Các yếu tố cho máy bơm trong các ứng dụng nước ngầm và thủy lợi
Bạn có biết rằng khoảng 10% điện năng trên thế giới được tiêu thụ bởi máy bơm điện? Tỷ lệ tiêu thụ đó có thể giảm gần một nửa nếu thiết bị lỗi thời được trang bị thêm các công nghệ bơm tiết kiệm năng lượng tồn tại ngày nay. Chỉ số này cho thấy tiềm năng to lớn đối với các thành viên của ngành công nghiệp máy bơm để tạo ra tác động trong việc bảo tồn khí hậu và giảm thiểu năng lượng đồng thời tận dụng các cơ hội kinh doanh mới. Bài viết này sẽ trình bày ba ví dụ về cách những thay đổi này trong ngành công nghiệp bơm nước ngầm có thể tạo ra sự khác biệt.
Hiệu quả của máy bơm, mức tiêu thụ điện năng, mức độ dễ dàng/tốc độ bảo trì, độ tin cậy đã được chứng minh và tính khả dụng của máy bơm, tất cả đều ảnh hưởng đến tổng chi phí sở hữu—đây là những yếu tố quan trọng khi lựa chọn máy bơm hoặc hệ thống để lắp đặt mới hoặc trang bị thêm. Loại thiết bị được chọn ảnh hưởng đến hai điểm mấu chốt khác nhau:
Thứ hai là chi phí trọn đời của quyền sở hữu. Trên các máy bơm lớn hơn (cỡ động cơ), khoảng 5% đến 10% chi phí liên quan đến đầu tư và ước tính 2% đến 4% liên quan đến việc bảo trì máy bơm trong suốt vòng đời của nó. Sau đó, khoảng 90% chỉ ra mức tiêu thụ điện năng, có nghĩa là hiệu quả là động lực thực sự để giảm chi phí vận hành (opex) khi vận hành máy bơm. Giả sử một máy bơm đang tiêu thụ 100 kilowatt-giờ (kWh) điện năng. Một điểm cải thiện hiệu quả dễ dàng biến thành giảm 5.000 đến 7.500 kWh điện năng hàng năm, tùy thuộc vào số giờ hoạt động mỗi ngày.
Sau đây là ba ví dụ về máy bơm phổ biến được sử dụng trong ngành tưới tiêu và nước ngầm và các yếu tố cần được xem xét khi lựa chọn từng loại máy bơm.
Bơm chìm nam châm vĩnh cửu
Năm 1929, máy bơm tua-bin chìm đầu tiên được thiết kế để lắp đặt trong giếng nơi cả động cơ và máy bơm đều nằm sâu dưới nước. Phần lớn các động cơ chìm là động cơ quấn dây không đồng bộ cảm ứng chìm với thiết kế rôto/stato và đã tồn tại trong nhiều năm. Động cơ chìm có mã lực (hp) thấp hơn kết hợp thiết kế nam châm vĩnh cửu đã có mặt trên thị trường được 20 năm. Hãy xem xét kỹ hơn động cơ chìm dưới nước ngầm nam châm vĩnh cửu (PM) 6 inch. Trên động cơ PM, cuộn dây trường học cũ được thay thế bằng thiết kế hiệu suất cao nam châm vĩnh cửu.
Với lưu lượng tăng và tổng cột nước động (TDH) (1.500+gallon trên phút [gpm]/2.000 feet+TDH), các ứng dụng lắp đặt nước ngầm chắc chắn tăng lên. Nhiệt độ chất lỏng tối đa đối với động cơ tiêu chuẩn là 104 F, trong khi một số động cơ PM chìm được sục khí ở 140 F. Trong thiết kế động cơ PM, hiệu suất cao hơn và tổn thất ít hơn. Điều này có nghĩa là động cơ tạo ra ít nhiệt hơn, giúp động cơ xử lý nhiệt độ chất lỏng cao hơn—do đó, động cơ mạnh hơn và hiệu quả hơn.
Các nhà sản xuất cũng cung cấp kết cấu động cơ bằng thép không gỉ 304 (SS) và tùy chọn cho thép 904 L khi có thể có nước xâm thực. Một số động cơ PM đạt tiêu chuẩn với silicon/silicon
phốt trục cơ khí cacbua. Một tính năng quan trọng khác cần tìm kiếm trong thiết kế động cơ PM là các nam châm được bảo vệ trong vỏ đóng hộp bằng thép không gỉ. Điều này giúp tránh khử từ và tăng độ bền của động cơ.
Tất cả các động cơ PM đều cần có bộ truyền động biến tần (VFD) để vận hành, điều này mang lại nhiều lợi ích cùng với nó. Vì động cơ PM khác với động cơ không đồng bộ, đây là một số điều cần biết về việc vận hành động cơ PM:
Động cơ là một nam châm vĩnh cửu bên trong (IPM), vì vậy không phải tất cả các VFD đều hoạt động. VFD phải được thiết kế và thiết lập để chạy động cơ chìm IPM PM. Chỉ sử dụng VFD được thiết kế để chạy động cơ PM để đảm bảo an toàn hoặc kiểm tra VFD nhãn hiệu khác để biết khả năng tương thích IPM với động cơ chìm PM.
Máy bơm trục đứng đa tầng cánh
Máy bơm nội tuyến nhiều tầng thẳng đứng đầu tiên trên thế giới được phát triển vào năm 1971. Máy bơm này đã trở thành tiêu chuẩn của ngành công nghiệp nước ngầm và tiếp tục nâng cao giới hạn của những gì người dùng có thể làm được. Cái đầu tiên được phát triển cho một nông dân cần máy bơm tưới tiêu nước ngầm. Ngày nay, nhiều nhà sản xuất cung cấp loại máy bơm này cho nước ngầm dân dụng, nông nghiệp, chuyển nước, đô thị, công nghiệp, v.v.
Việc lựa chọn nhà sản xuất máy bơm là rất quan trọng để đảm bảo nhà sản xuất cung cấp trải nghiệm cho thấy độ tin cậy, hiệu suất, hiệu quả và chi phí sở hữu thấp. Trong vài năm gần đây,
những máy bơm loại nhiều tầng thẳng đứng này thậm chí còn cho thấy nhiều cải tiến hơn, đặc biệt là về hiệu suất năng lượng và khả năng nâng lực hút được cải thiện (đầu hút thực dương, hoặc NPSH).
Biến tần và/hoặc Biến tần năng lượng mặt trời tái tạo
Biến tần có thể kiểm soát hiệu suất của máy bơm đa tầng trục đứng và chìm PM bằng cách điều chỉnh tốc độ của động cơ. Chúng cũng giúp vận hành máy bơm gần với điểm hiệu suất tốt nhất (BEP), giúp giảm mức tiêu thụ điện năng.
Khi chọn VFD cho máy bơm, điều quan trọng là phải chọn một máy được thiết kế để chạy máy bơm. Một VFD được thiết kế dành riêng cho máy bơm cung cấp khả năng bảo vệ máy bơm tuyệt vời khỏi tình trạng quá tải, thiếu tải, mất chân, quá áp, thấp áp, mất cân bằng pha, chạy khô và hơn thế nữa.
Biến tần sẽ khởi động máy bơm giống như khởi động mềm, vì vậy điều này làm giảm dòng khởi động. Công nghệ khởi động mềm cũng làm giảm áp lực của búa nước lên máy bơm và đường cấp. VFD máy bơm thực sự được lập trình cho các ứng dụng bơm và trình hướng dẫn thiết lập nhanh có thể giúp thiết lập VFD chỉ trong vài phút vì nhiều thông số được tải sẵn theo loại máy bơm.
Cung cấp năng lượng cho máy bơm bằng năng lượng tái tạo
Có ba cách để cấp nguồn cho máy bơm chìm PM hoặc máy bơm trục đứng đa tầng cánh. Đầu tiên là nguồn điện lưới 460 volt được cung cấp thông qua một công ty tiện ích.
Một cách khác là xem xét vận hành máy bơm dòng điện xoay chiều (điện lưới AC) thông thường bằng nguồn điện một chiều (DC). Những tiến bộ trong công nghệ biến tần năng lượng mặt trời cho phép nhiều loại máy bơm và kích thước mã lực tăng lên được vận hành với điện áp DC. Biến tần năng lượng mặt trời đang ngày càng phổ biến để cung cấp năng lượng cho các máy bơm và động cơ mới và hiện có. Chúng có thể được lập trình để cung cấp tất cả các tùy chọn và khả năng bảo vệ mà VFD cung cấp.
Một ví dụ cuối cùng về việc vận hành các hệ thống bơm là kết hợp những gì tốt nhất của cả hai thế giới—sử dụng và kết hợp cả nguồn điện AC và DC. Bộ biến tần năng lượng mặt trời hiện có công nghệ kết hợp đồng thời nguồn DC và AC. Cả việc kết hợp giữa AC và DC hoặc chỉ sử dụng DC đều mang lại sự tiết kiệm và là cách cung cấp cho người dùng thứ gì đó có thể tạo ra tác động. Hiệu quả tăng 10% có thể cho phép người dùng cung cấp nhiều nước hơn với cùng một mã lực và thậm chí có thể giảm số lượng tấm pin mặt trời cần thiết trong một số ứng dụng.
Người sử dụng máy bơm nước ngầm và tưới tiêu có cơ hội cung cấp nước đồng thời góp phần giảm lượng khí thải carbon và tạo ra tác động tích cực đến môi trường.