最新可変速ドライブ（VSD）：ポンプ効率と信頼性を向上

以下は、Water & Wastes Digest掲載の最近の記事「Blown Away」からの抜粋です。全文はオンラインまたは10月号でお読みいただけます。

最新の可変速ドライブ（VSD）は、正排量機器で20年以上使用されてきました。VSD技術は1960年代に小型DCモーター向けに誕生し、大型誘導モーター用に進化しました。絶縁ゲートバイポーラトランジスタを用いたPWM（パルス幅変調）技術により、より小型・経済的なオプションと幅広い用途が可能になりました。インバーターデューティー（VSDデューティー）モーター設計が続き、可変負荷アプリケーションでのVSD技術普及が進みました。正排量（PD）ブロワーはこれらの可変負荷アプリケーションでよく使用され、VSD技術で更なる省エネが可能です。

PDローブブロワーは、1856年のRoots兄弟による発明以来使用されてきました。あらゆるPD機械と同様、供給流量はブロワー運転速度にほぼ比例します。大多数のロータークローブブロワーはベルト駆動で、運転速度はモータープーリーとブロワーエレメントプーリーのサイズ比で設定されます。その結果、数十年にわたり、ベルト駆動ユニットの適切なプーリー比でアプリケーションニーズに合わせてブロワーがサイジングされてきました。

稼働中機器の出力流量を調整する唯一の方法は、リリーフバルブで吐出空気流量の一部を吹き飛ばすか、同一ヘッダーパイプ上の機器を起動/停止することでした。これらの方法で可変流量出力を実現し、廃水処理曝気、好気性発酵、冷却・燃焼用空気などの用途に対応してきました。しかし、エネルギー効率での節約は限定的でした。

VSD効率

1990年代、新しいVSD技術と三相誘導モーター向けインバーターデューティー設計により、可変速パッケージの経済的提供が可能になりました。吹き飛ばしバルブや起動/停止の代わりに、VSDがブロワー出力周波数を直接変化させます。運転速度変化で圧力-流量曲線が調整され、低速では排出流量が減少します。

これは重要です。ブロワーを減速する方が、空気を吹き飛ばすより効率的だからです。VSDで定格速度運転するブロワーは、固定速度と同流量でも電気損失分だけ高い動力入力を要します。最新VSD機器ではこの損失は通常3%未満。しかし、流量低減が大きいほど更なる省エネが可能です。VSD搭載ローブブロワーのターンダウンは60〜70%、つまり最小流量は最大流量より60〜70%低くできます。

吹き飛ばしバルブ運転では、ブロワー内で同量の流量を生成し続け、システム圧力のわずかな低下のみがエネルギーメリットです。したがって、ブロワー定格出力より60〜70%少ない流量を必要とするプロセスでは、VSDでほぼ60〜70%の省エネが可能。流量変動が大きい用途では、この節約でVSD投資コストを容易に回収できます。

基本周波数（米国では60 Hz）を超えて運転速度を上げられることもVSDのメリットです。既存機器にVSDと大型モーターをリトロフィットし、性能出力を向上させられます。わずかに高い流量を得るための新機器購入より、このリトロフィット投資コストは大幅に低く抑えられます。

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