لماذا نستخدم محركات المغناطيس الدائم ذات القيادة المباشرة لأبراج التبريد؟
—— كفاءة الطاقة، الصداقة للبيئة، وانخفاض الصيانة
لماذا نستخدم محركات المغناطيس الدائم ذات القيادة المباشرة لأبراج التبريد؟
—— كفاءة الطاقة، الصداقة للبيئة، وانخفاض الصيانة
يتكون نظام برج التبريد من عدة مكونات، بما في ذلك نظام مدخل المياه، نظام التبريد، نظام الصرف، ونظام معالجة غازات العادم. يقوم نظام مدخل المياه بتوصيل المياه إلى برج التبريد لتبديد الحرارة، حيث يقوم الهواء بتبريد المياه. يقوم نظام الصرف بتصريف المياه المبردة، بينما يقلل نظام معالجة غازات العادم من التلوث البيئي من خلال معالجة الانبعاثات.
تستخدم أبراج التبريد التقليدية عادةً محركًا عالي السرعة + عمودًا مجوفًا طويلًا بطول 5-8 أمتار + علبة تروس بزاوية 90 درجة + نظام قيادة مروحة. ومع ذلك، تواجه هذه الإعدادات التقليدية عدة تحديات:
1. هيكل معقد: يتكون من مكونات متعددة مثل المحركات، وصلات العمود الطويل، علب التروس، ومحطات مضخات الزيت.
2. استقرار ضعيف: يؤدي التشغيل المطول إلى تشوه العمود، مما يزيد من معدلات الفشل في المحركات الحثية وعلب التروس. تشمل المشكلات الشائعة تلف الوصلات، احتراق المحرك، فشل ختم علبة التروس، وانسداد أنابيب التشحيم، مما يؤدي إلى زيادة تكاليف الصيانة.
3. كفاءة عامة منخفضة: كل مرحلة نقل تقدم فقدانًا للطاقة، مما يقلل الكفاءة العامة إلى أقل من 80%.
4. تأثير بيئي: تولد المحركات الحثية حرارة وضوضاء عالية، مما يضر بصحة العمال، بينما تسبب تسريبات زيت علبة التروس تلوثًا.
5. صيانة عالية: تتطلب الأعطال المتكررة صيانة واسعة، مما يستهلك وقتًا وموارد كبيرة.
تعمل المحركات المتزامنة ذات المغناطيس الدائم (PMSMs) من خلال الاستفادة من التفاعل المغناطيسي بين المجال المغناطيسي الدوار للمولد والمغناطيسات الدائمة للدوار. تولد لفائف المولد ثلاثية الطور، التي يتم تنشيطها بواسطة التيار المتردد، مجالًا دوارًا يتزامن مع المجال المغناطيسي للدوار، مما يمكّن من حركة القيادة المباشرة.
من خلال اعتماد محركات PMSMs ذات السرعة المنخفضة ذات القيادة المباشرة، يتم استبدال نظام المحرك + العمود + علبة التروس القديمة بإعداد مبسط: PMSM منخفض السرعة + محول تردد متجه. يتم تثبيت المحرك في الموقع الأصلي لعلبة التروس (تركيب V3) ويتم توصيله مباشرة بمروحة الدافع.
تستخدم أبراج التبريد التقليدية عادةً محركًا عالي السرعة + عمودًا مجوفًا طويلًا بطول 5-8 أمتار + علبة تروس بزاوية 90 درجة + نظام قيادة مروحة. ومع ذلك، تواجه هذه الإعدادات التقليدية عدة تحديات:
1. هيكل معقد: يتكون من مكونات متعددة مثل المحركات، وصلات العمود الطويل، علب التروس، ومحطات مضخات الزيت.
2. استقرار ضعيف: يؤدي التشغيل المطول إلى تشوه العمود، مما يزيد من معدلات الفشل في المحركات الحثية وعلب التروس. تشمل المشكلات الشائعة تلف الوصلات، احتراق المحرك، فشل ختم علبة التروس، وانسداد أنابيب التشحيم، مما يؤدي إلى زيادة تكاليف الصيانة.
3. كفاءة عامة منخفضة: كل مرحلة نقل تقدم فقدانًا للطاقة، مما يقلل الكفاءة العامة إلى أقل من 80%.
4. تأثير بيئي: تولد المحركات الحثية حرارة وضوضاء عالية، مما يضر بصحة العمال، بينما تسبب تسريبات زيت علبة التروس تلوثًا.
5. صيانة عالية: تتطلب الأعطال المتكررة صيانة واسعة، مما يستهلك وقتًا وموارد كبيرة.
تعمل المحركات المتزامنة ذات المغناطيس الدائم (PMSMs) من خلال الاستفادة من التفاعل المغناطيسي بين المجال المغناطيسي الدوار للمولد والمغناطيسات الدائمة للدوار. تولد لفائف المولد ثلاثية الطور، التي يتم تنشيطها بواسطة التيار المتردد، مجالًا دوارًا يتزامن مع المجال المغناطيسي للدوار، مما يمكّن من حركة القيادة المباشرة.
من خلال اعتماد محركات PMSMs ذات السرعة المنخفضة ذات القيادة المباشرة، يتم استبدال نظام المحرك + العمود + علبة التروس القديمة بإعداد مبسط: PMSM منخفض السرعة + محول تردد متجه. يتم تثبيت المحرك في الموقع الأصلي لعلبة التروس (تركيب V3) ويتم توصيله مباشرة بمروحة الدافع.
فوائد حلول المحركات المباشرة PMSM لمراوح أبراج التبريد:
1. هيكل مبسط: الاتصال المباشر بين المحرك والمروحة يلغي الحاجة إلى صناديق التروس ومضخات الزيت.
2. موثوقية محسّنة: يزيل أعطال صناديق التروس وفقدان الطاقة، مما يوفر بدءًا أكثر سلاسة، وقدرة على التحمل، ومقاومة للصدمات.
3. توفير الطاقة: عدد أقل من مراحل النقل يزيد من الكفاءة (>95%); نطاق تحميل واسع يحسن الأداء في الظروف المتغيرة.
4. صديق للبيئة: عدم وجود صندوق تروس يعني عدم وجود تسرب للزيت، مما يضمن تشغيلًا أنظف والامتثال لمعايير السلامة.
5. صيانة منخفضة: نقاط فشل أقل؛ تحتاج فقط إلى تزييت المحامل بشكل دوري.
6. تحكم ذكي: أتمتة مدعومة بالإنترنت للأشياء لعملية تشغيل موفرة للطاقة.
فوائد حلول المحركات المباشرة PMSM لمراوح أبراج التبريد:
1. هيكل مبسط: الاتصال المباشر بين المحرك والمروحة يلغي الحاجة إلى صناديق التروس ومضخات الزيت.
2. موثوقية محسّنة: يزيل أعطال صناديق التروس وفقدان الطاقة، مما يوفر بدءًا أكثر سلاسة، وقدرة على التحمل، ومقاومة للصدمات.
3. توفير الطاقة: عدد أقل من مراحل النقل يزيد من الكفاءة (>95%); نطاق تحميل واسع يحسن الأداء في الظروف المتغيرة.
4. صديق للبيئة: عدم وجود صندوق تروس يعني عدم وجود تسرب للزيت، مما يضمن تشغيلًا أنظف والامتثال لمعايير السلامة.
5. صيانة منخفضة: نقاط فشل أقل؛ تحتاج فقط إلى تزييت المحامل بشكل دوري.
6. تحكم ذكي: أتمتة مدعومة بالإنترنت للأشياء لعملية تشغيل موفرة للطاقة.
تركيب محركات PMSMs ذات القيادة المباشرة منخفضة السرعة ونظام التحكم في التردد
مقارنة الأداء (محرك 132 كيلو واط عند الحمل الكامل)
تركيب محركات PMSMs ذات القيادة المباشرة منخفضة السرعة ونظام التحكم في التردد
مقارنة الأداء (محرك 132 كيلو واط عند الحمل الكامل)
تحليل توفير الطاقة عند الحمل الكامل بعد التحديث:
1. بعد اعتماد محرك مغناطيسي دائم متزامن منخفض السرعة بقوة 132 كيلووات (PMSM) لمروحة برج التبريد، تحت نفس ظروف التشغيل، ينخفض متوسط التيار لكل محرك بمقدار 32A/ساعة عند الحمل الكامل في الصيف. مع قياس الجهد عند ~380V (U=380V، cosφ=0.96، η=0.95)، يتم حساب الطاقة الموفرة في الساعة كالتالي:
2. P = 1.732 × 380V × 32A × 0.96 × 0.95 = 19.2 kWh، مما يحقق تخفيضًا بنسبة 16% في التيار.
3. تحت ظروف مستقرة، تقلل مروحتان من برج التبريد تم تحديثهما تعملان في نفس الوقت في الصيف من إجمالي استهلاك الطاقة بمقدار 94 kWh (توفير بنسبة 45%). بناءً على 2,200 ساعة تشغيل وسعر الكهرباء ¥0.4/kWh، تبلغ مدخرات التكلفة في الصيف (Q3) ما يلي:
4. 94 kWh × 2,200 h × ¥0.4/kWh = ¥82,720.
5. في Q1 (الشتاء)، تسمح درجات الحرارة المحيطة المنخفضة بتلبية احتياجات الإنتاج باستخدام مروحة واحدة فقط.
6. في Q2 وQ4، تعمل المروحة رقم 2 بكامل طاقتها، بينما تضبط المروحة رقم 1 السرعة بناءً على طلب المياه الدائرية المسخنة مسبقًا. تظهر التقديرات المتحفظة توفيرًا للطاقة بنسبة 50%، مما يقلل من إجمالي الاستهلاك بمقدار 100 kWh. مدخرات التكلفة لهذه الفصول:
7. 100 kWh × 4,400 h × ¥0.4/kWh = ¥176,000.
8. ملخص المدخرات السنوية، إجمالي الطاقة الموفرة: 646,800 kWh، إجمالي مدخرات التكلفة: ~¥258,720
9. انبعاثات CO₂ المخفضة: 644,859 كجم
الخاتمة:
يعمل التحديث باستخدام محركات PMSMs منخفضة السرعة على تعزيز كفاءة مروحة برج التبريد بشكل كبير، وتقليل أعطال النظام والصيانة، وإطالة عمر المعدات. مع توفير الطاقة المثبت، وانخفاض تكاليف الاستثمار، وفترات استرداد قصيرة، فإن هذا الحل مثالي للتبني الواسع في صناعات الطاقة الحرارية، والبتروكيماويات، والكيماويات، والصلب، والصهر، دعمًا لأهداف الصين المزدوجة للكربون.
تحليل توفير الطاقة عند الحمل الكامل بعد التحديث:
1. بعد اعتماد محرك مغناطيسي دائم متزامن منخفض السرعة بقوة 132 كيلووات (PMSM) لمروحة برج التبريد، تحت نفس ظروف التشغيل، ينخفض متوسط التيار لكل محرك بمقدار 32A/ساعة عند الحمل الكامل في الصيف. مع قياس الجهد عند ~380V (U=380V، cosφ=0.96، η=0.95)، يتم حساب الطاقة الموفرة في الساعة كالتالي:
2. P = 1.732 × 380V × 32A × 0.96 × 0.95 = 19.2 kWh، مما يحقق تخفيضًا بنسبة 16% في التيار.
3. تحت ظروف مستقرة، تقلل مروحتان من برج التبريد تم تحديثهما تعملان في نفس الوقت في الصيف من إجمالي استهلاك الطاقة بمقدار 94 kWh (توفير بنسبة 45%). بناءً على 2,200 ساعة تشغيل وسعر الكهرباء ¥0.4/kWh، تبلغ مدخرات التكلفة في الصيف (Q3) ما يلي:
4. 94 kWh × 2,200 h × ¥0.4/kWh = ¥82,720.
5. في Q1 (الشتاء)، تسمح درجات الحرارة المحيطة المنخفضة بتلبية احتياجات الإنتاج باستخدام مروحة واحدة فقط.
6. في Q2 وQ4، تعمل المروحة رقم 2 بكامل طاقتها، بينما تضبط المروحة رقم 1 السرعة بناءً على طلب المياه الدائرية المسخنة مسبقًا. تظهر التقديرات المتحفظة توفيرًا للطاقة بنسبة 50%، مما يقلل من إجمالي الاستهلاك بمقدار 100 kWh. مدخرات التكلفة لهذه الفصول:
7. 100 kWh × 4,400 h × ¥0.4/kWh = ¥176,000.
8. ملخص المدخرات السنوية، إجمالي الطاقة الموفرة: 646,800 kWh، إجمالي مدخرات التكلفة: ~¥258,720
9. انبعاثات CO₂ المخفضة: 644,859 كجم
الخاتمة:
يعمل التحديث باستخدام محركات PMSMs منخفضة السرعة على تعزيز كفاءة مروحة برج التبريد بشكل كبير، وتقليل أعطال النظام والصيانة، وإطالة عمر المعدات. مع توفير الطاقة المثبت، وانخفاض تكاليف الاستثمار، وفترات استرداد قصيرة، فإن هذا الحل مثالي للتبني الواسع في صناعات الطاقة الحرارية، والبتروكيماويات، والكيماويات، والصلب، والصهر، دعمًا لأهداف الصين المزدوجة للكربون.
