Abstract

Sem mjög duglegur vökvaflutningsbúnaður sem er mikið notaður í vatnsverndarverkefnum, jarðolíuiðnaði og vatnsveitukerfi í þéttbýli, eru fjölþrepa lóðréttar hverfleldælur fyrir 30% -50% af heildarorkunotkun kerfisins. Hefðbundnar stjórnunaraðferðir með stöðugum hraða þjást af orkusóun vegna vanhæfni þeirra til að samræma flæðiskröfur á virkan hátt. Með þroska breytilegra tíðni hraðastýringar (VFS) tækni, beiting þess í orkusparandi fyrirfjölþrepa lóðréttar hverfildælurhefur orðið þungamiðja í greininni. Þessi grein kannar kjarnagildi VFS kerfa út frá tæknilegum meginreglum, hagnýtum orkusparandi áhrifum og efnahagslegum sjónarmiðum.

I. Tæknilegar meginreglur og aðlögunarhæfni hraðastýringarkerfa með breytilegri tíðni að fjölþrepa lóðréttum túrbínudælum

1.1 Grunnreglur um breytilegri tíðni hraðastýringu

VFS kerfi stilla aflgjafatíðni mótorsins (0.5–400 Hz) til að stjórna dæluhraða (N∝f) og stjórna þannig flæðishraða (Q∝N³) og lofthæð (H∝N²). Kjarnastýringar (td VFD) nota PID reiknirit fyrir nákvæma flæðisþrýstingsstýringu með kraftmikilli tíðnistillingu.

1.2 Starfseiginleikar fjölþrepa lóðréttra hverfladæla og aðlögunarhæfni þeirra að VFS

Helstu eiginleikarinclude:
• Þröngt svið með mikilli skilvirkni: Hætt við að minnka skilvirkni þegar unnið er fjarri hönnunarstöðum
• Miklar flæðissveiflur: Krefjast tíðar hraðastillingar eða ræsingar-stöðvunaraðgerða vegna kerfið þrýstingsbreytingar
• Byggingartakmarkanir á löngum skafti: Hefðbundin inngjöf ventla veldur orkutapi og titringsvandamálum

VFS stillir hraðann beint til að mæta flæðiskröfum, forðast svæði með litla afköst og bætir verulega skilvirkni kerfisins.

II. Orkusparandi skilvirknigreining á breytilegum hraðastýringarkerfum

2.1 Lykilkerfi til að bæta orkunýtni

(Hvar ΔPloki táknar inngjöf þrýstingsfalls)

2.2 Hagnýt umsóknargögn

• **Endurbyggingarverkefni vatnsveitustöðvar:**

· Búnaður: 3 XBC300-450 fjölþrepa lóðréttar dælur (155 kW hver)

· Fyrir endurnýjun: Dagleg raforkunotkun ≈ 4,200 kWh, árskostnaður ≈$39,800

· Eftir endurbyggingu: Dagleg notkun minnkað í 2,800 kWh, árlegur sparnaður ≈$24,163, endurgreiðslutími < 2 ár

III. Hagrænt mat og fjárfestingarávöxtunargreining

3.1 Kostnaðarsamanburður milli eftirlitsaðferða

3.2 Útreikningur á endurgreiðslutímabili fjárfestinga

Dæmi: Hækkun tækjakostnaðar$27,458, árlegur sparnaður$24,163 → arðsemi ≈ 1.14 ár

3.3 Falinn efnahagslegur ávinningur

• Lengri líftími búnaðar: 30%-50% lengri viðhaldsferill vegna minni slits á legum
• Minnkun kolefnislosunar: Árleg koltvísýringslosun með einni dælu minnkar um ~45 tonn á hverja 50,000 kWst sem sparast
• Ívilnanir um stefnu: Samræmast ákvæðum Kína Leiðbeiningar um greiningu á iðnaðarorkusparnaði, gjaldgeng fyrir græna tæknistyrki

 IV. Tilviksrannsókn: Jarðolíufyrirtæki í fjölþrepa dæluhópi endurnýjun

4.1 Bakgrunnur verkefnisins

• Vandamál: Tíð ræsing og stöðvun á hráolíuflutningsdælum olli árlegum viðhaldskostnaði >$109,832 vegna þess að kerfið þrýstingssveiflur
• Lausn: Uppsetning 3×315 kW VFD með þrýstiskynjara og skýjaeftirlitsvettvang

4.2 Framkvæmdarniðurstöður

• Orkumælingar: Orkunotkun á hverja dælu minnkað úr 210 kW í 145 kW, skilvirkni kerfisins bætt um 32%
• Rekstrarkostnaður: Bilunartími minnkaði um 75%, árlegur viðhaldskostnaður lækkaður í$27,458.
• Efnahagslegur ávinningur: Fullur endurbótakostnaður endurheimtur innan 2 ára, uppsafnaður hreinn hagnaður >$164,749

V. Framtíðarþróun og ráðleggingar

1. Greindar uppfærslur: Samþætting IoT og AI reiknirit til að spá fyrir um orkustýringu

2. Háþrýstiforrit: Þróun VFD sem henta fyrir 10 kV+ fjölþrepa dælur

3. Lífsferilsstjórnun: Stofnun stafrænna tvíburalíkana fyrir orkusparandi lífsferilsbestun

Niðurstaða
Hraðastýringarkerfi með breytilegum tíðni ná fram umtalsverðum orkunýtnibótum og lækkun rekstrarkostnaðar í lóðréttum túrbínudælum í mörgum þrepa með því að passa nákvæmlega við kröfur um flæðihaus. Tilviksrannsóknir sýna dæmigerðan endurgreiðslutíma upp á 1–3 ár með verulegum efnahagslegum og umhverfislegum ávinningi. Með vaxandi stafrænni iðnaðarvæðingu verður VFS tækni áfram almenna lausnin fyrir dæluorkuhagræðingu.