Резюме

Как высокоэффективное оборудование для транспортировки жидкости, широко используемое в проектах по охране водных ресурсов, нефтехимической промышленности и системах городского водоснабжения, многоступенчатые вертикальные турбинные насосы потребляют 30%-50% от общего потребления энергии системой. Традиционные методы управления с постоянной скоростью страдают от потери энергии из-за их неспособности динамически соответствовать требованиям потока. С развитием технологии управления переменной частотой скорости (VFS) ее применение в энергосбережении для  многоступенчатые вертикальные турбинные насосы  стала центром внимания в отрасли. В этой статье рассматривается основная ценность систем VFS с точки зрения технических принципов, практических эффектов энергосбережения и экономических перспектив.

I. Технические принципы и адаптируемость систем частотно-регулируемой скорости к многоступенчатым вертикальным турбинным насосам

1.1 Основные принципы частотно-регулируемого управления скоростью

Системы VFS регулируют частоту питания двигателя (0.5–400 Гц) для регулирования скорости насоса (N∝f), тем самым контролируя расход (Q∝N³) и напор (H∝N²). Основные контроллеры (например, VFD) используют алгоритмы ПИД для точного управления расходом и давлением посредством динамической регулировки частоты.

1.2 Эксплуатационные характеристики многоступенчатых вертикальных турбинных насосов и их адаптируемость к VFS

Основные характеристики включают:

• Узкий диапазон высокой эффективности: склонность к снижению эффективности при работе вдали от проектных точек

• Большие колебания расхода: требуют частой регулировки скорости или операций запуска-остановки из-за колебаний давления в системе

• Конструктивные ограничения длинного вала: традиционное дросселирование клапанов приводит к потере энергии и проблемам с вибрацией.

VFS напрямую регулирует скорость в соответствии с требованиями потока, избегая зон с низкой эффективностью и значительно повышая эффективность системы.

II. Анализ эффективности энергосбережения систем частотно-регулируемой скорости

2.1 Ключевые механизмы повышения энергоэффективности

(Где ΔPvalve представляет собой потерю давления при дросселировании клапана)

2.2 Практические данные по применению

• **Проект модернизации водопроводной станции:**

· Оборудование: 3 многоступенчатых вертикальных насоса XBC300-450 (155 кВт каждый)

· До модернизации: ежедневное потребление электроэнергии ≈ 4,200 кВтч, годовая стоимость ≈39,800 XNUMX долл. США

· После модернизации: ежедневное потребление снижено до 2,800 кВтч, годовая экономия ≈24,163 2 долл. США, срок окупаемости <XNUMX лет

III. Экономическая оценка и анализ окупаемости инвестиций

3.1 Сравнение стоимости методов контроля

3.2 Расчет срока окупаемости инвестиций

Пример: стоимость оборудования увеличилась на 27,458 24,163 долл. США, годовая экономия составила 1.14 XNUMX долл. США → окупаемость инвестиций ≈ XNUMX года

3.3 Скрытые экономические выгоды

• Увеличенный срок службы оборудования: на 30–50 % больше циклов технического обслуживания за счет снижения износа подшипников

• Сокращение выбросов углерода: годовые выбросы CO₂ от одного насоса сокращаются примерно на 45 тонн на каждые сэкономленные 50,000 XNUMX кВт·ч.

• Политические стимулы: соответствие Руководству Китая по диагностике энергосбережения в промышленности, право на субсидии на зеленые технологии

IV. Практический пример: Модернизация многоступенчатой ​​насосной группы нефтехимического предприятия

4.1 История проекта

• Проблема: Частые пуски и остановки насосов для перекачки сырой нефти привели к ежегодным расходам на техническое обслуживание >109,832 XNUMX долл. США из-за колебаний давления в системе.

• Решение: Установка 3×315 кВт частотно-регулируемых приводов с датчиками давления и облачной платформой мониторинга

4.2 Результаты внедрения

• Показатели энергопотребления: энергопотребление на насос снижено с 210 кВт до 145 кВт, эффективность системы повышена на 32%

• Эксплуатационные расходы: время простоя из-за сбоев сократилось на 75%, годовые расходы на техническое обслуживание сократились до 27,458 XNUMX долларов США.

• Экономические преимущества: Полная окупаемость затрат на модернизацию в течение 2 лет, совокупная чистая прибыль >164,749 XNUMX долларов США

V. Будущие тенденции и рекомендации

1. Интеллектуальные обновления: Интеграция алгоритмов Интернета вещей и искусственного интеллекта для предиктивного управления энергопотреблением

2. Приложения высокого давления:  Разработка частотно-регулируемых приводов, подходящих для многоступенчатых насосов напряжением 10 кВ+

3. Управление жизненным циклом: Создание моделей цифровых двойников для энергоэффективной оптимизации жизненного цикла

   
   

Заключение

Системы управления переменной частотой вращения достигают значительного повышения энергоэффективности и снижения эксплуатационных расходов в многоступенчатых вертикальных турбинных насосах за счет точного соответствия требованиям к напору потока. Практические примеры демонстрируют типичные сроки окупаемости от 1 до 3 лет с существенными экономическими и экологическими преимуществами. С развитием промышленной цифровизации технология VFS останется основным решением для оптимизации энергии насосов.