图1 在过程行业，保证泵的持续运转至关重要。

实践经验表明，基础工业现有系统运营成本的降低仍然存在相当大的潜力。特别是在连续流动式设备方面，诸如运行在部分负荷下的泵和压缩机，改换成高效电动机和变速驱动装置能够节约多达50%的能耗。一台变频器的投资回报期可以短到几个月。在5月11~15日于法兰克福举办的ACHEMA 2009展会上，主要的泵机、压缩机和配件制造厂商将再一次成为参展商数量最多的领域。4000家参展商中有950家来自这一领域。对于他们和预计达18万的参观者来说，能效肯定将在今年再次成为主要的主题之一，而提高可用性的解决方案也将成为首要关注点。

作为对于快速上涨的能源成本的反应，旋转设备（泵、压缩机、风机等）安装了越来越多的电子部件和传感器。特别是泵，它已经逐步演化成为了机械电子系统。存储在芯片内的控制软件可以按需要进行修改以满足客户或应用的具体需要。

例如，变频器通常用于降低泵的速度，让流量或压力与实际需求相匹配，如丹麦的泵制造厂商格兰富公司（Grundfos）利用变频器让泵机在必要情况下提高转速。在软件控制的超同步模式下，电动机的转速高达令人惊讶的5800r/min。在此转速之下，泵机无需很大体积就可产生非常高的动力，且可以为设备制造厂商节约占用空间。

德国泵制造厂商威乐公司（Wilo SE）则采用了一种新方法，而且这家公司宣称其在加热系统实现了模式级的转变。中央泵将被取消，取而代之在每一个发热体处安装一个微型泵，这些分布式的泵还可以作为其他应用中的一种可行替代方案。德国凯士比公司（KSB AG）在其产品供应范围内增添了微型泵，以响应微过程行业对于流量仅为每小时几毫升的离心泵的需求。

图2 提供无与伦比的压缩空气可用性和系统的效率。

而在泵尺寸的另一端，客户正在不断推动着在发电应用领域以及超大型基本化学产品生产领域应用的泵机容量的加大。苏尔寿（Sulzer AG）公司已在制造驱动额定功率达到50MW的给水泵。

功能和可用性成为关键要素

无论是在尺寸最小或是最大范围内的泵，用户都在重点关注3件事：旋转设备必须提供适用于应用领域的功能，必须提供高可用性，以及低成本。

这就要依赖于每一家制造厂家来找出如何在自家产品中同时提供全部这三项优点的方法，过于奇异的解决方案可能并不是最佳选择。化学工业特别是制药业的用户在选择那些在过程中要起到核心作用的设备时，诸如泵和压缩机，都趋向于采取保守的选择。经验证的成功记录比抽象的性能宣传会让他们感到更加安心。

那么制造厂商该如何提高设备的可用性呢？除了优化材质和引入新材质组合以外，生产者需要不断地改进生产质量，并开发出愈加尖端的早期故障检测系统，这是因为在过程工业，泵和压缩机保持运转具有绝对至关重要的作用。在关注其他任何要素之前，过程工程师想要确认设备能够提供高可用性。但是，由于用户和维护部门也都认识到，运动机械部件都会发生磨损（即使是在设备内设计了高品质的耐用部件也是一样），所以他们需要依赖早期故障检测功能，以在可用性开始降级之前就指示出问题的存在。

这种解决方案的目标是在重大问题发生之前检测出可用性的降级状况，而且对传感器信号的正确解读也在检测过程中起着主要的作用。

ReMain：以可靠性为中心的维护

哪些信号会提供故障的早期提示呢？工业和学术领域的研究人员正在投入大量精力开发智能型泵诊断系统。事实是，行业之外的一些公司提供了针对泵的专用诊断系统，这表示了市场潜力已被大家所发现。这些系统采用了来自振动、压力、温度或电动机电流传感器方面的数据来评估过程条件以及泵的当前状态。

但是，目前上市的这些诊断系统之中的任何一个都不能预测出关键部件的剩余使用寿命。

而ReMain（Reliability Centered Maintenance以可靠性为中心的维护）项目的发起就是为了研究出能够预测泵剩余使用寿命的技术。来自工业和研究领域的8家合作伙伴以及另外14家参与公司将在100台在Evonik Stockhausen公司投入生产过程的泵产品上安装一个特殊的传感器组来采集数据，然后对这些数据进行汇总和分析。

图3工业和学术领域的研究人员正在投入大量精力开发智能型泵诊断系统（图中所示的诊断系统可以对设备的机械密封进行持续诊断）。

ReMain项目的成功取决于获得一组可用于模型建立的良好数据集合。这个预测故障模型将从物理知识基础上推导出来，而来自现场试运行的经验信息将随后用于在迭代过程中对模型的优化。试验台上进行的加速老化试验将用于仿真具体的故障机制并识别特性化的磨损模式。在两种模型合并之后，最终模型将反映出两者之间的相互作用。下一步骤将是把这项技术投入在线使用并在实际应用中验证这个模型。与此同时，这项新预测工具将集成到维护过程中，也就能对成本效益进行评估。

潜力巨大的投资方式

仅在化学工业，单只取消冗余配置泵一项就将在德国减少每年9%的投资成本，也就是节约5亿欧元。

故障减少25%。单此一项就将在ReMain工作组所属范围内安装的100 000台泵机上节约超过1600万欧元成本（而且这项数字甚至还未包括生产中断所造成的损失）。

避免了故障发生时进行清理、弃置以及溢出污染物所造成的环境损害。

高达50%的年投资回报率

由德国能源署和VDMA（德国工程技术协会）的泵+系统联合会发起的工业能效改进计划中，计划将为愿意接受外部建议的公司提供现场分析服务。超过50家公司，包括化工和制药工业的生产商们，已经依据专家咨询人员所提供的建议改进了自身泵系统的能效，而且成果确实让人惊奇。

高能效泵系统的年度投资回报率能够高达50%。高能效的控制方式也能延长泵的使用寿命。部分负荷下的较低转速可以减少机械部件的磨损，诸如轴、轴承和密封件。此外，采用变频器的系统在启动和停转时出现突发性状况的可能性更小。这样就可以减少整个传动系所承担的应力，并且减少泵系统上的机械负荷。在经优化减少能耗的泵系统上，高磨损部件的更换不会太频繁，而且维护间隔期也更长。其好处是，能源成本更低，用户也能节约维护费用。

咨询专家们的发现表明，任何行业内的任何公司都有机会提升能效。

新技术为压缩机企业带来新挑战

压缩机行业正在面临着一系列新的应用工程技术方面的挑战。举例来说，这些挑战包括，仍然是围绕着在燃煤电站利用压缩机分离CO2的一些问题。压缩机和真空泵也在开发可再生能源方面发挥着愈加重要的作用。生物气（沼气）发酵在生成CO2、水和H2S的同时也带来各种各样的问题。特别是生物气中的H2S会增加压缩机的磨损。

正如泵所面临的情况一样，日常运行中的能源和成本效率也成为压缩空气系统的主要问题之一，而且用户也获得了节约成本的巨大机会。专家们提出，用户降低压缩空气成本的最佳方式就是安装采用速度控制方式的压缩机，并且配备根据预先定义的节能参数控制多台压缩机的压缩空气管理系统。几乎所有主要的压缩机供应商均在其产品供应范围内提供这种类型的系统。

泄漏率的降低为降低压缩空气系统能耗提供了另一个机会。对压缩空气管网的状况监测以及新型传感器都能够帮助将泄漏问题控制到最低。另一项选择方案是降低管网内的压力并消除不必要的气体预留。

这方面的一些产品亮点包括了以较低能耗生产更高空气量的螺杆式压缩机以及采用空冷的新型压缩机（比水冷便宜多达60%）。

往复式压缩机无可争议的优点包括了在一系列运行条件下的高效、相对良好的控制特性以及其他更多优点，从而导致这一类型的压缩机再次“复兴”。

“真空”的高利润市场

真空技术的应用遍及工业领域的许多行业，其应用范围包括包装、干燥等。有大量的工业加工过程在真空条件下发生，因为在生产商处理对温度敏感的产品时，低压力能够带来优势，在真空柱内甚至可以分离共沸混合物。

真空技术可细分成4种压力类别：

低真空度：103~1mbar（例如，用于真空包装）；中真空度：1~10-3mbar（例如，装饰层表面处理）；高真空度：10-3~10-7mbar（例如，用于薄膜太阳能系统以及环境分析设备）；超高真空度：10-7~10-12mbar（例如，用于太空模拟或科学研究）。

真空技术的最大市场是半导体行业，占据总市场容量的大约40%。芯片制造过程在10-3~10-7mbar的高真空度下进行，需要高纯度的气体环境才能获得优良的结果。

太阳能行业是一个较高端的市场。该行业当前增长点是为模块制造提供了基底原材料的晶圆带来的洐生性需求。表面涂层和表面处理技术占据了真空技术市场略低于9%的份额。

“真空”的生产将继续成为前景诱人的业务。真空部件的全球市场容量目前约为45亿美元，而且这个市场每年还在不断扩张。亚洲地区占市场容量的近50%。

配件：安全完整性等级（SIL）

计算流体动力学已成为实现更快速的一体化生产设施设计的工具，它可以将全部成套设备部件集成到自动控制和调节系统当中，并根据生命周期成本来选择部件，这种成套设备工程设计的发展趋势更加刺激了配件的发展。但是，这些因素会对计划者和决策者带来更高的要求，因为有众多参数，例如生命周期成本，取决于配件在整个工厂具体环境下的应用。

这类似于得到了热烈讨论的配件安全标准。IEC/DIN EN 61508（电气/电子/可编程安全相关系统的功能安全）是安全系统的主要引用标准。此“功能安全”标准定义了称为安全完整性等级（SIL1-4）的4个安全性能等级。根据上述标准所规定的准则，设备（例如，传感器、控制器等）将被指定一个SIL等级。

设备制造厂商已经有一段时间一直在各方面努力工作。制造商、用户和“认证机构”仍然在此国际安全体系对配件和配件驱动系统的相关性方面存在着一些未得到解答的疑问。由于故障率在很大程度上取决于具体的应用，针对孤立设备并不足以确立特性化的关键性能指标。再考虑此标准对于配件和配件驱动系统适用性的不确定性程度，VDMA下属的配件行业联合会于2008年11月发布了如何适用此标准的指南。除了可以辅助参考DIN EN 61508的范围以外，此指南包含了有关确定配件特性化关键性能指标的一些辅助技巧。

总结

由于能源价格的持续上升，在旋转设备所属的全部范围（泵、压缩机、风机等）内，安装当今先进的电动机和电子驱动控制装置已经成为了一项能够带来诱人回报的投资。用户对于早期故障检测系统以及能够提供设备剩余使用寿命信息的预测系统非常感兴趣。泵机和压缩机制造商并不是唯一的将在ACHEMA 2009展示这些新解决方案的公司。用户们都在寻求能够削减能源成本和提升可用性的途径，而另外一些供应商也参与到了这个效益优厚的市场当中。 

EFF1，EFF2，EFF3

欧盟能效等级有助于消费者选择家用电器，而对于电动机也设立了类似的计划。电动机将分成3个能效等级（EFF1、EFF2和EFF3）。EFF1是最高的能效等级，欧盟鼓励使用这种电动机。

德国铜研究所（German Copper Institute）采用典型案例调查了这方面的数据。一台4极30kW电动机每年8000h驱动满负荷下的冷却水泵，电力成本为8欧分/kWh。较高规格和标准规格电动机的能效分别为93.2%和91.4%。这两种能效听起来十分近似，但每年成本节约将累积为8000×30×100%×0.08×（1/91.4-1/93.2）=405欧元。如果EFF1级电动机的成本为1650欧元，而标准级电动机的成本为1300欧元，则回报期仅为9.5个月。高能效电动机能够在很短时期内回收成本。

这些电动机还拥有另一项吸引人的特色，即低噪声。电动机内的风扇带来了绝大部分的电动机噪声。由于更高的能效额定值以及更低的热量损失，EFF1电动机不像其他电动机那样需要更多的冷却，通常采用较小和更安静的风扇就足够了。更低的热耗散也降低了定子绕组绝缘导线上的应力，从而延长了绕组的使用寿命。低工作温度还能延长电动机轴承的使用寿命（轴承润滑的使用寿命在很大程度上取决于温度）。正如您可以看到的那样，提升能效也会提高泵和压缩机系统的可用性。