塑膠建材行業變頻節能改造

一、概述

　　注塑機、擠出機是塑膠行業的主要生產設備，同時也是主要的耗電設備，被人們稱為“電老虎”，其用電量占企業生產用電的80%左右。注塑機耗電大，一方面造成全社會電能的巨大浪費，另一方面造成企業生產成本居高不下，產品缺乏竟爭優勢，嚴重影響企業的經濟效益。

二、定量泵注塑機的生產過程現狀

　　注塑機的工藝過程一般分為鎖模、射膠、熔膠、保壓、冷卻、開模等幾個階段，各個階段需要不同的工作壓力和流量。對于油泵馬達而言，注塑過程是處于變化的負載狀態。在定量泵的液壓系統中，油泵馬達始終以恒定的轉速提供恒定的流量，多余的液壓油通過溢流閥回流，此過程稱為高壓節流。據統計高壓節流造成的能量損失高達25-60%。同時，由于液壓長期的全速循環流動，與液壓件、機械件的劇烈磨擦，造成油溫過高、噪音過大、機械壽命縮短的現象。

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

從圖1可知注塑機不同的工序過程中壓力和時間是這樣分布的：
（1）送模具過程：壓力低，時間較短。
（2）合模具過程：左右兩個模具相接直至完全閉合,壓力略高，時間不長。
（3）保壓過程：送料至模腔，直到成型，固化。壓力較高，時間較長，約占一件產品制造時間的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,時間不長。
（5）退模具過程：加工件取出，模具后退原位，進行輔助工作后，待再次加工。壓力低，時間較短。
對同一臺注塑機,加工不同的塑料件,其壓力（P）與時間(t)長短是各不相同的。由于加工件模具的復雜性,使用不同的塑料,一個加工件的總用料量,有否嵌件等有關。具體參數設定，一般由工程技術人員經過測試后才能確定。

三、 注塑機節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為油泵的轉速，將(2)式代入(1)式得：
　　　Pt=2π×Tt×n 　　　　　　　　　　(3)
　　如果忽略機械能到液壓能轉換過程中的能量損失，則可近似認為油泵的輸出功率等于電機的輸出轉矩與電機轉速的乘積。因此可以看出，當系統要求低流量時，系統需要的功率其實是非常低的。但是實際情況卻是，由于電動機始終運行在工頻50HZ狀態上，并不能根據實際的需求來降低其轉速，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。
　2、油泵變頻調速節電運行
　　從圖1注塑機的P=f(t)工序過程中看出，在不同時間段，它的主油泵壓力是變化的，而且起伏較大，這就存在節能的可能性，且潛力較大。據統計，注塑機節電率一般可達25%-60%。眾所周知注塑機未使用變頻器時，主泵的電動機始終恒速運行，是極不經濟的運行的方式。
　　采用注塑機節電控制器，將控制比例流量閥的電流信號（0-1A），按每個生產工藝階段設定的流量比例，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。把比例流量信號連接到注塑機節電控制器作為驅動指令，控制油壓驅動電機的轉速，油泵只補充油路中所消耗的部份，油泵電機按比例指令運轉相應轉速，輸出相應的流量，以提供系統所需的壓力。即需要多少提供多少，在源頭上讓它不產生浪費。因此用變頻節電系統在注塑機的整過生產過程中都具有明顯的節電效果，從而能夠較大幅度節能省電，為用戶帶來可觀的經濟效益。

四．應用案例

工程案例一：
某塑料廠四臺主泵55KW大型注塑機進行了變頻改造，該機最大壓力可達2000噸，最大投料量可達16000克，約1-2分鐘生產6個中、大型水管接頭。這是應用變頻器的技術改造成功的典范，現已投產使用達半年之久，工作正常，平均節電率達35％以上，深受用戶歡迎。
經濟效益分析
注塑機及生產情況表 表（1）

工頻、變頻運行耗用電能表 表（2）

投資回報分析：
每月節電: 20.5度/小時×22小時/天×28天=12628度/月
每月節約電費: 12628度×0.6元/度=7576.8元
每年節約電費: 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：某注塑廠進行節能改造
我公司于2004年3月1日對某玩具廠進行注塑節能改造，節電率達到35.86％，現就改造過程分析如下：
1. 對象：
注塑機及生產情況表 表（3）

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

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

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

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

3. 改造后對生產穩定性、產品質量、機器性能的影響
改造前后的生產數量的對比 表(7)

（1）生產量的穩定性
變頻調速運行后單位小時生產量沒有明顯變化，每小時減產1.5只,生產效率下降僅0.88%,具體數據見表（7）。
（2）產品質量：經工廠FQC檢驗，未發現質量問題
（3）機器性能：經測量采用變頻調速后，電機的表面溫度有所提高，工頻運行電機溫度為36℃，變頻運行時電機最高溫度為41.5℃，仍在電機安全范圍內，這是由于電機在整個周期內，根據生產工藝的不同運轉，電機的散熱風扇風力減小的緣故。建議保持散熱風扇及電機的清潔。
充分說明應用變頻器對大型注塑機實行節能的技術改造方案是正確的有效的，值得向大家推薦。