塑膠建材行業(yè)變頻節(jié)能改造

一、概述

　　注塑機(jī)、擠出機(jī)是塑膠行業(yè)的主要生產(chǎn)設(shè)備，同時(shí)也是主要的耗電設(shè)備，被人們稱為“電老虎”，其用電量占企業(yè)生產(chǎn)用電的80%左右。注塑機(jī)耗電大，一方面造成全社會(huì)電能的巨大浪費(fèi)，另一方面造成企業(yè)生產(chǎn)成本居高不下，產(chǎn)品缺乏竟?fàn)巸?yōu)勢(shì)，嚴(yán)重影響企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

二、定量泵注塑機(jī)的生產(chǎn)過程現(xiàn)狀

　　注塑機(jī)的工藝過程一般分為鎖模、射膠、熔膠、保壓、冷卻、開模等幾個(gè)階段，各個(gè)階段需要不同的工作壓力和流量。對(duì)于油泵馬達(dá)而言，注塑過程是處于變化的負(fù)載狀態(tài)。在定量泵的液壓系統(tǒng)中，油泵馬達(dá)始終以恒定的轉(zhuǎn)速提供恒定的流量，多余的液壓油通過溢流閥回流，此過程稱為高壓節(jié)流。據(jù)統(tǒng)計(jì)高壓節(jié)流造成的能量損失高達(dá)25-60%。同時(shí)，由于液壓長(zhǎng)期的全速循環(huán)流動(dòng)，與液壓件、機(jī)械件的劇烈磨擦，造成油溫過高、噪音過大、機(jī)械壽命縮短的現(xiàn)象。

    在注塑機(jī)工序一個(gè)完整的過程中,各種型號(hào)的注塑機(jī)，它的工序過程是相同的，大致是五個(gè)工序過程（見圖1）

從圖1可知注塑機(jī)不同的工序過程中壓力和時(shí)間是這樣分布的：
（1）送模具過程：壓力低，時(shí)間較短。
（2）合模具過程：左右兩個(gè)模具相接直至完全閉合,壓力略高，時(shí)間不長(zhǎng)。
（3）保壓過程：送料至模腔，直到成型，固化。壓力較高，時(shí)間較長(zhǎng)，約占一件產(chǎn)品制造時(shí)間的40—60％。
（4）脫模具過程:加工成型,開啟模具,脫模，取出加工件。壓力略高,時(shí)間不長(zhǎng)。
（5）退模具過程：加工件取出，模具后退原位，進(jìn)行輔助工作后，待再次加工。壓力低，時(shí)間較短。
對(duì)同一臺(tái)注塑機(jī),加工不同的塑料件,其壓力（P）與時(shí)間(t)長(zhǎng)短是各不相同的。由于加工件模具的復(fù)雜性,使用不同的塑料,一個(gè)加工件的總用料量,有否嵌件等有關(guān)。具體參數(shù)設(shè)定，一般由工程技術(shù)人員經(jīng)過測(cè)試后才能確定。

三、 注塑機(jī)節(jié)能的原理及可行性分析

 1.理論原理
　　油泵的輸出功率：     pt=p×Qt=p×v×n             (1)
　　油泵的理論轉(zhuǎn)矩：    Tt=1/2π×p×V                (2)
　　P為壓力,Qt為流量,V為油泵排量,n為油泵的轉(zhuǎn)速，將(2)式代入(1)式得：       
　　　Pt=2π×Tt×n               　　　　　　　　　　(3)
　　如果忽略機(jī)械能到液壓能轉(zhuǎn)換過程中的能量損失，則可近似認(rèn)為油泵的輸出功率等于電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩與電機(jī)轉(zhuǎn)速的乘積。因此可以看出，當(dāng)系統(tǒng)要求低流量時(shí)，系統(tǒng)需要的功率其實(shí)是非常低的。但是實(shí)際情況卻是，由于電動(dòng)機(jī)始終運(yùn)行在工頻50HZ狀態(tài)上，并不能根據(jù)實(shí)際的需求來降低其轉(zhuǎn)速，從而減小流量。因此多余的液壓油只能通過比例流量閥流回油箱，造成能源的白白浪費(fèi)。
　2、油泵變頻調(diào)速節(jié)電運(yùn)行
　　從圖1注塑機(jī)的P=f(t)工序過程中看出，在不同時(shí)間段，它的主油泵壓力是變化的，而且起伏較大，這就存在節(jié)能的可能性，且潛力較大。據(jù)統(tǒng)計(jì)，注塑機(jī)節(jié)電率一般可達(dá)25%-60%。眾所周知注塑機(jī)未使用變頻器時(shí)，主泵的電動(dòng)機(jī)始終恒速運(yùn)行，是極不經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行的方式。
　　采用注塑機(jī)節(jié)電控制器，將控制比例流量閥的電流信號(hào)（0-1A），按每個(gè)生產(chǎn)工藝階段設(shè)定的流量比例，得到0-1A的比例信電表去打開電磁閥的比例開度，以提供系統(tǒng)所需的壓力。多余的流量通過溢流閥溢流掉。把比例流量信號(hào)連接到注塑機(jī)節(jié)電控制器作為驅(qū)動(dòng)指令，控制油壓驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，油泵只補(bǔ)充油路中所消耗的部份，油泵電機(jī)按比例指令運(yùn)轉(zhuǎn)相應(yīng)轉(zhuǎn)速，輸出相應(yīng)的流量，以提供系統(tǒng)所需的壓力。即需要多少提供多少，在源頭上讓它不產(chǎn)生浪費(fèi)。因此用變頻節(jié)電系統(tǒng)在注塑機(jī)的整過生產(chǎn)過程中都具有明顯的節(jié)電效果，從而能夠較大幅度節(jié)能省電，為用戶帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

四．應(yīng)用案例

工程案例一：
某塑料廠四臺(tái)主泵55KW大型注塑機(jī)進(jìn)行了變頻改造，該機(jī)最大壓力可達(dá)2000噸，最大投料量可達(dá)16000克，約1-2分鐘生產(chǎn)6個(gè)中、大型水管接頭。這是應(yīng)用變頻器的技術(shù)改造成功的典范，現(xiàn)已投產(chǎn)使用達(dá)半年之久，工作正常，平均節(jié)電率達(dá)35％以上，深受用戶歡迎。
經(jīng)濟(jì)效益分析
                       注塑機(jī)及生產(chǎn)情況表      表（1）

                  工頻、變頻運(yùn)行耗用電能表  表（2）

投資回報(bào)分析：
   每月節(jié)電:     20.5度/小時(shí)×22小時(shí)/天×28天=12628度/月
   每月節(jié)約電費(fèi): 12628度×0.6元/度=7576.8元
   每年節(jié)約電費(fèi): 7576.8元/月×12月=90921.6元
   投資回收期:   63800元÷7576.8元/月×28天/月=235天

工程案例二：某注塑廠進(jìn)行節(jié)能改造
我公司于2004年3月1日對(duì)某玩具廠進(jìn)行注塑節(jié)能改造，節(jié)電率達(dá)到35.86％，現(xiàn)就改造過程分析如下：
1.    對(duì)象：
注塑機(jī)及生產(chǎn)情況表            表（3）

2．改造前后電流、電度表讀數(shù)比較
（1）改造前后運(yùn)行電流的比較
改造前后電流比較圖               表（4）

根據(jù)表(4)的比較結(jié)果可以得知采用變頻器調(diào)速后電流有了明顯的下降
（2）改造前后的有功電度表讀數(shù)比較
工頻下有功表以及用電容量的計(jì)算結(jié)果  表(5)   日期：2004.3.9                                                

由上表可計(jì)算單位產(chǎn)品的耗電量：
單件產(chǎn)品平均耗電量=326.9/1370=0.2387
變頻下有功表以及用電容量的計(jì)算結(jié)果  表(6)   日期：2004.3.10                        

由上表可計(jì)算出單位產(chǎn)品的耗電量：
單件產(chǎn)品平均耗電量=207.9/1358=0.1531
使用變頻節(jié)電器后效率=169.75/171.25=99.13%
根據(jù)以上耗量可以計(jì)算出改造后節(jié)電百分比：
節(jié)電率=(P工頻- P變頻)/ P工頻=（0.2387-0.1531）/0.2387=35.86％

3. 改造后對(duì)生產(chǎn)穩(wěn)定性、產(chǎn)品質(zhì)量、機(jī)器性能的影響
改造前后的生產(chǎn)數(shù)量的對(duì)比    表(7)

（1）生產(chǎn)量的穩(wěn)定性
變頻調(diào)速運(yùn)行后單位小時(shí)生產(chǎn)量沒有明顯變化，每小時(shí)減產(chǎn)1.5只,生產(chǎn)效率下降僅0.88%,具體數(shù)據(jù)見表（7）。
（2）產(chǎn)品質(zhì)量：經(jīng)工廠FQC檢驗(yàn)，未發(fā)現(xiàn)質(zhì)量問題                               
（3）機(jī)器性能：經(jīng)測(cè)量采用變頻調(diào)速后，電機(jī)的表面溫度有所提高，工頻運(yùn)行電機(jī)溫度為36℃，變頻運(yùn)行時(shí)電機(jī)最高溫度為41.5℃，仍在電機(jī)安全范圍內(nèi)，這是由于電機(jī)在整個(gè)周期內(nèi)，根據(jù)生產(chǎn)工藝的不同運(yùn)轉(zhuǎn)，電機(jī)的散熱風(fēng)扇風(fēng)力減小的緣故。建議保持散熱風(fēng)扇及電機(jī)的清潔。
充分說明應(yīng)用變頻器對(duì)大型注塑機(jī)實(shí)行節(jié)能的技術(shù)改造方案是正確的有效的，值得向大家推薦。