Abstrak

Sebagai peralatan pengangkutan cecair yang sangat cekap digunakan secara meluas dalam projek penyenggaraan air, industri petrokimia dan sistem bekalan air bandar, pam turbin menegak berbilang peringkat menyumbang 30%-50% daripada jumlah penggunaan tenaga sistem. Kaedah kawalan kelajuan malar tradisional mengalami pembaziran tenaga kerana ketidakupayaannya untuk memadankan permintaan aliran secara dinamik. Dengan kematangan teknologi kawalan kelajuan frekuensi berubah (VFS), aplikasinya dalam penjimatan tenaga untukpam turbin menegak berbilang peringkattelah menjadi tumpuan dalam industri. Kertas kerja ini meneroka nilai teras sistem VFS daripada prinsip teknikal, kesan penjimatan tenaga praktikal dan perspektif ekonomi.

I. Prinsip Teknikal dan Kebolehsuaian Sistem Kawalan Kelajuan Frekuensi Berubah kepada Pam Turbin Menegak Berbilang Peringkat

1.1 Prinsip Asas Kawalan Kelajuan Frekuensi Pembolehubah

Sistem VFS melaraskan kekerapan bekalan kuasa motor (0.5–400 Hz) untuk mengawal kelajuan pam (N∝f), dengan itu mengawal kadar aliran (Q∝N³) dan kepala (H∝N²). Pengawal teras (cth, VFD) menggunakan algoritma PID untuk kawalan tekanan aliran yang tepat melalui pelarasan frekuensi dinamik.

1.2 Ciri-ciri Operasi Pam Turbin Menegak Berbilang Peringkat dan Kebolehsuaiannya kepada VFS

Ciri-ciri utamainclude:
• Julat kecekapan tinggi yang sempit: Terdedah kepada penurunan kecekapan apabila beroperasi jauh dari titik reka bentuk
• Turun naik aliran yang besar: Memerlukan pelarasan kelajuan yang kerap atau operasi mula-henti disebabkan oleh sistem variasi tekanan
• Had struktur aci panjang: Pendikitan injap tradisional menyebabkan kehilangan tenaga dan masalah getaran

VFS secara langsung melaraskan kelajuan untuk memenuhi keperluan aliran, mengelakkan zon kecekapan rendah dan meningkatkan kecekapan sistem dengan ketara.

II. Analisis Keberkesanan Penjimatan Tenaga Sistem Kawalan Kelajuan Frekuensi Berubah

2.1 Mekanisme Utama untuk Peningkatan Kecekapan Tenaga

(Di mana ΔPinjap mewakili kehilangan tekanan pendikitan injap)

2.2 Data Kes Aplikasi Praktikal

• **Projek Retrofit Loji Bekalan Air:**

· Peralatan: 3 XBC300-450 pam menegak berbilang peringkat (155 kW setiap satu)

· Sebelum Retrofit: Penggunaan elektrik harian ≈ 4,200 kWj, kos tahunan ≈$39,800

· Selepas Retrofit: Penggunaan harian dikurangkan kepada 2,800 kWj, penjimatan tahunan ≈$24,163, tempoh bayaran balik < 2 tahun

III. Penilaian Ekonomi dan Analisis Pulangan Pelaburan

3.1 Perbandingan Kos Antara Kaedah Kawalan

3.2 Pengiraan Tempoh Bayaran Balik Pelaburan

Contoh: Peningkatan kos peralatan$27,458, simpanan tahunan$24,163 → ROI ≈ 1.14 tahun

3.3 Faedah Ekonomi Tersembunyi

• Jangka hayat peralatan lanjutan: 30%-50% kitaran penyelenggaraan yang lebih lama disebabkan oleh kehausan galas yang berkurangan
• Pengurangan pelepasan karbon: Pelepasan CO₂ tahunan pam tunggal dikurangkan sebanyak ~45 tan setiap 50,000 kWj yang dijimatkan
• Insentif dasar: Mematuhi China Garis Panduan Diagnosis Pemuliharaan Tenaga Industri, layak mendapat subsidi teknologi hijau

 IV. Kajian Kes: Petrokimia Enterprise Multistage Pump Group Retrofit

4.1 Latar Belakang Projek

• Masalah: Permulaan pam pemindahan minyak mentah yang kerap menyebabkan kos penyelenggaraan tahunan >$109,832 disebabkan oleh sistem turun naik tekanan
• Penyelesaian: Pemasangan VFD 3×315 kW dengan penderia tekanan dan platform pemantauan awan

4.2 Hasil Pelaksanaan

• Metrik tenaga: Penggunaan kuasa setiap pam dikurangkan daripada 210 kW kepada 145 kW, kecekapan sistem bertambah baik sebanyak 32%
• Kos operasi: Masa henti kegagalan berkurangan sebanyak 75%, kos penyelenggaraan tahunan dikurangkan kepada$27,458.
• Faedah ekonomi: Kos pengubahsuaian penuh dipulihkan dalam tempoh 2 tahun, keuntungan bersih terkumpul >$164,749

V. Trend dan Syor Masa Depan

1. Peningkatan Pintar: Penyepaduan algoritma IoT dan AI untuk kawalan tenaga ramalan

2. Aplikasi Tekanan Tinggi: Pembangunan VFD yang sesuai untuk pam berbilang peringkat 10 kV+

3. Pengurusan Hayat: Penubuhan model berkembar digital untuk pengoptimuman kitaran hayat yang cekap tenaga

Kesimpulan
Sistem kawalan kelajuan frekuensi berubah-ubah mencapai peningkatan kecekapan tenaga yang ketara dan pengurangan kos operasi dalam pam turbin menegak berbilang peringkat dengan memadankan keperluan kepala aliran dengan tepat. Kajian kes menunjukkan tempoh bayaran balik biasa 1-3 tahun dengan faedah ekonomi dan alam sekitar yang besar. Dengan memajukan pendigitalan industri, teknologi VFS akan kekal sebagai penyelesaian arus perdana untuk pengoptimuman tenaga pam.