Новости в инверторните технологии за ВиК приложения

В и КСп. Инженеринг ревю - брой 4/2021 • 24.06.2021

  • Честотните инвертори стават все по-ценен актив с оглед на подобряването на редица производствени параметри и дълготрайност на експлоатацията

  • В съвременните приложения в сектора на водоснабдяването и пречистването на води инверторните технологии обикновено трябва да се справят с една или повече системни вариации

  • Благодарение на честотните регулатори при отслабване на потреблението скоростта на помпата може лесно да се намали

Глобалното търсене на честотни инвертори (VFD) се очаква да увеличи годишния си темп на растеж със 7% до 2026 г. Инверторните системи намират все по-широко приложение и тенденцията за увеличаване на автоматизацията в много сектори чувствително допринася за това. Като част от помпените съоръжения честотните инвертори се използват за регулиране на дебита и налягането според конкретните нужди, като изменят и контролират честотата и напрежението, подавани от електромотора.

Последните поколения честотни регулатори притежават значителни предимства по отношение на повишена енергийна ефективност, усъвършенствани функционалности, подобрен контрол на натоварването и възможностите за регенериране на електроенергия, което е предпоставка за една разумна инвестиция от страна на дружествата във ВиК сектора, общини и др.

 

Предимства на честотните инвертори от последно поколение

От прости устройства честотните инвертори са еволюирали в интелигентни контролери с допълнителна функционалност и усъвършенствани възможности за управление на процеса, които позволяват разширена комуникация с други системи и ограничават необходимостта от вторични компоненти.

Зараждаща се тенденция в инверторните технологии е добавянето не само на функции за превантивна поддръжка на регулатора, но и такива за мониторинг на мотора.

Досега сензорите за вибрация, функциите за следене на състоянието на намотките на ротора и товара изискваха интеграция с допълнителни външни компоненти и свързване към други мрежи за контрол, както и допълнително пространство. С разработването на нови разходно ефективни вградени компоненти за допълнителни функции на честотните регулатори обаче, тези характеристики вече са инкорпорирани в стандартните инверторни устройства. Новите честотни регулатори например притежават интегрирани сензори за измерване на важни параметри като температура, за да постигнат оптимална производителност. Сензорите могат автоматично да променят условията на работа, за да предотвратяват нежелани състояния като прегряване и износване на двигателя.

Други нововъведения позволяват подобрен контрол на натоварването. В допълнение към енергийната ефективност VFD се използват широко за подобряване на контрола на натоварването в помпите, като позволяват плавна работа и ускорение, тъй като предотвратяват внезапни промени в товара.

Честотните регулатори подават ток с по-малка сила при стартиране и не дават отражение върху въртящия момент, което води до по-малко натоварване върху енергийната мрежа. По-малките колебания в захранването също намаляват вероятността от повреда на електрическото оборудване.

Чрез използване на честотни регулатори може да се регенерира част от използваната енергия, като тя може да се преобразува в топлина с помощта на спирателен резистор. Регенерираната енергия също може да бъде прехвърлена към източника, което увеличава икономията на електроенергия.

Управлението на множество водни помпи чрез един честотен регулатор доскоро се изпълняваше с интеграция с контролери за водни помпи. Нова вградена технология в честотните инвертори позволява управление на повече от една помпа в технологични приложения, където множество помпи поддържат налягане или дебит. Единичен контур на триусловен контролер (PID) в регулатора поддържа зададена точка в процеса, като фиксирана референтна честота. Ако една помпа не е в състояние да отговори на потреблението, се използват допълнителни помпи за подсилване на системата и по този начин да осигурява постоянно налягане във водоснабдителната система.

 

Съвети за избор за оптимална ефективност

Когато изборът на оборудване се обосновава с взаимовръзката между честотните инвертори с приложения във водоснабдяването и пречистването на води и ефективността, която те осигуряват, до голяма степен този избор зависи от това как се дефинира “ефективност” в конкретния случай. В досегашната практика ползата от инсталирането на честотни инвертори най-значително се изразяваше в редуциране на консумацията на електроенергия, а не в увеличаване на производствената ефективност. Развитието на инверторните технологии в последните години обаче разгръща функционалните им характеристики дотолкова, че честотните инвертори стават все по-ценен актив с оглед на подобряването на редица производствени параметри и дълготрайност на експлоатацията.

Производствената ефективност се изразява в съотношението между вложената енергия и постигнатия резултат и най-вече зависи от конструктивните характеристики на компонентите. Спестяването на електроенергия се реализира чрез оползотворяване на част от пълния капацитет на системата, т.е. това предполага наличие на излишна мощност на системата в определени етапи от нейното опериране.

Ефективността на една водна помпа обикновено се изчислява и сравнява с други конструктивни решения за дадена номинална скорост за този тип оборудване. Тази ефективност зависи от техническите параметри на оборудването като форма на работното колело, диаметър, форма на корпуса, тип на помпата, общ динамичен напор, измерен при фиксирана скорост и др. От избора на максимално ефикасна конфигурация пряко зависят потребностите от електроенергия на помпата. Като референтна мярка се използва общият разход на енергия за даден дебит на минута. Въпреки че първоначалната инвестиция в по-висока ефективност може да е по-голяма, дори минимално увеличение ще се изплати чрез икономии от електроенергия.

За да се специфицира оборудване, което да има капацитета да обслужва конкретното приложение, трябва да се вземат предвид всички условия на това приложение.

Освен това при проектиране на система за нуждите на водоснабдяването, трябва да се съобразят допълнителни фактори. При избора на компоненти трябва да се вземат предвид хидрогеоложките характеристики на водите, методът на филтрация и др. Всички елементи на системата за водоснабдяване влияят върху ефективността, капацитета и общото съотношение енергопотребление – дебит.

Веднъж щом основните компоненти бъдат специфицирани и избрани, разходите за подмяна са твърде големи и неоправдани. В съвременните приложения на инверторните технологии в сектора на водоснабдяването и пречистването на води обикновено трябва да се справят с една или повече системни вариации, като спад на нивото на изпомпваните води и промени в потреблението, поради което се налага наличието на известен излишен капацитет. Ефективен способ за справяне с тези вариации е чрез честотни инвертори, регулиращи работата на центробежните помпи. По този начин при отслабване на потреблението скоростта на помпата може лесно да се намали.

Установено е, че дебитът при даден диаметър на работното колело ще се увеличи пропорционално на скоростта на работното колело, докато налягането ще се повиши пропорционално на квадрата на скоростта. Мощността, необходима за завъртане на работното колело, ще нарасне пропорционално на скоростта на трета степен. Така че връзката между налягането и мощността е нелинейна в сравнение с промените в скоростта на въртене. Намаляването на скоростта на 50% понижава дебита с 50%, но енергията, необходима за генериране на дебита става едва 13% от капацитета. Важно е да се отбележи, че налягането, което ще повлияе на общия динамичен напор, спада до 25% от капацитета. За да работи с тази скорост и все пак да поддържа дебит, системата ще се нуждае от излишен капацитет, което ще изисква допълнителни разходи за закупуване на оборудване за генерирането на нужния дебит. И все пак, поради тази нелинейна връзка с мощността и налягането, дори малки намаления на скоростта могат да доведат до значителни икономии на енергия.

Инверторните технологии във ВиК приложенията предоставят редица други предимства за системата, които ги правят една добре обоснована инвестиция. Софтстартът е незаменим способ, който намалява износването на всички механични части на системата и ударния напор на водата. Благодарение на полупроводниковите елементи честотните регулатори предоставят висока степен на надеждност, както и възможност за надграждане, добавяне на функции в бъдеще и програмируеми характеристики за защита на помпата и мотора.

 

ЕКСКЛУЗИВНО

Top