Современные переменные частотные приводы: повышение эффективности и надежности насосов

Ниже приведен фрагмент из моей недавней статьи «Blown Away» для Water & Wastes Digest. Полная версия доступна онлайн или в октябрьском номере журнала.

Современные переменные частотные приводы (VSD) используются с оборудованием положительного смещения более 20 лет. Технология VSD возникла в 1960-х для малых двигателей постоянного тока и эволюционировала для использования на больших асинхронных двигателях. Технология широтно-импульсной модуляции (PWM) с изолированными затворными биполярными транзисторами привела к более компактным, экономичным вариантам и более широкому использованию. Конструкции двигателей для работы от инвертора (VSD duty) вскоре последовали, вместе с широким использованием VSD для приложений с переменной нагрузкой. Бловери положительного смещения (PD) часто используются в таких приложениях, и VSD-технология может дать дополнительную экономию энергии.

Лопастные бловери PD используются с момента их изобретения братьями Roots в 1856 году. Как и любая PD-машина, подаваемый объемный расход примерно пропорционален рабочей скорости бловера. Большинство роторных лопастных бловерей приводятся ремнем, и рабочая скорость бловера задается соотношением размеров между моторным шкивом и шкивом элемента бловера. В результате бловери подбирались под нужды приложения с правильными ременными соотношениями на протяжении многих десятилетий.

Единственный способ регулировать выходной расход работающей машины — использовать предохранительный клапан для сброса части расхода на выходе или пускать/останавливать машины на одном коллекторе. Эти методы обеспечивали переменный выходной расход для приложений, требующих этого, включая аэрацию очистки сточных вод, аэробную ферментацию, охлаждение и горение воздуха. Однако это давало ограниченную экономию энергии.

Эффективность VSD

В 1990-х новые технологии VSD и конструкции двигателей инверторного исполнения для трехфазных асинхронных двигателей сделали экономически целесообразными пакеты переменной скорости. Вместо использования сбросного клапана или пуска/остановки, VSD менял выходную частоту бловера напрямую. Изменение рабочей скорости регулирует кривую давление-расход, при более низких скоростях смещается меньший объемный расход.

Это значимо, так как замедление бловера может быть более эффективным, чем сброс воздуха. Бловера, работающая на номинальной скорости на VSD по сравнению с постоянной скоростью, будет иметь тот же выходной расход, но потребует больше входной мощности из-за электрических потерь. С современным VSD-оборудованием эти потери обычно менее 3%. Однако с большим снижением расхода можно сэкономить больше энергии. Лопастной бловера, работающий с VSD, имеет редукцию (turndown) 60–70%, что означает, что минимальный расход на 60–70% ниже максимального.

Для бловера, работающего со сбросным клапаном, он все равно производит тот же расход в бловере, и незначительное снижение системного давления — единственная энергетическая выгода. Поэтому VSD может предложить почти 60–70% экономии энергии в процессе, требующем 60–70% меньшего расхода, чем номинальный выход бловера. Для любого приложения с большим переменным спросом на расход эти экономии легко окупают инвестиционные затраты на VSD.

Способность повысить рабочую скорость выше базовой частоты — 60 Гц в США — является дополнительным преимуществом VSD. Старое оборудование можно ретровить с VSD и более крупным двигателем для увеличения выходной производительности. Инвестиционные затраты на такой ретровит значительно ниже, чем покупка нового оборудования для получения немного более высокого расхода.

Продолжить чтение…

Вы можете прочитать полную статью онлайн или в октябрьском номере Water & Wastes Digest. Для получения подобных статей подпишитесь на наш блог.