مقایسه چهار روش کنترل جریان پمپها

پمپ به عنوان بخشی از فرآیند کنترل جریان پمپها

هنگام استفاده ، پمپ ها همیشه بخشی از یک سیستم پمپاژ هستند. سیستم پمپاژ معمولاً شبکه ای از لوله ها ، مخازن ، سوپاپ ها و سایر قطعات سیستم است. گیرنده معمولاً از نظر جغرافیایی در سطح بالاتری از منبع سیستم قرار دارد.

مقایسه 4 روش کنترل جریان پمپها

این قطعات ممکن است در یک سطح باشند ، مانند پمپ سیرکولاسیون در سیستم های انتقال حرارت مدار بسته.

سیستم های پمپاژ در بیشتر مواقع نیاز به تغییر میزان جریان دارند.

به عنوان مثال می توان چرخه روزانه مصرف آب آشامیدنی را نام برد. تقاضای متغیر در فرآیند برای مایع یا گرمایش محیطی وجود دارد. با این وجود، تغییرات مورد نیاز ممکن است در هد پمپ باشد. مانند تغییرات چرخه ای فشار فرآیند، یا پمپاژ به تانک با یک سطح مایع متغیر.

راندمان اجزای مختلف یک سیستم پمپاژ بهینه

علی رغم تغییرات، ظرفیت پمپ مطابق با هد و جریان حداکثر و همچنین توجه به نیازهای آینده،  شاید با حاشیه ایمنی خاصی انتخاب می شود.

متوسط ظرفیت پمپاژ ممکن است فقط کسری از حداکثر ظرفیت باشد و این مساله به نوعی کنترل نیاز دارد

روش های کنترل جریان پمپها

چندین روش مختلف برای مطابقت جریان با نیازهای سیستم وجود دارد. چهار روش خیلی متداول کنترل جریان پمپها شامل: استفاده از شیر گلویی، بای پس کردن، کنترل خاموش-روشن و کنترل با درایو سرعت متغیر (VSD) می باشد. این چهار روش در شکل 1 نشان داده شده است.

شکل 1 – شماتیک روشهای مختلف کنترل جریان – A: شیر گلویی B: بای پس کردن C: کنترل خاموش-روشن و D: کنترل با درایو سرعت متغیر

توان مصرفی نسبی برای هر روش کنترل می تواند از بین محورهای X و Y منحنی و نقطه عملکرد پمپ بدست بیاید.

از فرمول زیر استفاده می شود.

P = Q x H

در مثال زیر (شکل 2 را ببینید) ، مصرف نسبی توان در میانگین دبی 70 درصد با روشهای مختلف کنترل محاسبه می شود. توضیحات بیشتر در مورد مصرف برق و صرفه جویی در مصرف انرژی مربوط به کاربردهای مختلف پمپ در ادامه توضیح داده شده است.

مصرف توان 4 روش کنترل جریان

شکل 2: مصرف توان چهار روش متداول کنترل جریان در پمپهای گریز از مرکز

شیر گلویی

کنترل با شیر گلویی متداول ترین روش کنترل جریان است. جریان ایجاد شده با سرعت ثابت پمپ با افزایش تلفات سیستم بوسیله بستن شیر کاهش می یابد. برای مثال در شکل 2 نقطه کاری از (Q=10,H=10) به (Q=7 , H=12.7) تغییر می یابد.

میزان مصرف برق نسبی را می توان با رابطه زیر محاسبه کرد:

P = 7 x 12.7 = 89

بای پس کردن

اگرچه این روش خیلی استفاده نمی شود، بای پس کردن عمدتا در پمپ های سیرکولاسیون انجام می شود. خروجی جریان به سیستم با دور زدن بخشی از جریان تخلیه پمپ به مکش پمپ کاهش می یابد. این بدان معنی است که جریان کل افزایش می یابد (از 10 به 12.4) ، اما هد کاهش می یابد (از 10 به 6.6).

میزان توان مصرفی نسبی در این روش به صورت زیر است:

P = 12.4 x 6.6 = 82

کنترل خاموش-روشن

کنترل خاموش-روشن اغلب در جایی استفاده می شود که کنترل پیوسته و نرم (بدون پله) نیاز نباشد. مانند نگه داشتن فشار در مخزن در محدوده از پیش تعیین شده. در این روش پمپ یا کار می کند یا خاموش است. جریان متوسط رابطه بین زمان روشن بودن پمپ و زمان کل سیکل (ON+OFF) است.

توان نسبی مصرفی به آسانی توسط روابط زیر می تواند محاسبه شود.

P = 0.7 x 100 = 70

کنترل با درایو سرعت متغیر

برای درک مزایای کنترل VSD به منحنی های پمپ در شکل 2 توجه کنید. در سیستم های هد استاتیک پایین ، کارایی مطلوب پمپ از منحنی سیستم پیروی می کند. با کنترل VSD، نقطه کار پمپ از منحنی سیستم بدون تغییر پیروی می کند.

تغییر سرعت پمپ منحنی پمپ را مطابق با قوانین آفینیتی جابجا می کند. اگر سرعت پروانه پمپ کاهش یابد، منحنی پمپ به سمت پایین حرکت می کند. اگر سرعت افزایش یابد، به سمت بالا حرکت می کند. این بدان معناست که ظرفیت پمپاژ دقیقاً با الزامات فرآیند مطابقت دارد.مطابق با مثال قبلی ما هر دو مقدار جریان (از 10 به 7) و هد (از 10 به 6.4) کاهش می یابد.

توان نسبی مصرفی می تواند توسط رابطه زیر محاسبه شود.

 P = 7 x 6.4 = 45

این مثال نشان می دهد که روش کنترل سرعت متغیر ، پربازده ترین روش از نظر مصرف انرژی برای برنامه های پمپاژ است. مثال مورد بحث برای تنها یک نرخ جریان محاسبه شده (70%) اما مصرف نسبی توان با روشهای مختلف کنترل بستگی به میزان جریان دارد. این روابط در شکل 3 نشان داده شده است (زیر را ببینید)

در این منحنی ها ، کارایی پمپ ، موتور و درایو نیز در نظر گرفته شده است و به همین دلیل نتایج تا حدی با نتایج شکل 2 متفاوت است.

شکل 3 – مصرف برق با روشهای مختلف کنترل پمپ به عنوان تابعی از میزان جریان. درصد مقادیر جریان و توان به مقادیر نامی پمپ مربوط است.

کنترل با شیر گلویی در هنگامی که سیستم در حالت نرخ جریان کاهش یافته کار می کند منجر به تلفات زیاد در پمپ و شیر می شود. تلفات موتور در کل محدوده جریان نسبتاً ثابت باقی می ماند. در کنترل با درایو سرعت متغیر VSD نقطه عملکرد از منحنی سیستم تبعیت می کند. که برای راندمان پمپ بهینه است. به طور کلی ، بر اساس قوانین آفینیتی، ، با کاهش سرعت ، مصرف انرژی بطور چشمگیری کاهش می یابد.

مرجع: وبسایت

https://electrical-engineering-portal.com

Comparison of 4 Different Flow Control Methods Of Pumps