泵：总运营成本的85%为能耗成本
工业领域处处都在使用泵，据估计，各类泵的能耗占全球总能耗的10%，因此，泵无疑是聚焦节能这一核心挑战的重要突破口。
离心泵（使用转子或叶轮）非常常见且相对便宜，因而广泛应用于食品饮料行业，尤其适合用于低粘度流体输送：牛奶接收、巴氏杀菌、无菌/超高温灭菌处理、果汁、CIP和过滤。但您可能会惊讶地发现，一台平价离心泵的总拥有成本(TCO)中，能耗竟然占了85%！我们可以向您展示如何将这一局面转化为您的优势。
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改善性能、设备寿命和可持续性
使用VFD可大幅节约能源
许多食品饮料生产线要求泵以不同的流速运行，以匹配加工参数和特定的配方或配料。如果您使用的是节流系统，只需关小阀门即可限制流量。
但这会产生两种负面影响。其一，这会增加泵的背压——也会产生热量，并可能导致产品降解，或泵部件（如机械密封件）磨损。其二，运行效率低下，甚至可能导致泵损坏。
好消息是，我们有一条实现大幅节能的路径，只需将泵与变频驱动器(VFD)或变频器配合使用即可。改变输入电源的频率之后，泵的转速也会随之改变。借助这一方案，一台泵能够高效处理不同粘度、不同扬程压力和不同流速的多种液体。
请在表中对比这两种过程控制方式。假设泵在满载能力状态下流量为70立方米/小时，耗电量为26千瓦，此时两种系统的表现相同。但如果您希望将流量降至额定能力的60%，节流系统仍将消耗21千瓦的能源，而变频驱动系统仅需消耗9千瓦！VFD是一项小投入，却能节省大量资金。
| 流量（立方米/小时） | 流量百分比 | 节流系统 | VFD系统 |
|---|---|---|---|
| 70 | 100% | 26千瓦 | 26千瓦 |
| 56 | 80% | 23千瓦 | 16千瓦 |
| 42 | 60% | 21千瓦 | 9千瓦 |
| 35 | 50% | 20千瓦 | 6千瓦 |
VFD让您的泵保持在“理想区间”内运行，从而改善性能、设备寿命和可持续性。
从一开始就选择合适的泵，意味着选择一款性能范围符合您的应用需求的泵，而这正是一个良好的开端。然而，大多数泵在运行中都需要根据具体应用需求、产品转换、原材料质量或特殊配料等因素来调整其性能。每台泵都有其性能特性曲线，可与可靠性曲线对应绘制，如下图所示。
泵将在该可靠性曲线的区间内运行，但离最佳效率点(BEP)越远，其运行可靠性就越低，故障也会更加频繁（参见右侧纵轴的平均故障间隔时间(MTBF)）。这体现了另一个区别。如果通过节流来降低流量，您不仅会因为无法达到最佳效率点而损失能量，泵还可能产生振动和更高的背压，进而导致叶轮、轴承和密封件出现磨损。节省下来的每一分能量都会转化为热量，可能导致食品降解。
VFD系统仅仅是降低泵的频率，从而降低其转速，不会对敏感产品造成潜在的剪切和温度影响。这意味着，通过提高可靠性和耐用性，降低了维保成本；通过减少产品损耗和减少排放，提高了可持续性。此外，如图所示，使用VFD调节流量，可使泵保持在效率更高的“理想区间”内运行，从而节省了整体能源成本。
泵可靠性曲线，BEP = BOP
如图所示，泵具有最佳效率点(BEP)，而最佳实践是将其运行范围保持在该点的-10%至+5%的范围内。表示泵可靠性的泵曲线灵敏度。
计算方法比您想象得简单
由于大多数离心泵由电动机驱动，泵的转速通常就是电机的转速，而叶轮的速度和直径决定了扬程（即泵压）。但根据以下比例定律，改变转速会改变泵的扬程、流量和功率需求：
- 流量（体积/小时）的变化与速度的变化成比例。转速加倍，流量也加倍。转速降为三分之一，流量也变为原来的三分之一。
- 泵的扬程（压力）变化与转速变化的平方成正比。转速变为两倍，扬程变为原来的四倍（2²）。转速降至满速的80%，扬程仅为满转速状态下的64% (0.80²)。
- 功率需求（千瓦）变化与转速变化的三次方成正比。转速加倍，功率消耗为原来的八倍(2³)。转速减半，驱动泵所需的功率则降至八分之一（0.50³）。
“数学方法很简单：如果您并非始终让泵以100%的功率运行，那么使用VFD就能真正获益，因为通过这种方式控制流量所能节省的电量是惊人的。反之，如果您通过节流降低泵的流量，则会立即偏离最佳效率点。接着就会出现振动增加和背压升高，机械密封件的使用寿命也可能因此缩短，最终引发高成本的故障，并增加停机时间。”
- Angelo Mennecillo，利乐®工程部件产品经理
