Олон давхаргат насоснууд усны хангамжинд юугаараа онцлог вэ?

Олон шатны насосын ажиллах зарчим: Загварын дизайн ба үндсэн үйл ажиллагаа

Олон шатны ба нэг шатны насосын гол ялгаа юу вэ?

Олон шатны насосууд нь цөөн шаттай хувилбаруудаас илүү даралт үүсгэх боломжтой, учир нь тэдгээрийн дараалалд хэд хэдэн импеллерууд байрлаж байна. Цөөн шаттай загварууд нь шингэнийг хөдөлгөх зорилгоор нэг импеллер ашигладаг бөгөөд энэ нь жишээ нь цэцэрлэгийн поливны систем шиг харьцангуй бага даралт шаардагдах үед ажиллагаа нь хангалттай байдаг. Харин олон шаттай загваруудын хувьд импеллер тус бүр нь шингэн доторх энергийн түвшинг нэмэгдүүлдэг. Тиймээс ийм төрлийн насосуудыг ихэвчлэн даралт их шаардагдах нөхцөлд, жишээ нь олон давхар барилгыг усаар хангах эсвэл үйлдвэрийн котлуудыг хөтлөх үед ашигладаг. Импеллеруудыг давхарлан байрлуулах нь үр ашигтай байдал нэмэгдүүлэх зорилготой ч мөн. Системийн өөр өөр хэсэгт даралтын ачааллыг тэгш хувааж өгснөөр тус тусын хэсгүүдийн элэгдэл багасах ба энерги хэмнэгддэг. Энэ нь урт хугацааны үед үйл эксплуатацийн зардал багасгах, найдвартай ажиллагааг хангахад логиктой сонголт болдог.

Дараалан байрласан импеллеруудын өндөр даралтыг үр ашигтай үүсгэхэд оролцож буй үүрэг

Олон шатны насосууд нь нэг нэгээрээ түлхүүрүүдийг цуваалан байрлуулах замаар хүчэллэг авдаг бөгөөд энэ нь цор ганц шаттай загваруудын авч чадах даралтын 10 дахин орчим хүртэлх даралт ашиглах боломжийг олгодог. Ус эдгээр түлхүүрүүдийн дундуур нэвтэрч байх үед энерги ихэвчлэн алдагдалгүйгээр үр ашигтайгаар нэмэгддэг. Жишээлбэл, ердийн таван шаттай насосыг авч үзье. Насосын тус бүр нь ойролцоогоор 15 psi даралт үүсгэж болох бөгөөд нийлбэр нь сүүлд нь ойролцоогоор 75 psi хүрдэг. Тийм чихэлдэх даралт нь даралттай ажиллах шаардлагатай өндөр барилгын хоолойн систем эсвэл индустрийн шүүлтийн тогтолцоонд тогтвортой урсгалыг бий болгоход маш сайн тохирдог. Үнэн зөв давуу тал нь ажлын шаардлагад хамгийн тохирох байдлаар шатны тоог хялбархан тохируулж болдог явдал юм. Үйлдвэрлэгчид шаардлагатай шатнуудыг нэмж эсвэл хасаж, ажлын чанар болон нөөцийн алдагдлын хооронд тэнцвэрийг сахин ажилладаг.

Загварчлалын шинновууд: Тооцоолон гидродинамикийн (CFD) ашиглах

Өнөөгийн олон шатлалтай насосны үйлдвэрлэгчид саван доторх эргэлт ба хөндийн хэлбэрүүдийг зохион бүтээхэд ихэвчлэн CFD буюу тооцоолон гидродинамикийн симуляцийг ихэд тулгуурладаг. Инженерүүд эдгээр системүүд дотор шингэгдэх шингэнүүдийн бодит байдалд загварчлал хийхэд турбулент болон хөндийжилтийн эрсдлийг бууруулж, хуучин загварчилалттай харьцуулахад 20%-иар энерги хэмнэх боломжтой байдаг. Энэ технологийг үнэ цэнэтэй болгож буй нь материалын сонголтыг сайжруулах боломж олгодог явдал юм. Жишээлбэл, компаниуд одоо онцгой дээд зэргийн коррозид тэсвэртэй материалыг гибрид сэлгээний системтэй хамт интеграцлах боломжтой болсон. Энэ хослол нь энгийн тоног төхөөрөмжүүд хурдан гэмтдэг далайн усны цэвэрлэх байгууламжинд ч насосыг урт хугацаанд ашиглах боломжийг олгодог.

Өндөр барилга, том масштабын шатны системд тогтвортой усны даралтыг баталгаажуулах

Олон шатлалтай насоснууд нь том хотын усны системд усны даралтыг тогтвортой байлгахад тусалдаг бөгөөд өндөр барилгын хувьд тухайн усны жин, хоолой дахь үрэлт нэмэгдэхээс усны даралт буурч байгаагаас хамгаалахад чухал ач холбогдолтой. Эдгээр насоснууд нь ус нэвтрэн өнгөрөх тусам даралтыг постепенно нэмэгдүүлэх олон шатлалтай импеллеруудтай байдаг. Иймд 150 метрээс дээш өндөр давхаргуудад ч усны даралт сулрахгүй хүрэх боломжийг олгодог. Орчин үеийн ихэнх системүүд гол хэсэгтээ дунджаар квадрат инч дээр 80-100 фунт даралт барьж чаддаг бөгөөд энэ нь усны крангаа нээх үед ус тасарч бөмбөлгөхгүй, гал унтраах үед галын гэрийн ажилчид хүрэлцээтэй усны даралттай байх боломжийг олгодог. Насосны шинэ технологи нь хоолойд үзүүлэх сөргөөр нөлөөг багасгаж, 2023 онд 'Fluid Systems Journal'-д хэвлэгдсэн судалгаагаар хуучин насосны системтэй харьцуулахад ус алдалтыг 18 хувь бууруулдаг.

Туршлагын жишээ: Өмнө зүгийн Азийн хот суурин газрын ашиглалт ба итгэл үнэмшилтэй түгээлт

Өнгөрсөн удаа Өмнө зүгийн Азийн нэг том усны байгууллага нийтийн хэрэглээний усны хангалтгүй байдалд шийтгэл өгөхийн тулд олон шатлалт насос ашиглан түгээлтийн сүлжээгээ шинэчилсэн. Шинэ систем нь хотын нягтадсан дүүрэгт бүх хоолойнууд зэрэг ажиллаж байхад ч даралтыг тогтвортой 7 бар байлгах зэрэг амжилтанд хүрсэн бөгөөд насосны ажиллагааны мөчлөгийг 40%-иар бууруулсан байна. Мөн хоёр жилийн өгөгдлүүд нь куб метр усны хувьд зарцуулагдсан энерги 25%-иар буурсан байгааг харуулж байв. Ийм төрлийн үр ашиг нь компанийн байгууллагууд одоо ярилцаж буй цагаан орчин хамгаалах зорилтод хүлээн зориулагдсан аж ахуйн нэгжүүдэд тус болох юм. Цаашлаад далайн эрэг дээрх хотуудын цэвэр усны нөөц давралдах асуудлыг шийдвэрлэхэд энэ төслийг загвар болгон авч үзэж байна.

Оюунлаг насосны зүй тогтол: Бодит цагийн хяналт ба эрэлт хариуцлага

Олон шатны насосуудын үйл ажиллагааг хэрэглэгчдийн шаардлагад нийцүүлэн өөрчлөх боломжийг олгосон оюун ухаант датчикууд нь интернетээр холбогдсон байдаг. Жишээлбэл, Париж хотод оюун ухаант програм хангамж нь шөнөд энерги хэрэглээг дунджаар 30%-иар бууруулсан бөгөөд энэ нь эрэлт унах үед насосны системийн хэсгүүдийг унтрааж байжээ. Усны даралт эрс буурах эсвэл өсөх үед эдгээр системүүд 0.5 секундын дотор үүнийг илрүүлж, гэмтэл үүсэхээс урьдчилан сэргийлэн ажиллагаагаа өөрчилдөг. Энэ төрлийн оюун ухааныг өөртөө агуулсан орчин үеийн олон шатны насоснууд нь ирээдүйд ямар ч бэрхшээл тулгарсан ч зохицох чадвартай усны систем бүтээхэд чухал үүрэг гүйцэтгэж байна.

Олон шатны насосуудын энерги хэмнэлт ба урт хугацааны зардал багасгах

Олон шатны цохилтын загвар нь энергиийг нэг удаад биш, шат дараалан шилжүүлдэгтэй холбоотой ашигтай талыг олж авдаг. Өнгөрсөн жилийн Шингэний механикийн институтийн тайлангийн мэдээллээр, гидравликийн алдагдлыг ердийн нэг шатны загваруудтай харьцуулахад 22-оос 35 хувь хүртэл бууруулж болох юм. Энэ нь практик дээр юу гэсэн үг вэ? Эдгээр цохилтууд нь үйлдвэр, тариалан, хотын усны систем гэж хэрэглээний орчин ялгаатай ч зохих даралтыг тогтвортой байлгах чадвартай гэсэн үг юм. Энэ нь эдийн засгийн хувьд ч чухал ач холбогдолтой гэдгийг мартаж болохгүй. Шингэний динамикийн мэргэжилтнүүд 2035 он хүртэл дэлхийн цохилтын зах зээл жил бүр дунджаар 9.4% өснө гэж таамаглаж байна.

Шатлан энерги шилжүүлэх замаар гидравликийн алдагдлыг бууруулах

Нэгэн зэрэг олон турбин дээр шингэн хурдатгалыг тэгш хуваарилах нь турбулент болон кавитацийг бууруулж, Калифорнийн Төв газрын нөхөн сэргээгчийн округуудад цахилгаан хэрэглээг 18%-иар бууруулсан (Pacific Institute 2023 оны судалгаа). Шинэчилсэн систем нь ерөнхийдөө 3 жилийн дотор өөрийн өртгийг нөхдөг.

Эхний хөрөнгө оруулалтыг цикл дээрх цахилгааны хэмнэлттэй тэнцвэрлэх

Олон шатат насос нь 15–25% илүү өндөр анхны өртөгтэй боловч 40,000–60,000 цагийн ажиллах хугацаагаар нь 12–18% бага нийт эзэмшилтийн өртөгтэй болдог. Хувьсах давтамжийн хөдөлгүүрүүдийг (VFD) нэгтгэх нь энэ давуу талыг сайжруулж, эрэлт багатай үед цахилгааны алдагдлыг 27–33%-иар бууруулдаг (DOE 2022 оны өгөгдөл).

Цахилгааны хэрэглээг зохистой тохируулахын тулд хувьсах давтамжийн хөдөлгүүртэй интеграцлах

Орчин үеийн олон шатат системүүд IoT-тэй холбогдсон VFD-тэй хослоно. Энэ ачаалал тохируулах чадвар нь усны сүлжээнд гарч буй зохихгүй цахилгааны хэрэглээний 31%-ийг үүсгэдэг давхар хэт их насослох асуудлыг урьдчилан сэргийлдэг (Smart Water Magazine 2024 оны судалгаа).

Тогтвортой усны инфраструктурыг дэмжих ба хадгалах арга хэмжээнд туслалцаа үзүүлэх

Нарийн урсгалын хяналтаар ус дутагдах асуудлыг шийдвэрлэх

Байнга үе үеийн шороороос гадна орчимд ажилладаг олон шатлалт насос нь миллиметр түвшинд нарийн урсгалын тохируулгыг хийх чадвартай тул усны үнэт нөөцийг хадгалж байгаа юм. Өнгөрсөн жил 'Fluid Dynamics Journal'-д хэвлэгдсэн судалгаагаар эдгээр дэвшсэн систем нь хуучин технологитой харьцуулахад усны алдагдлыг 30%-иар бууруулж болох юм. Энэ нь тэдгээрийн хэрэглээний давхарга бүхий импеллерийн загварын нууц юм. Энэ нарийн хяналт нь Зөвлөлийн амбицтай 2030 оны усны үр ашгийн зорилготой тогтоосон хэмжээнд хүрэхэд тусалж байгаа чухал усны эх үүсвэрээс илүү хэмжээгээр усыг дусалтаас сэргийлдэг. Эвдэрсэн эвлэрхийн системд тулгуурлан амьдарч буй нийгэмлэг энэ технологийн ихээхэн ашиг тустай байдаг тул усны шаардлагатай үед чухал усны түвшинг хадгалж байна.

Туршлагын тайлан: САХ-ын цөл бүсийн усны төслүүд

Дубайгийн 50°C халуун зуны нөхцөлд олон үе шатны насоснууд нь газрын доорх усны нөхөлтийн ажиллагаанд 98% ажиллагаатай байдалд ажиллаж байгаа бөгөөд жилд нэг шатны хувилбаруудаас 15% бага энерги хэрэглэдэг. Хэтэрхий элэгдэлтэй орчинд чиглэсэн хавтангуудын хамгаалалттай бүтэц нь засварын хугацааг 40%-иар сунгасан байна.

Хуучин системд өөрчлөлт оруулах: Нью-Йорк хотын дэд бүтцийн шинэчлэлт

1940-өөд оны насоснуудыг олон шатны насосоор солиход Нью-Йорк хотын 7,000 миль урттай усны шугам сүлжээнд жилд $1.2 сая ам.долларын энерги зардлыг бууруулжээ. Шинэчлэлийн дараа шугам тасрах тохиолдол 25%-иар буурч, хуучин чулуун шуудууны дагуу үүсдэг даралтын үсрэлтүүдийг арилгаснаар эдгээр шугамуудын гэмтэл буурч байна. Хувьсах хурдны тохируулгын дүрэм баримтлан одоо сар тутам 800 МВт-цаг энергийг хэмнэж байна.

Модуль хэлбэрийн олон шатны насосны шийдэл ашиглан хангамжийн сүлжээг ирээдүйд бэлтгэх

Орчин үеийн олон шатны насоснууд нь тэдгээрийг маш амархан өргөтгөх боломжтой болгох тусгай хэсгүүдтэй ирдэг. Захиалгын хүчин чадал нь бүхэлд нь солих шаардлагагүйгээр хүртэл 200%-иар нэмэгдэж болно. Хүн амын тоо нэмэгдэж буй үед усны ашиглалтын компанийн хувьд ийм төрлийн уян хатан байдал нь маш чухал юм. Тэд хэрэгцээг хангаж байгаа зэрэгцээ 2025 онд биелүүлэх ёстой байгууллагын алдагдлыг 12%-иас доош байлгах шаардлагыг ч биелүүлэх ёстой. Мөн орчин үеийн системд багтсан IoT сенсороор мөн сануулж болохгүй. Эдгээр жижиг төхөөрөмжүүд нь зүйлс гажигдахаас өмнө л засварын талаар мэдэгдэл илгээдэг. Цаашид мөнгө болон бэрхшээлийг хэмнэхийн тулд зарим туршилтын програмуудын хүрээнд эд ангиудын ажиллах хугацааг хоёр дахин уртасгасан байна.

НӨАТ-ын хэсэг

Олон шатны насос ашиглах гол давуу тал юу вэ?

Олон шатны насосны гол давуу тал нь хэд хэдэн импеллерийг цуваалан байршуулах замаар илүү өндөр даралт үүсгэх чадвартай байдаг юм. Энэ нь өндөр барилгын ус хангамж, аж үйлдвэрийн уурын котлыг хөтлөх зэрэг өндөр даралт шаардагдах хэрэглээнд тохиромжтой байдаг.

Олон шатны насоснууд энерги хэмнэлтийг хэрхэн дэмждэг вэ?

Олон шатны насоснууд нь ээлжит энерги дамжуулалтаар гидравлик алдагдлыг бууруулах замаар энерги хэмнэлтийг сайжруулдаг. Импеллер тус бүр даралтыг алхам алхмаар нэмэгдүүлдэг бөгөөд энэ нь турбулент болон кавитацийг багасгаж, цахилгаан хэрэглээг бууруулах, үйлчилгээний насныг уртасгахад хүргэдэг.

Олон шатны насоснууд хотын усны хангамжийн системд тохиромжтой юу?

Тийм ээ, олон шатны насоснууд ялангуяа өндөр барилгын хувьд хотын усны хангамжийн системд түгээмэл хэрэглэгддэг. Учир нь тэд хоолойд дахин ачаалал багатай байлгаж, усны даралтыг тогтвортой байлгаж, ус алдалтыг урьдчилан сэргийлж, усны урсгалыг найдвартай байлгаж чаддаг.

Оюунлаг датчикууд олон шатны насосны ажиллагааг хэрхэн сайжруулдаг вэ?

Интернэтээр холбогдсон ухаалаг датчикууд нь цахилгаан хэрэглээг багасгахын тулд бодит цагийн эрэлтийн дагуу насосны ажиллагааг тохируулж, усны даралтанд өөрчлөлт орсон тохиолдолд хурдан ажиллах замаар гэмтэл үүсэхээс урьдчилан сэргийлдэг.

Олон шатлалтай насоснууд үл хангалттай усны бүсэд ус хадгалах асуудалд ямар нөлөө үзүүлдэг вэ?

Олон шатлалтай насоснууд нь урсгалыг нарийн тохируулах, хаягдал багасгах боломжийг олгодог тул ус хадгалах асуудалд чухал үүрэг гүйцэтгэдэг бөгөөд усны үр ашигтай ашиглалтын зорилготой уулзахад тусалдаг бөгөөд онцлог нөхцөл бүхий бүс нутагт онцгой ач холбогдолтой.