پمپ آب درایو فرکانس متغیر: راهنمای کامل

پمپ آب با فرکانس متغیر چیست؟

الف پمپ آب درایو فرکانس متغیر یک سیستم پمپاژ است که در آن سرعت موتور به طور مداوم توسط یک درایو فرکانس متغیر (VFD) تنظیم می شود - یک کنترل کننده الکترونیکی که فرکانس برق AC عرضه شده به موتور را تغییر می دهد. به جای کارکردن با سرعت ثابت بدون توجه به تقاضا، پمپ در زمان واقعی شتاب یا کاهش می‌یابد تا با جریان مورد نیاز سیستم مطابقت داشته باشد. این یک قابلیت اساساً نحوه حفظ فشار آب و میزان انرژی مصرفی سیستم را تغییر می دهد.

در یک پمپ با سرعت ثابت معمولی، فشار توسط دریچه‌های دریچه گاز یا با روشن و خاموش کردن پمپ‌ها تنظیم می‌شود. هر دو روش انرژی را هدر می دهند و نوسانات فشار را ایجاد می کنند. یک پمپ VFD این خطرات را حذف می کند: درایو فشار سیستم را از طریق یک مبدل فشار نظارت می کند و به طور مداوم سیگنال را به یک کنترل کننده میکرو کامپیوتر برمی گرداند، که سرعت موتور مورد نیاز را چندین بار در ثانیه دوباره محاسبه می کند. نتیجه سیستمی است که همیشه دقیقاً با سرعت مورد نیاز کار می کند - نه بیشتر و نه کمتر.

از آنجایی که مصرف برق پمپ از قوانین میل ترکیبی پیروی می کند، حتی کاهش متوسط ​​سرعت باعث صرفه جویی در مصرف انرژی می شود. کاهش سرعت پمپ تنها به میزان 20 درصد از نظر تئوری مصرف برق را تا 50 درصد کاهش می دهد. در عمل، صرفه جویی در دنیای واقعی در تاسیسات تجاری و صنعتی معمولاً از این محدوده متغیر است 30% تا 60% در مقایسه با سیستم‌های سرعت ثابت معادل، VFD را به یکی از مقرون‌به‌صرفه‌ترین به‌روزرسانی‌های موجود در حمل سیال تبدیل می‌کند.

چگونه تجهیزات تامین آب با فرکانس متغیر هوشمند کار می کند

تجهیزات تامین آب فرکانس متغیر هوشمند مفهوم اصلی VFD را می گیرد و آن را در یک بسته کامل و مستقل قرار می دهد: درایو، کنترل کننده، سنسورهای فشار، مدارهای حفاظتی، و یک گروه پمپ فولادی ضد زنگ، همه از قبل مهندسی شده و در کارخانه آزمایش شده اند. منطق عملیاتی حول یک الگوریتم کنترل PID حلقه بسته (متناسب-انتگرال-مشتق) ساخته شده است که در داخل یک میکرو کامپیوتر اجرا می شود.

حلقه کنترل فشار ثابت

اپراتور فشار هدف را - که معمولاً بر حسب MPa یا بار بیان می شود - در صفحه کنترل تنظیم می کند. یک مبدل فشار نصب شده بر روی منیفولد تخلیه به طور مداوم فشار واقعی سیستم را اندازه گیری می کند و آن را به میکروکامپیوتر منتقل می کند. کنترل کننده مقدار اندازه گیری شده را با نقطه تنظیم مقایسه می کند و خطا را محاسبه می کند. بر اساس خطا و سرعت تغییر آن، الگوریتم PID یک فرمان فرکانس را به VFD خروجی می‌دهد که سرعت موتور را بر این اساس تنظیم می‌کند:

• وقتی تقاضای آب افزایش می‌یابد - شیرهای آب بیشتری باز می‌شود، سیستم اطفاء حریق فعال می‌شود، یا یک فرآیند صنعتی جریان بیشتری می‌کشد - فشار شروع به کاهش می‌کند. کنترل کننده بلافاصله فرکانس درایو را افزایش می دهد و سرعت پمپ را برای بازگرداندن فشار افزایش می دهد.
• هنگامی که تقاضا کاهش می یابد - ساعات شب در یک مجتمع مسکونی، یک خط فرآیند بیکار می شود - فشار افزایش می یابد. کنترل کننده فرکانس درایو را کاهش می دهد، پمپ را کند می کند و مصرف انرژی را به نسبت کاهش می دهد.
• در پیکربندی‌های چند پمپی، کنترل‌کننده همچنین می‌تواند پمپ‌ها را در داخل و خارج از سرویس قرار دهد و یک پمپ را با کنترل کامل VFD راه‌اندازی کند در حالی که پمپ‌های اضافی بر اساس روند تقاضای بلندمدت شروع یا متوقف می‌شوند.

این حلقه بازخورد به طور مداوم تکرار می شود و فشار خروجی را در یک باند بسیار تنگ - معمولاً 0.01 ± مگاپاسکال - بدون توجه به نوسانات در طرف عرضه یا تقاضا حفظ می کند.

حفاظت از شروع نرم و رمپ پایین

از آنجایی که VFD شتاب و کاهش سرعت موتور را به صورت الکترونیکی کنترل می‌کند، هیچ کلید کنتاکتور مکانیکی و جریان هجومی در هنگام راه‌اندازی وجود ندارد. موتور به آرامی در مدت زمان قابل تنظیم - معمولاً 5 تا 30 ثانیه - بالا می رود و چکش آب را در لوله کشی حذف می کند و استرس مکانیکی روی پروانه ها، مهر و موم ها و یاتاقان ها را به طور چشمگیری کاهش می دهد. طولانی شدن عمر تجهیزات و کاهش فواصل نگهداری از پیامدهای مستقیم است.

ویژگی های کلیدی و مزایای طراحی

مدرن پمپ درایو فرکانس متغیر بسته ها برای استقرار سریع و قابلیت اطمینان طولانی مدت مهندسی شده اند. چندین ویژگی طراحی آنها را از مجموعه های تقویت کننده قدیمی متمایز می کند:

استفاده از فولاد ضد زنگ در سراسر مسیر تماس با آب به ویژه برای کاربردهای آب آشامیدنی قابل توجه است. مخازن فولاد گالوانیزه و چدن می توانند فلزات را شسته و به مرور زمان بیوفیلم را در خود جای دهند. سطوح فولادی ضد زنگ ذاتاً در برابر چسبندگی باکتری ها مقاوم هستند، استانداردهای بهداشتی مواد غذایی را رعایت می کنند و نیازی به پوشش داخلی ندارند که ممکن است ترک بخورد یا پوسته پوسته شود - منبع رایج آلودگی ثانویه در مخازن تحت فشار قدیمی تر.

حفاظت از خطا و ایمنی سیستم

یکی از نقاط قوت تعیین کننده تجهیزات تامین آب فرکانس متغیر هوشمند، معماری جامع و لایه ای حفاظتی آن است. هر واحد چندین پارامتر را به طور همزمان نظارت می کند و به گونه ای برنامه ریزی شده است که به ناهنجاری ها در یک ترتیب اولویت تعریف شده پاسخ دهد - هشدار، کاهش بار، سپس خاموش شدن - به جای اینکه کل سیستم را به سادگی در اولین نشانه یک خطا خاموش کند.

حفاظت های حیاتی ساخته شده در بسته استاندارد عبارتند از:

• حفاظت در برابر خشکی: الف pressure or flow sensor detects when the suction source is exhausted. The controller stops the pump within seconds to prevent impeller damage from running without liquid. The system waits for a configurable recovery period before attempting an automatic restart.
• حفاظت در برابر فشار بیش از حد: اگر فشار سیستم از نقطه تنظیم حد بالا فراتر رود - به دلیل مسدود شدن دریچه خروجی یا افت ناگهانی تقاضا - کنترل کننده سرعت پمپ را کاهش می دهد و در صورت ادامه افزایش فشار، خاموش شدن کنترل شده را آغاز می کند و زنگ هشدار را به صدا در می آورد.
• تشخیص افت فاز و عدم تعادل فاز: ناهنجاری های برق سه فاز در عرض میلی ثانیه شناسایی می شوند. این سیستم قبل از اینکه سیم‌پیچ‌های موتور آسیب حرارتی را متحمل شوند، متوقف می‌شود، یک حالت خرابی رایج و گران قیمت در ایستگاه‌های پمپ با سرعت ثابت.
• حفاظت در برابر دمای بیش از حد: سنسورهای حرارتی در هر دو سیم پیچ حرارتی VFD و موتور یک هشدار را در آستانه اول و خاموش شدن را در ثانیه ایجاد می کنند و به اپراتور اجازه می دهد قبل از آسیب دائمی بررسی کند.
• الفutomatic fault logging: میکروکامپیوتر زمان، نوع خطا و پارامترهای عملیاتی را در لحظه هر رویداد ثبت می کند. این گزارش برای تشخیص مشکلات مکرر و برای برنامه ریزی برنامه های نگهداری پیشگیرانه بسیار ارزشمند است.

در تاسیسات چند پمپی، یک تابع چرخش لید-لگ ساعات کار را به طور یکنواخت در تمام پمپ‌های گروه توزیع می‌کند و از وضعیتی که یک واحد اکثر ساعات سرویس را جمع می‌کند در حالی که بقیه در حالت آماده به کار می‌نشینند، جلوگیری می‌کند. حتی سایش باعث افزایش عمر مهر و موم و یاتاقان در کل ناوگان دارایی می شود.

کاربردهای معمول در سراسر صنایع

همه کاره بودن پمپ درایو فرکانس متغیر پلت فرم به این معنی است که یک خانواده محصول واحد می تواند طیف گسترده ای از نیازهای تامین آب با فشار ثابت را برآورده کند. موضوع مشترک در همه کاربردها نیاز به ارائه فشار خروجی پایدار علیرغم تغییر مداوم تقاضا است - دقیقاً همان چیزی که کنترل VFD به بهترین شکل انجام می دهد.

زیرساخت های شهرداری و تصفیه آب

تصفیه خانه های آب و ایستگاه های پمپ تقویت کننده باید نوسانات تقاضا را که می تواند از 5:1 بین اوج مصرف صبح و حداقل دبی شبانه تجاوز کند، کنترل کنند. پمپ‌های سرعت ثابتی که در این نقطه کار می‌کنند، انرژی بسیار زیادی را در ساعات کم بار مصرف می‌کنند. مجموعه‌های تقویت‌کننده کنترل‌شده با VFD با تقاضای توزیع واقعی مطابقت دارند و هزینه‌های انرژی را کاهش می‌دهند و در عین حال فشار شبکه را در باندهای محکم مورد نیاز برای جلوگیری از ترکیدگی لوله در فشار بالا و ورود آلودگی در فشار پایین نگه می‌دارند.

مجتمع های مسکونی و ساختمان های بلندمرتبه

در برج های مسکونی بلندمرتبه و مجتمع های آپارتمانی بزرگ، اختلاف فشار بین پایین ترین و بالاترین طبقه می تواند بیش از 0.5 مگاپاسکال باشد. سیستم‌های تقویت‌کننده VFD منطقه‌ای روی هر ناحیه فشار نصب می‌شوند و فشار ثابت را در هر طبقه بدون توجه به استفاده همزمان در سراسر ساختمان حفظ می‌کنند. شکایات ساکنین در مورد دوش های ضعیف در طبقات بالا - یک مشکل تقریباً جهانی در سیستم های فشار ثابت - حذف می شود. هتل‌ها و ساختمان‌های عمومی بزرگ به همین شکل سود می‌برند و مزیت اضافه‌شده عملکرد بی‌صداتر دارند، زیرا استارت نرم ضربه و ارتعاش مربوط به تعویض مستقیم پمپ را از بین می‌برد.

کاربردهای صنعتی و معدنی

فرآیندهای صنعتی - مدارهای خنک کننده، سیستم های شستشو، تامین آب تغذیه دیگ بخار، و خطوط آب فرآیند در کارخانه های تولیدی - برای محافظت از تجهیزات حساس و حفظ کیفیت محصول، فشار بسیار ثابتی را می طلبد. عملیات معدنی به تامین آب قوی برای سرکوب گرد و غبار، فرآوری سنگ معدن و خنک‌سازی تجهیزات، اغلب در مکان‌های دورافتاده که کیفیت برق متناقض است، نیاز دارد. توابع حفاظتی ساخته شده به هوشمند پمپ آب درایو فرکانس متغیر بسته‌ها - تشخیص تلفات فاز، خاموش شدن بیش از حد دما، و راه‌اندازی مجدد خودکار پس از بازیابی منبع - آنها را برای این محیط‌های سخت مناسب می‌سازد.

انتخاب سیستم پمپ درایو فرکانس متغیر مناسب

انتخاب صحیح تجهیزات تامین آب فرکانس متغیر هوشمند برای یک پروژه مستلزم ارزیابی چندین پارامتر وابسته به هم است. اندازه‌گیری درست در مرحله طراحی، هم از عملکرد ضعیف و هم از جریمه انرژی ناشی از راه‌اندازی یک پمپ بزرگ در بار جزئی با خروجی VFD دریچه گاز جلوگیری می‌کند.

معیارهای انتخاب اولیه عبارتند از:

• اوج دبی (Q): محاسبه شده از حداکثر تقاضای همزمان در تمام نقاط مصرف، برحسب m³/h یا L/s. اندازه گروه پمپ برای پاسخگویی به اوج تقاضا در سرعت نامی. سپس VFD سرعت را برای بارهای جزئی کاهش می دهد.
• سر مورد نیاز (H): مجموع هد استاتیک (ارتفاع از منبع تا بالاترین خروجی)، تلفات اصطکاک از طریق لوله کشی، و حداقل فشار باقیمانده مورد نیاز در دورترین نقطه استفاده. این شکل منحنی پمپ و توان موتور را تعیین می کند.
• تعداد پمپ: واحدهای تک پمپ مناسب ساختمان های کوچک و بارهای صنعتی سبک هستند. پیکربندی‌های موازی چند پمپ - معمولاً دو تا پنج واحد - افزایش ظرفیت اضافی و ظریف‌تری را ارائه می‌کنند و به کنترل‌کننده اجازه می‌دهند به جای اجرای یک پمپ با سرعت بسیار کم، پمپ‌ها را به داخل و خارج کند.
• کیفیت آب و انتخاب مواد: فولاد ضد زنگ استاندارد 304 برای اکثر کاربردهای آب آشامیدنی مناسب است. آب فرآیند کلر یا شور ممکن است به پروانه های ضد زنگ 316 لیتری یا آلیاژی تخصصی نیاز داشته باشد.
• الزامات ارتباط و نظارت: پروژه‌های دارای سیستم‌های مدیریت ساختمان (BMS) یا ادغام SCADA باید از همان ابتدا واحدهایی با گزینه‌های فیلدباس سازگار را مشخص کنند، زیرا مقاوم‌سازی سخت‌افزار ارتباطی به‌طور قابل‌توجهی گران‌تر از سفارش نصب آن در کارخانه است.

هنگامی که یک سیستم راه اندازی می شود، سرمایه گذاری در یک هوشمند پمپ آب درایو فرکانس متغیر راه حل از طریق قبوض کمتر برق، کاهش هزینه های تعمیر و نگهداری، عمر طولانی تر تجهیزات، و - از همه مهمتر - اطمینان از تامین آب مطمئن و با فشار ثابت که کاربران نهایی هرگز نباید به آن فکر کنند، بازپرداخت می کند.