Utforme Effektive Pumpesystemer

Utforme Effektive Pumpesystemer

Ser på alle alternativer kan hjelpe deg å spare energi og penger for kundene.

Av Ed Butts, PE

Å Designe et effektivt pumpesystem går langt utover å matche den mest effektive pumpen til drift eller systemhodeforhold eller ved hjelp av en variabel frekvensdrift eller reguleringsventil for variable krav.

dette er bare utgangspunktet. I dagens verden gjør myriaden av mekanisk og elektrisk utstyr tilgjengelig for designer og installatør, kombinert med veletablerte og likeledes nye designregler og retningslinjer, utformingen av et effektivt og effektivt pumpesystem to av de viktigste elementene i et pumpeanlegg.

Denne måneden vurderer vi tidligere ideer om god pumpe-eller pumpestasjonsdesign sammen med dagens regelendrende kriterier designere bør vurdere for nesten alle pumpeapplikasjoner.

Definere Et Effektivt Og Effektivt System

Effektivitet: det ene ordet har forskjellige betydninger for forskjellige mennesker, men aldri har ordet hatt mer gyldighet og verdi enn i dagens verden med stadig økende energikostnader.

til den typiske selgeren betyr effektivitet overbevise deg deres produkt vil levere mer av noe for mindre av pengene dine. For ingeniører betyr effektivitet å produsere en slags sluttresultat, enten det resulterer i arbeid eller et produkt med minst mulig innsats,og derfor koster.

Effektivitet Er i utgangspunktet forskjellen mellom et teoretisk resultat og det faktiske resultatet av en oppgave, innsats eller prosess. I vannbrønnbransjen gjelder effektivitet vanligvis for elektrisk, mekanisk eller kjemisk effektivitet—og det finnes måter å forbedre hver type.

sammen med effektivitet må vannsystemdesignere sørge for at designen er effektiv. Dette betyr ganske enkelt at pumpesystemet ikke bare må levere vann effektivt, men med riktig strømning og trykk—med andre ord effektivt.

for et pumpesystem starter effektiviteten alltid med å bestemme hastigheten eller volumet av vann som trengs for å levere over en forhåndsbestemt tidsperiode. Dette kan være over en 24-timers periode for et vannsystems gjennomsnittlige daglige etterspørsel eller så lite som 20 minutter for topp etterspørsel.

Selvfølgelig gir det liten fordel, og enda mindre komfort, hvis du må informere klienten, gir deres nye pumpesystem 750 GPM med høyest mulig effektivitet når de trenger 1000 GPM. Eller deres vanning systemet er i stand til å bruke 2 inches av vann over 50 dekar i 12 timer når klienten bedt om et system som kunne levere 1.75 inches av vann over 90 dekar i åtte timer.

Hva Betyr Effektivitet Egentlig?

ordboken definerer effektiv som » handler for å produsere en effekt med et minimum av avfall eller innsats, eller viser et høyt forhold mellom utgang og inngang.»Begge deler av denne definisjonen gjelder åpenbart for vannbrønnindustrien, selv om hver del har en annen applikasjon.

selv om vårt mål innen design og applikasjon er å utvikle et system med høyest driftseffektivitet—og i mange tilfeller har vi oppnådd disse forbedringene på mange nivåer—er det viktig å huske at det alltid vil være noe tap av effektivitet i enhver prosess eller innsats uavhengig av eventuelle forbedringer, strømlinjeforming eller forbedret design vi legger inn i systemet.

Mange av økningene i effektiviteten til en gitt maskin eller prosess kan direkte korreleres med kundenes etterspørsel eller statlig inngrep og regulering.

for eksempel, på grunn av å spørre Fra Kongressens tiltak som fører til nye standarder, fastsetter de reviderte amerikanske kodene knyttet til energi minimumskrav til energieffektiv design og konstruksjon for nye og renoverte bygninger-som påvirker energibruk og utslipp for bygningens levetid. Dette er spesielt viktig siden bygninger står for nesten 40% AV dagens amerikanske energibruk, 65% av strømforbruket og litt mer enn 10% av vannforbruket.

med bygninger som en hovedkilde til energibruk I Usa, er det viktig at bygninger overholder disse nye kodene for å sikre at de oppfyller høyere effektivitetsstandard. Å bruke mer effektive metoder og materialer tidligere når man bygger en bygning, vil koste en brøkdel av hva de vil senere hvis en ettermontering er nødvendig for å bidra til å kutte ned total energibruk over bygningens levetid.

det er nye bygningsenergikoder for både næringsbygg og boliger samt andre typer energibruk.

Erkjenner elektriske motorer står for den største enkelt forbruk gruppe av elektrisk kraft, nye forskrifter—inkludert attraktive rabatt programmer—har blitt vedtatt for ettermontering og erstatte eldre mindre effektive motorer med nyere mer effektive motorer. Disse nye motorene kan ha en direkte søknad på godt pumpe og booster pumpe applikasjoner.

Utover forbedringene vi kan gjøre med nyere elektriske motorer, er det andre tilsynelatende mindre system-eller komponentforbedringer vi også kan gjøre. Disse forbedringene kan i mange tilfeller synes å være så små at de er ubetydelige eller meningsløse. Men når det tas hensyn til enhetens levetid eller årlige driftstimer, kan de lett legge opp til en energikostnadsbesparelse godt over den opprinnelige kostnaden for selve investeringen.

selv om forbedring av effektiviteten til et system eller pumpeanlegg vanligvis er knyttet direkte til besparelser i elektrisk energi, er det ulike perifere metoder som også kan spare energi – og dermed øke effektiviteten. Disse metodene er som følger.

Drifts-Eller Systemmetoder

• Velg pumpeanlegg som skal brukes i perioder med lav belastning eller lastavstengning når det er mulig. Disse periodene, vanligvis i tidlig morgen eller sen kveldstid, kan gi lavere energiforbruk enn på noe annet tidspunkt på dagen. I reservoarfyllingsapplikasjoner kan dette tillate påfylling av reservoaret i en periode med relativt lavt forbruk, og dermed utløpshode.
• Ved hjelp av en inline gasspjeldventil, i de fleste tilfeller, er fordelaktig å vann shedding. Selv om bruk av denne prosessen må verifiseres for den spesifikke pumpeenheten og systemet som er involvert, vil en inline gasspjeldventil på pumpens utladning til en senket strømningshastighet vanligvis gi større energibesparelser enn å resirkulere vannet tilbake til kilden eller på annen måte kaste bort vannet—i tillegg til å bevare denne dyrebare ressursen. Bruk aldri en gasspjeldventil på sugesiden av en pumpe.
• bruk alltid høy kvalitet og nøyaktige trykkmålere og mengdemålere for sporing av data. Selv om dette kan virke som en no-brainer, krever utvikling og vedlikehold av en nøyaktig og effektiv datainnsamlingsprosess ikke bare nøyaktige data, men konsekvent nøyaktige data. Variasjoner eller unøyaktigheter i metoden for datainnsamling kan lett føre til feil forutsetninger og beslutninger.
• Vurder og redegjør for ikke-pumpende energitap. Igjen kan mange ganger energitapene forbundet med ikke-vitale og ikke—relaterte funksjoner—som belysning, oppvarming, kjøling eller utnyttelsetransformatorer i en pumpestasjon-synes å være små eller ubetydelige. Men da disse tapene monteres, for eksempel for kontinuerlig belysning eller oppvarming, kan energitapene bli ekstreme og forvride andre energikostnader for pumpeformål.

Forbedre Pumpens Effektivitet

• bruk av pumpekomponenter med lav hydraulisk friksjon som bronse, porselen og rustfritt stål vil føre til lavere luftmotstand i selve pumpen og dermed lavere pumpekostnader. Angi En C-10 / C-20 / C-30 polert ferdig pa pumpehjulspassasjer.
• Lite kjente triks til impeller eller volutes, for eksempel under eller gjenfylling av skovler, trimming av volute tungen, dynamisk balansering, mitering av pumpehjulets ytre kant og pumpehjulpolering kan øke effektiviteten ett eller to punkter, og sparer hestekrefter.
• Velg pumpen for å operere så nært som mulig til best efficiency point (BEP) eller innenfor best efficiency window (BEW) til enhver tid.
• Forbedre rørene ved å bruke større suge – og utløpsrør enn nødvendig. Eliminere tees, ells, og begrenset rør der det er mulig og endre eller bruke rør materialer med de laveste friksjonsfaktorer, SLIK SOM PVC eller sement-foret duktilt jern over stål, kan også nytte et system.
• selv å endre en kontroll, isolasjon eller tilbakeslagsventil på pumpens utløpslinje kan betale langsiktig utbytte. Avhengig av ventilstørrelse, strømningshastighet, og plikt, endre ut en standard verden stil av inline reguleringsventil med en vinkel eller wye mønster type reguleringsventil kan spare opptil 2-4 psi eller opptil 10 fot av hodet tap under drift. For en ventil som brukes strengt for isolering av stasjonen, ved hjelp av en helt åpen portventil type (for eksempel en elastisk sete sluseventil) i stedet for en ventil med en inline obstruksjon (for eksempel en uforet plugg eller spjeldventil) kan også senke hodet tap gjennom ventilen.
• Bruk av et høyytelsesbelegg på en løpehjul eller i en bolleenhet kan gi lavere skivefriksjon til løpehjulene, noe som resulterer i energibesparelser. Et belegg Som Scotchkote 134 (SK134) fusion bonded epoxy kan koste mellom $500-$800 per trinn for å søke, men kan øke effektiviteten med så mye som to til fire poeng. På en pumpeenhet designet for 1000 GPM ved 300 fot TDH, kan dette resultere i en hestekrefter på opptil fire bremsehestekrefter. Ved 4000 timer per års drift kan dette resultere i en energibesparelse på mer enn $1200 i det første året alene.
• under utformingen av nye eller erstatning dyp brønn pumping enheter, vurdere den relative forskjellen i bolle og motor effektivitet og levetid mellom nedsenkbare og vertikale turbinenheter. Selv om kapitalinvesteringen i et nedsenkbart pumpesystem nesten alltid vil være mindre enn en vertikal turbinenhet med sammenlignbar størrelse, vil den kombinerte effektiviteten til bollen og motoren ofte være opptil 10-15 poeng høyere for den vertikale turbinenheten. For eksempel, med et pumpeanlegg designet for 1000 GPM ved 300 fot TDH, kan forskjellen i timepumpekostnader utgjøre $1.30 per time eller $5200 per en 4000-timers (50%) driftsperiode. I tillegg er levetiden til en vertikal turbinenhet ofte større enn en nedsenkbar på grunn av lavere hastighet, motorvarme og tilgjengelighet. Selvfølgelig gjelder disse forholdene ikke alltid, så designeren må vurdere disse faktorene i hvert enkelt tilfelle.
• for vertikale turbinpumper, kontroller bolleinnstillingen minst en gang i året for å optimalisere ytelsen. For halvåpne løpehjul, bruk en forsterker eller strømmåler for å optimalisere skåljusteringen.

Elektriske Motorer Og Drivere

• for motorer: Økende trådstørrelser, optimalisering av spenninger, forbedring av effektfaktoren med kondensatorer, bruk av premium effektivitetsmotorer, gir et rent og kjølig driftsmiljø, og de-vurdering av motorens hestekrefter for en gitt belastning kan øke effektiviteten til et pumpeanlegg med så mye som 5% gjennom elektriske endringer alene.
• For alle drivere (inkludert girstasjoner): Bytt olje og legg til / bytt fett ved produsentens anbefalte frekvenser og intervaller. Bruk olje og fett vekt og viskositet basert på produsentens retningslinjer. Ikke overfyll oljereservoarer og oppretthold oljenivåer mellom lave og høye nivåer under drift. For vannkjølte girstasjoner og vannavkjølte motorer: Kontroller drift og minimum strømningshastighet for vannkjøling. Kontroller driftstemperaturen for gir / motor for å kontrollere at oljen kjøler til foreskrevne nivåer.
• for standby-motorer: Utfør rutinemessig trening og årlige driftstester på et minimum. Uansett driftstid, bytt olje en gang i året på et minimum. Roter eller bruk på annen måte lagret drivstoff for å opprettholde kvaliteten. Om nødvendig, bruk diesel med anti-voksing kvalitet eller additiv for å hindre voksing over lange lagringsintervaller. Kontroller motorberedskap med riktig funksjon av batteridrikkelader, jakkevarmer, forvarming og glødeplugger (hvis aktuelt). For prime motorer: Bytt olje og tennplugger (gass) på produsentens anbefalte åpningstider; bruk heavy-duty service som retningslinje. Utfør komprimering og timing hvert annet år for å verifisere ensartet sylinderfunksjon.
• For drivlinjer: Kontroller justering Og fett U-ledd ved produsentens anbefalte intervaller. For remdrift: Kontroller beltespenning og jevn beltepåføring minst en gang i året. Vurdere å erstatte flere Kileremmer med en enkelt serpentin eller cog belte.

Frekvensomformere Og Reguleringsventiler

frekvensomformere Med Variabel hastighet eller Frekvens (Vfd) samt trykkmodulerende ventiler har raskt blitt en foretrukket metode for energibesparelser og forbedring av systemeffektiviteten. Imidlertid er de ikke uten sine ulemper og begrensninger, så designeren må ansette og vurdere spesifikke funksjoner for å gi høyest mulig effektivitet og forlenge pumpesystemets levetid. Disse inkluderer følgende:

• Som med de fleste elektroniske enheter, bryr Vfder seg ikke om varme. Ikke bare vil levetiden til enheten lide, men driftseffektiviteten vil også. Av disse grunner må riktig ventilasjon og kjøling observeres.
• ved bruk med nedsenkbare motorer eller andre motorer med lang kabelkjøring mellom motoren og stasjonen (mer enn 50 fot), kan det oppstå en tilstand som kalles reflektert bølgespenning. Dette betyr ganske enkelt at stasjonen kan bli utsatt for et returnert spenningsnivå som sprettes tilbake fra motoren i verdier som er hundrevis av ganger høyere enn motorens isolasjon er vurdert for. Ulike beskyttelsesanordninger, som likerettere, brukes til å negere disse forholdene og bør implementeres på alle installasjoner med lange kabelforskyvninger.
• når du skal dimensjonere EN VFD, bør du vurdere den faktiske strømstyrken enheten må operere med, ikke bare hestekrefter. Siden en nedsenkbar motor vil trekke høyere strøm enn en sammenlignbare hestekrefter standard motor, dimensjonering for hestekrefter kan ikke gi en tilstrekkelig reserve evne for høyere strøm. I mange tilfeller kan øke enhetsstørrelsen med en beskytte mot dette potensialet. Dette er et vanlig problem på ettermontering installasjoner.
• Spesifikke typer installasjoner, for eksempel de på vertikal hulaksel eller standard horisontale motorer, kan resultere i jordsløyfer eller lysbue av pålagte spenninger i lagrene. Ulike metoder finnes for å beskytte mot denne forekomsten, men den mest pålitelige metoden innebærer effektiv og fullstendig jording og liming av stasjonen og motoren.
• for nye eller ettermonterte vfd-applikasjoner må du kontrollere at hastighetsreduksjonen sammenfaller med den valgte pumpekurven, og at energibesparelser gjelder ved reduserte hastigheter. Bratte pumpekurver er generelt mer berettiget og gunstig når de brukes Med Vfd enn bruk av inline trykkreguleringsventiler. En høyere grad av energibesparelser ved reduserte strømningshastigheter vil vanligvis oppstå når en inline trykkreguleringsventil påføres en pumpe med en flat kurve, siden hestekrefter vil ha en tendens til å falle over et tilsvarende fall i strømningshastigheten.

Bruke Pumpe Design Programvare

som datamodelleringsteknikker fortsette å forbedre og arbeide i vårt daglige liv, behovet for å vurdere bruk av pumpe utvalg programmer øker også. Ved min telling, er det i dag fem generiske pumpe utvalg programvare valg og utallige produsent utvalg programmer.

Selv om jeg alltid har vært en kuttet og tørket i-ull gammeldags når det gjelder å velge en pumpe fra kataloger og ved å bruke produsentkurver, har bruken av utvalgsprogrammer økt sterkt det siste tiåret, spesielt nå som jeg designer flere pumpesystemer med variabel strømning og hodeforhold.

selv om jeg ikke har tenkt å annonsere, er jeg ganske fornøyd med Og jobber med PumpFlo-programvaren utviklet av Engineered Software Inc. Jeg startet Med Versjon i år siden, og nå jobber Med Versjon X Og er fornøyd med måten denne programvaren tillater valg av ulike pumper ved å legge inn designbetingelsene for kapasitet og hode eller direkte henvise til en bestemt pumpemodell.

Selv om jeg vet det er mange andre gode pumpe utvalg programmer tilgjengelig, jeg er en av dinosaurene som foretrekker å feste med noe når det fungerer for meg (dette er den samme grunnen til at jeg har vært gift i 40 år!).

i tillegg til programmer som tillater sammenligning av pumper fra forskjellige produsenter, har nesten alle pumpeprodusenter nå sitt eget utvalgsprogram eller er en del av en pumpevalgsprogramvare som PumpFlo, PumpCALC eller PumpBase. De fleste utvalg programmer aktivere multi-speed evaluering, effektivitet og hestekrefter sammenligning, pumpe kurve begrensninger, og valg med ulike trimmer og stadier sammen med de riktige endringene i effektivitet og hestekrefter uavgjort, hver og en en kritisk parameter i riktig utforming av et vannpumpesystem.

denne typen funksjonalitet øker ikke bare valg av en brønnpumpe, men hjelper også med nøyaktighet og sammenligning av ulike modeller og merker, pluss de datamaskingenererte utskriftene og kurvene ser bedre ut enn den type jeg en gang produserte for hånd. Selv om bruken av en pumpe utvalg programvare er trolig ikke så effektiv og nødvendig med innenlandske godt pumper, jeg helhjertet anbefaler bruk av denne teknologien for større nedsenkbare og vertikale turbinbrønn og booster pumper.

Enhet eller Komponent vs. Systemeffektivitet

som effektivitetens buzzword fortsetter å krype inn i vårt daglige arbeidsliv med mer og mer frekvens, må vi anerkjenne som vannsystemdesignere viktigheten av å klemme ut mer arbeid for mindre energi som en måte å ikke bare spare våre kunders viktige driftskostnader, men også for å bevare verdens begrensede naturressurser.

En av de mange måtene vi kan bistå i dette arbeidet er ved å evaluere og forbedre både system-og komponenteffektiviteten.

systemeffektiviteten er den mest åpenbare og åpenbare bidragsyteren til total effektivitet og driftskostnader, og den vi generelt er mest opptatt av. I vannsystemer dialekt, er det ofte referert til som wire-til-vann eller pumping anlegget effektivitet. Det er nettoeffektiviteten, som består av de individuelle tapene i hele systemet, som sammen skaper den endelige anleggets effektivitet.

på den annen side er enhetens effektivitet, også kjent som komponenteffektivitet, den relative effektiviteten til et bestemt eller individuelt element i det større grupperte systemet. Det kan være pumpe -, driver-eller overføringseffektiviteten, eller til og med effektiviteten til en enkelt komponent i den totale enheten, for eksempel de interne hydrauliske tapene i en løpehjul eller lagerfriksjonen i ett trinn i en flertrinns vertikal turbinpumpe som hver er en separat del av den totale skåleffektiviteten.

mange tror at systemeffektiviteten er den eneste viktige faktoren, men jeg er ikke enig. I mange tilfeller kan bruk av inkrementelle forbedringer i enheten eller komponenteffektiviteten være langt mer kostnadseffektiv enn engros endringer av hele systemet. Dette er grunnen til at jeg bruker billige, men effektive metoder som pumpehjulfylling, polering eller bolleforinger som måter å øke pumpeeffektiviteten.

her er et annet eksempel: Konvertering til en 100 HK, 1800 O / MIN premium effektivitet fra en standard effektivitet elektrisk motor vil øke full last effektivitet fra omtrent 93% til 94,5%. Ved full belastning vil denne inkrementelle forbedringen spare opptil 1,27 kW, som når multiplisert med 3000 driftstimer per år vil resultere i en strømbesparelse på 3820 kW / t. På $ 0,15 per kW / t., dette er en potensiell besparelse i driftskostnader på $ 573 per år.

denne typen besparelser er også mulig med bolle ettermontering der en forbedring fra en bolle effektivitet på 75% opp til 83% ved en belastning på 50 HK (brems hestekrefter) kan spare opp til 6,42 HK.

selv når du demonstrerer disse påviste energibesparelsene, er det i mange tilfeller—spesielt de som er i vanningsinnstillinger—ofte kunder som er motstandsdyktige mot å investere kostnadene for en hel systemutskifting eller oppgradering enn de kan være for en komponentutskifting. Testing og evaluering av den individuelle effektiviteten til enhetene eller komponentene, og deretter anbefale utskifting eller reparasjon av disse spesifikke elementene, bidrar ofte til kundens budsjett enn en hel systemutskifting.

du vil fortsatt generere virksomhet og salg samt ha tilfredsstillelse av sannsynlig å spare kunden noen penger til slutt.

Konklusjon

ettersom strømkostnadene fortsetter å stige hvert år, vil behovet for å fullt ut vurdere effektiviteten til hvert element i våre pumpesystemer også fortsette å stige. Hensikten med denne kolonnen er å minne deg på hvor viktig effektivitet har blitt i vår verden. Det finnes måter du kan forbedre det med bare en liten tanke, samtidig som du opprettholder effektiviteten til pumpesystemet.

Vurdere alle mulighetene uansett hvor ubetydelig de kan virke, og du kan finne de kan bare tilby noen reelle utbytte for deg og din kunde.

til neste måned, arbeid trygt og smart.

Ed Butts, PE, er sjefingeniør VED 4b Engineering & Consulting, Salem ,Oregon. Han har mer enn 40 års erfaring i vannbrønn virksomhet, som spesialiserer seg på engineering og business management. Han kan nås på [email protected].