عملکرد درایوهای کنترل‌دور در ایستگاه‌های تصفیه خانه (تصفیه خانه روستای چاه مسافر شهرستان طبس)

مطالعه موردی عملکرد درایوهای کنترل‌دور در ایستگاه‌های تصفیه خانه:

مقدمه:

امروزه مدیران صنعت آب و فاضلاب به اهمیت و نقش بهره‌وری و مدیریت مصرف انرژی پی برده‌اند و با استفاده از سیستم‌های کنترل (مانند درایوهای کنترل‌دور موتور) در صدد رسیدن به بهره‌وری بالا و بهینه سازی مصرف انرژی در مراکز صنعتی بزرگ می‌باشند.

استفاده از موتورهای مجهز به کنترل‌دور موتور، امکان اعمال تغییرات لازم در سرعت موتور پمپ را به طور دائم فراهم آورده و بدین ترتیب می‌توان با توجه به میزان مصرف آب و بار مورد نظر از اتلاف انرژی ایجاد شده در تنظیم‌کننده‌های مکانیکی (نظیر شیرآلات) جلوگیری نمود.
با استفاده از کنترل‌دور، موتور با بار تطبیق داده شده و هرگونه نیاز به خاموش و روشن کردن موتور و یا ادوات تنظیم‌کننده نظیر شیر حذف می‌گردد. همچنین کنترل سرعت دقیق و متعاقب آن توان خروجی قابل دسترسی بوده و با توجه به استفاده از مدارات الکترونیک‌قدرت (تریستورها، IGBT و …)، استهلاک قسمت‌های کنترل‌کننده در حد بسیار پایین خواهد بود.

مزایای استفاده از کنترل‌دور موتور:

مزایای استفاده از کنترل‌دور موتور هم در بهبود بهره‌وری تولید و هم در صرفه‌جویی مصرف انرژی در کاربردهایی نظیر فن‌ها، پمپ‌ها، کمپرسورها و دیگر محرکه‌های کارخانجات، در سال‌های اخیر کاملاً شناخته شده است. کنترل‌دور موتور قادر است مشخصه‌های بار را با مشخصه‌های موتور تطبیق دهد. این وسیله توان راکتیو ناچیزی از شبکه می‌کشد و لذا نیازی به تابلوهای اصلاح ضریب بار ندارد.

در زیر به مزایای استفاده از کنترل‌دور موتور اشاره می‌شود:

• در صورت استفاده از کنترل‌دورهای موتور به جای کنترلرهای مکانیکی، در کنترل جریان آب، به طور مؤثری در مصرف انرژی صرفه‌جویی حاصل می‌شود. این صرفه‌جویی علاوه بر پیامدهای اقتصادی آن موجب کاهش آلاینده‌های محیطی نیز می‌شود.
• ویژگی دیگر اینکه کنترل‌دورهای موتور قادرند موتور را نرم راه‌اندازی کنند و این موجب می‌شود علاوه بر کاهش تنش‌های الکتریکی روی شبکه، از شوک‌های مکتنیکی به بار نیز جلوگیری شود. این شوک‌های مکانیکی می‌توانند باعث استهلاک سریع قسمت‌های مکانیکی، بیرینگ‌ها و کوپلینگ‌ها، گیربکس و نهایتاً قسمت‌هایی از بار شوند. راه‌اندازی نرم هزینه‌های نگه‌داری را کاهش داده و به افزایش عمر مفید محرکه‌ها و قسمت‌های دوار منجر خواهد شد.
• جریان کشیده شده از شبکه در هنگام راه‌اندازی موتور با استفاده از درایو کمتر از 10% جریان نامی موتور است.
• کنترل‌دورهای موتور نیاز به تابلوهای اصلاح ضریب قدرت ندارند.
• در صورتی که نیاز بار ایجاب کند، با استفاده از کنترل‌دور، موتور می‌تواند در سرعت‌های پایین کار کند. کار در سرعت‌های کم منجر به کاهش هزینه‌های تعمیر و نگه‌داری ادواتی نظیر بلبرینگ‌ها، شیرهای تنظیم‌کننده و دمپرها خواهد شد.
• یک کنترل‌دور قادر است دامنه تغییرات دور را نسبت به سایر روش‌های مکانیکی تغییر دور به میزان قابل توجهی افزایش دهد. علاوه بر آن از مسائلی چون لرزش و تنش‌های مکانیکی نیز جلوگیری خواهد شد.
• کنترل‌دورهای مدرن امروزی با امکانات نرم‌افزاری قوی خود قادرند راه‌حل‌های مناسبی برای کاربردهای مختلف و پیچیده صنعتی ارائه دهند.

الکتروپمپ‌ها

نیروی محرکه بیشتر پمپ‌ها موتورهای القایی هستند که در دور ثابت کار می‌کنند. و خروجی توسط ادواتی چون شیرهای تنظیم‌کننده و دمپرها کنترل می‌شوند. متأسفانه مقادیر قابل‌توجهی انرژی توسط این پمپ‌ها تلف می‌شود. موتور به کار رفته در اغلب این ادوات از مقدار مورد نیاز بزرگ‌تر بوده و سیستم‌های مکانیکی تنظیم‌کننده جریان سیالات با تلفات بسیار همراه می‌باشند. به این عوامل باید هزینه‌های قابل توجه تعمیر و نگه‌داری نیز اضافه شود. با توجه به اینکه هزینه‌های خرید پمپ معمولاً کمتر از 5 درصد هزینه‌های بهره‌برداری آن در طول عمر سیستم پمپ است، بنابراین کیفیت بهره‌برداری عامل مهم‌تری در تصمیم‌گیری برای انتخاب سیستم‌های پمپ به شمار می‌رود.
انتخاب پمپ‌ها معمولاً براساس حداکثر دبی مورد انتظار صورت می‌گیرد، درحالی‌که اغلب اوقات هرگز فلوی ماکزیمم مورد استفاده قرار نمی‌گیرد. در نتیجه این امر منجر به بزرگ شدن پمپ‌ها شده و بدین ترتیب مقدمات کار برای اتلاف انرژی و استهلاک هرچه سریع‌تر سیستم‌های پمپ فراهم می‌شود. اگر یک پمپ در دور نامی خود کار کند و دبی خروجی پمپ به مصرف برسد، سیستم در راندمان مطلوب خود کار خواهد کرد. اما اگر تنها 50 درصد دبی حداکثر مورد نیاز باشد چه اتفاقی خواهد افتاد؟

بدیهی است که در این حالت نیز موتور در دور نامی خود کار خواهد کرد و توان مصرفی اضافی توسط موتور تلف خواهد شد. از سوی دیگر برای کنترل دبی خروجی  لازم خواهد بود از ادوات مقاومتی نظیر شیر خفه‌کن استفاده گردد. اما در سال‌های اخیر با پیشرفت‌های صورت گرفته در زمینه تکنولوژی الکترونیک‌قدرت، استفاده از موتورهای القایی روتور قفس‌سنجابی همراه با کنترل‌دور موتور (یا درایو AC) رو به گسترش است. با استفاده از کنترل‌دورهای موتور می‌توان جریان آب در پمپ‌ها را با اعمال تغییر دور موتور کنترل نمود. امروزه این روش به دلیل انعطاف‌پذیری و صرفه‌جویی اقتصادی قابل توجه جایگزین روش‌های سنتی متکی بر تنظیم جریان سیال با استفاده از شیرهای تنظیم‌کننده مکانیکی دمپرها شده است. شکل زیر تفاوت دو روش در میزان مصرف انرژی را نشان می‌دهد.

استفاده از درایوهای کنترل‌دور (VFD) علاوه بر کاهش مصرف انرژی دارای مزایای دیگری نیز می‌باشند که به عنوان مثال به برخی از این مزایا در تلمبه‌خانه مرکزی تصفیه‌خانه روستای چاه‌مسافر اشاره می‌شود:

• عدم نیاز به بستن شیرفلکه خط رانش الکتروپمپ‌ها در هنگام راه‌اندازی و یا باز نمودن آن پس از استارت الکتروپمپ‌ها و کاهش خطرات ناشی از تردد بهره‌برداران بر روی کلکتور رانش تلمبه‌خانه
• راه‌اندازی نرم موتور و در نتیجه جلوگیری از ایجاد ضربه قوچ
• امکان تنظیم دقیق فشار خروجی تلمبه‌خانه و در نتیجه جلوگیری از شکستن خطوط انتقال و کاهش هدررفت آب
• کاهش حوادث ناشی از خطی انسانی
• بالا بردن راندمان ایستگاه پمپاژ

صرفه‌جویی در انرژی با نصب درایو کنترل‌دور در تصفیه‌خانه روستای چاه‌مسافر

یکی از مشکلاتی که در سیستم‌های آب شهری و روستایی وجود دارد، تنظیم فشار آب پمپ‌شده در داخل لوله‌ها می‌باشد. با توجه به اینکه در خانه‌های روستایی میزان مصرف آب دائماً در حال تغییر می‌باشد و الگوی خاصی برای مصرف وجود ندارد، با افزایش یا کاهش مصرف آب، میزان فشار آب داخل لوله‌های شبکه دائماً در حال تغییر می‌باشد. این تغییرات مشکلاتی در سیستم آب‌رسانی به وجود می‌آورد، به طوریکه افزایش ناگهانی فشار آب ممکن است باعث آسیب رسیدن به شیرآلات و لوله‌های آب شود و کاهش فشار آب نیز باعث قطعی آب در برخی مناطق و محل‌های بالادست گردد. معمولاً در یک سیستم پمپاژ آب برای تنظیم نسبی فشار آب از چند پمپ مختلف استفاده می‌شود که با توجه به تغییرات فشار، پمپ‌ها یک به یک وارد مدار می‌شوند، اگر فشار کاهش یابد یک یا چند پمپ وارد مدار می‌شوند و اگر فشار افزایش یابد یک یا چند پمپ از مدار خارج می‌گردند. ولی روشن و خاموش نمودن یک پمپ آن هم با سرعت نامی نمی‌تواند باعث تثبیت دقیق فشار گردد. برای تنظیم دقیق فشار باید بتوان سرعت موتور متصل به پمپ‌های آب را کنترل نمود. با تغییر سرعت موتور دبی آب پمپ تغییر می‌کند که مو‌توان فشار را به صورت بسیار مطلوب کنترل نمود. برای تغییر سرعت موتور از درایوهای کنترل‌دور موتور استفاده می‌شود. این دستگاه‌ها با تغییر فرکانس و ولتاژ اعمالی به موتور، سرعت آن را به صورت دلخواه و از سرعت‌های بسیار پایین تا چندین برابر سرعت نامی موتور کنترل می‌کنند. با استفاده از درایوهای کنترل‌دور و کاهش تنها 15% دور الکتروموتورهای تصفیه‌خانه، می‌توان به میزان 40% در مصرف انرژی صرفه‌جویی کرد.

گالری تصاویر

کاربرد کنترل‌دور هیمل در اپلیکیشن ایستگاه تصفیه‌خانه – روستای چاه‌مسافر، شهرستان طبس

• کنترل‌دور 11 کیلووات
• کنترل‌دور 4 کیلووات
• کنترل‌دور 2.2 کیلووات

منابع:

1. بهینه‌سازی مصرف انرژی در ایستگاه‌های پمپاژ، لکزائیان‌پور، اولین همایش ملی بهره‌برداری در بخش آب‌وفاضلاب، 1385.
2. بررسی عملکرد درایوهای کنترل‌دور برای اعمال مدیریت مصرف انرژی در ایستگاه‌های پمپاژ، لکزائیان‌پور- نارویی- طباطبایی، اولین همایش مدیریت، تقاضا و بهره‌وری مصرف آب، 1394.
3. https://b2n.ir/p66342