΔPsupapă reprezintă pierderea de presiune prin reglarea supapei)

2.2 Date practice privind cazurile de aplicare

• **Proiect de modernizare a centralei de alimentare cu apă:**

· Echipament: 3 pompe verticale multietajate XBC300-450 (155 kW fiecare)

· Înainte de modernizare: consum zilnic de energie electrică ≈ 4,200 kWh, cost anual ≈$39,800

· După modernizare: consumul zilnic redus la 2,800 kWh, economii anuale ≈$24,163, perioada de rambursare < 2 ani

III. Evaluare economică și analiza rentabilității investițiilor

3.1 Comparația costurilor între metodele de control

3.2 Calculul perioadei de rambursare a investiției

Exemplu: creșterea costului echipamentelor$27,458, economii anuale$24,163 → ROI ≈ 1.14 ani

3.3 Beneficii economice ascunse

• Durată de viață extinsă a echipamentului: ciclu de întreținere cu 30%-50% mai lung datorită uzurii reduse a rulmenților
• Reducerea emisiilor de carbon: emisiile anuale de CO₂ cu o singură pompă au fost reduse cu ~45 de tone la 50,000 kWh economisit
• Stimulente politice: Conform cu cele ale Chinei Ghid de diagnosticare a conservării energiei industriale, eligibil pentru subvenții pentru tehnologiile ecologice

 IV. Studiu de caz: Grupul de pompe în mai multe trepte pentru Petrochimic Enterprise

4.1 Contextul proiectului

• Problemă: Pornirea-oprirea frecventă a pompelor de transfer de țiței a cauzat costuri anuale de întreținere >$109,832 din cauza sistem fluctuatiile de presiune
• Soluție: Instalarea VFD-urilor de 3×315 kW cu senzori de presiune și platformă de monitorizare în cloud

4.2 Rezultatele implementării

• Valori energetice: consumul de putere per pompă redus de la 210 kW la 145 kW, eficiența sistemului îmbunătățită cu 32%
• Costuri de operare: Timpul de nefuncţionare a scăzut cu 75%, costurile anuale de întreţinere reduse la$27,458.
• Beneficii economice: Costul complet de modernizare recuperat în 2 ani, profit net cumulat >$164,749

V. Tendințe viitoare și recomandări

1. Actualizări inteligente: Integrarea algoritmilor IoT și AI pentru controlul predictiv al energiei

2. Aplicații de înaltă presiune: Dezvoltarea VFD-urilor potrivite pentru pompe multietajate de 10 kV+

3. Managementul ciclului de viață: Stabilirea de modele digitale gemene pentru optimizarea ciclului de viață eficient din punct de vedere energetic

Concluzie
Sistemele de control al vitezei cu frecvență variabilă realizează îmbunătățiri semnificative ale eficienței energetice și reduceri ale costurilor operaționale la pompele cu turbină verticală cu mai multe etape prin potrivirea precisă a cerințelor debitului. Studiile de caz demonstrează perioade tipice de amortizare de 1–3 ani cu beneficii economice și de mediu substanțiale. Odată cu progresul digitizării industriale, tehnologia VFS va rămâne soluția principală pentru optimizarea energiei pompelor.