Blown Away

Poniżej znajduje się fragment mojego ostatniego artykułu Blown Away dla Water & Wastes Digest. Pełną wersję można przeczytać online lub w październikowym wydaniu magazynu.

Nowoczesne napędy o zmiennej prędkości (VSD) są stosowane w urządzeniach wyporowych od ponad 20 lat. Technologia VSD powstała w latach 60. dla małych silników prądu stałego i rozwinęła się do zastosowania w dużych silnikach indukcyjnych. Technologia modulacji szerokości impulsu (PWM) wykorzystująca tranzystory bipolarne z izolowaną bramką doprowadziła do powstania mniejszych, bardziej ekonomicznych opcji i szerszego zastosowania. Wkrótce pojawiły się konstrukcje silników inwerterowych (VSD), wraz z szerokim zastosowaniem technologii VSD w aplikacjach o zmiennym obciążeniu. Dmuchawy wyporowe (PD) są często używane w zastosowaniach o zmiennym obciążeniu, a technologia VSD może zapewnić dodatkowe oszczędności energii.

Dmuchawy krzywkowe PD są używane od czasu ich wynalezienia w 1856 roku przez braci Roots. Jak w przypadku każdego urządzenia PD, dostarczany strumień objętości jest w przybliżeniu proporcjonalny do prędkości roboczej dmuchawy. Większość dmuchaw krzywkowych ma napęd pasowy, a prędkość robocza dmuchawy jest ustalana przez stosunek wielkości koła pasowego silnika i koła pasowego elementu dmuchawy. Z tego powodu przez wiele dziesięcioleci dmuchawy były dobierane do potrzeb aplikacji, z właściwymi przełożeniami kół pasowych w urządzeniach z napędem pasowym.

Jedynym sposobem regulacji przepływu wyjściowego pracującej maszyny było zastosowanie zaworu nadmiarowego w celu zdmuchnięcia części strumienia powietrza wylotowego lub uruchomienie/zatrzymanie maszyn na tej samej rurze rozgałęźnej. Metody te zapewniały zmienny przepływ wyjściowy dla zastosowań, które tego wymagały, w tym napowietrzania w oczyszczalniach ścieków, fermentacji tlenowej oraz chłodzenia i spalania powietrza. Jednakże, zapewnia to ograniczone oszczędności w zakresie efektywności energetycznej.

Wydajność VSD

W latach 90-tych, nowa technologia VSD i projekty inwertorowe dla trójfazowych silników indukcyjnych sprawiły, że zapewnienie zmiennej prędkości pakietów stało się ekonomiczne. Zamiast używać zaworu wydmuchowego lub uruchamiania/zatrzymywania, VSD bezpośrednio zmienia częstotliwość wyjściową dmuchawy. Zmienna prędkość robocza dostosowuje krzywą zależności ciśnienia od przepływu, przy czym niższa prędkość robocza wypiera mniejszy przepływ objętościowy.

Ma to znaczenie, ponieważ spowolnienie pracy dmuchawy może być bardziej efektywne niż zdmuchnięcie powietrza. Dmuchawa pracująca z prędkością nominalną na VSD w porównaniu do dmuchawy pracującej ze stałą prędkością będzie miała taki sam przepływ wyjściowy i będzie wymagała większej ilości mocy wejściowej ze względu na straty elektryczne. W przypadku nowoczesnych urządzeń VSD, straty te wynoszą zazwyczaj mniej niż 3%. Jednak przy większej redukcji przepływu można zaoszczędzić więcej energii. Dmuchawa krzywkowa pracująca z VSD ma turndown na poziomie 60 do 70%, co oznacza, że minimalny przepływ jest o 60 do 70% niższy niż przepływ maksymalny.

W przypadku dmuchawy pracującej z zaworem wydmuchowym, nadal wytwarza ona taką samą ilość przepływu w dmuchawie, a potencjalny niewielki spadek ciśnienia w systemie jest jedyną korzyścią energetyczną. Dlatego VSD może zaoferować prawie 60-70% oszczędności energii w procesie wymagającym 60-70% mniejszego przepływu niż nominalna wydajność dmuchawy. W przypadku każdej aplikacji o dużym, zmiennym zapotrzebowaniu na przepływ, te oszczędności mogą z łatwością zwrócić koszt inwestycji w VSD.

Możliwość zwiększenia prędkości roboczej poza częstotliwość podstawową - 60 Hz w USA - jest dodatkową zaletą VSD. Starsze urządzenia można wyposażyć w układ VSD i większy silnik w celu zwiększenia wydajności. Koszty inwestycyjne takiej modernizacji są znacznie niższe niż zakup nowego sprzętu w celu uzyskania nieco wyższej wydajności.

Czytaj dalej...

Pełny artykuł można przeczytać online lub w październikowym wydaniu Water & Wastes Digest. Aby uzyskać więcej artykułów tego typu, należy zasubskrybować nasz blog.