abstract

Kama kifaa chenye ufanisi wa hali ya juu cha usafirishaji wa maji kinachotumika sana katika miradi ya uhifadhi wa maji, tasnia ya petrokemikali, na mifumo ya usambazaji wa maji mijini, pampu za turbine za wima za hatua nyingi huchangia 30% -50% ya jumla ya matumizi ya nishati ya mfumo. Mbinu za jadi za udhibiti wa kasi zisizobadilika zinakabiliwa na upotevu wa nishati kwa sababu ya kutoweza kuendana na mahitaji ya mtiririko. Pamoja na ukomavu wa teknolojia ya udhibiti wa kasi ya kutofautiana (VFS), matumizi yake katika kuokoa nishati kwapampu za turbine za wima za hatua nyingiimekuwa kitovu katika tasnia. Mada hii inachunguza thamani ya msingi ya mifumo ya VFS kutoka kwa kanuni za kiufundi, athari za kuokoa nishati, na mitazamo ya kiuchumi.

I. Kanuni za Kiufundi na Uwezo wa Kubadilika wa Mifumo ya Kudhibiti Kasi ya Marudio kwa Pampu za Turbine Wima za hatua nyingi.

1.1 Kanuni za Msingi za Udhibiti wa Kasi ya Masafa ya Kubadilika

Mifumo ya VFS hurekebisha mzunguko wa usambazaji wa nishati ya gari (0.5–400 Hz) ili kudhibiti kasi ya pampu (N∝f), na hivyo kudhibiti kiwango cha mtiririko (Q∝N³) na kichwa (H∝N²). Vidhibiti vya msingi (km, VFDs) hutumia algoriti za PID kwa udhibiti sahihi wa shinikizo la mtiririko kupitia urekebishaji unaobadilika wa masafa.

1.2 Sifa za Kiutendaji za Pampu za Mitambo ya Wima ya Multistage na Kubadilika kwao kwa VFS

Makala muhimuinclude:
• Upeo finyu wa ufanisi wa juu: Hukabiliwa na kushuka kwa ufanisi wakati wa kufanya kazi mbali na maeneo ya muundo
• Mabadiliko makubwa ya mtiririko: Inahitaji marekebisho ya mara kwa mara ya kasi au shughuli za kuzima kwa sababu ya mfumo tofauti za shinikizo
• Mapungufu ya muundo wa shimoni ndefu: Kumiminika kwa vali ya jadi husababisha upotevu wa nishati na masuala ya mtetemo

VFS hurekebisha moja kwa moja kasi ili kukidhi mahitaji ya mtiririko, kuepuka maeneo yenye ufanisi mdogo na kuboresha kwa kiasi kikubwa ufanisi wa mfumo.

II. Uchambuzi wa Ufanisi wa Kuokoa Nishati wa Mifumo Inayobadilika ya Kudhibiti Kasi ya Marudio

2.1 Mbinu Muhimu za Kuboresha Ufanisi wa Nishati

(wapi ΔPvalve inawakilisha upotezaji wa shinikizo la valve)

2.2 Data ya Kesi ya Utumiaji Vitendo

• **Mradi wa Urejeshaji wa Kiwanda cha Kusambaza Maji:**

· Vifaa: 3 XBC300-450 pampu wima za hatua nyingi (kW 155 kila moja)

· Kabla ya Retrofit: Matumizi ya kila siku ya umeme ≈ 4,200 kWh, gharama ya kila mwaka ≈$39,800

· Baada ya Retrofit: Matumizi ya kila siku yamepunguzwa hadi 2,800 kWh, akiba ya kila mwaka ≈$24,163, kipindi cha malipo chini ya miaka 2

III. Tathmini ya Uchumi na Uchambuzi wa Marejesho ya Uwekezaji

3.1 Ulinganisho wa Gharama Kati ya Mbinu za Udhibiti

3.2 Hesabu ya Kipindi cha Malipo ya Uwekezaji

Mfano: Kuongezeka kwa gharama ya vifaa$27,458, akiba ya kila mwaka$24,163 → ROI ≈ miaka 1.14

3.3 Faida Zilizofichwa za Kiuchumi

• Muda wa muda wa kudumu wa kifaa: 30% -50% muda mrefu wa mzunguko wa matengenezo kutokana na kupunguzwa kwa uchakavu wa kubeba
• Kupunguza utoaji wa kaboni: Uzalishaji wa CO₂ wa pampu moja kwa mwaka ulipungua kwa ~ tani 45 kwa kWh 50,000 iliyookolewa.
• Vivutio vya sera: Inapatana na Uchina Miongozo ya Utambuzi wa Uhifadhi wa Nishati ya Viwanda, unastahiki ruzuku ya teknolojia ya kijani

 IV. Uchunguzi kifani: Petrochemical Enterprise Multistage Pump Group Retrofit

4.1 Usuli wa Mradi

• Tatizo: Kusimamishwa mara kwa mara kwa pampu za kuhamisha mafuta ghafi kulisababisha gharama za matengenezo ya kila mwaka >$109,832 kwa sababu ya mfumo kushuka kwa shinikizo
• Suluhisho: Usakinishaji wa 3×315 kW VFD na vihisi shinikizo na mfumo wa ufuatiliaji wa wingu

4.2 Matokeo ya Utekelezaji

• Vipimo vya nishati: Matumizi ya nguvu kwa kila pampu yamepunguzwa kutoka kW 210 hadi 145 kW, ufanisi wa mfumo uliboreshwa kwa 32%.
• Gharama za uendeshaji: Muda wa kutofaulu ulipungua kwa 75%, gharama za matengenezo ya kila mwaka zimepunguzwa hadi$27,458.
• Manufaa ya kiuchumi: Gharama kamili ya kurejesha iliyorejeshwa ndani ya miaka 2, faida halisi >$164,749

V. Mitindo ya Baadaye na Mapendekezo

1. Uboreshaji wa Akili: Ujumuishaji wa algoriti za IoT na AI kwa udhibiti wa nishati unaotabirika

2. Maombi ya Shinikizo la Juu: Utengenezaji wa VFD zinazofaa kwa pampu 10 za kV+ za hatua nyingi

3. Usimamizi wa maisha: Uundaji wa miundo pacha ya dijiti kwa ajili ya uboreshaji wa mzunguko wa maisha usio na nishati

Hitimisho
Mifumo inayoweza kubadilika ya kudhibiti kasi ya masafa hupata uboreshaji mkubwa wa ufanisi wa nishati na kupunguza gharama za uendeshaji katika pampu za turbine za wima za hatua nyingi kwa kulinganisha kwa usahihi mahitaji ya kichwa cha mtiririko. Uchunguzi kifani unaonyesha vipindi vya kawaida vya malipo vya miaka 1-3 na manufaa makubwa ya kiuchumi na kimazingira. Kwa kuendeleza uwekaji dijitali viwandani, teknolojia ya VFS itasalia kuwa suluhisho kuu la uboreshaji wa nishati ya pampu.