塑胶建材行业变频节能改造

一、概述

　　注塑机、挤出机是塑胶行业的主要生产设备，同时也是主要的耗电设备，被人们称为“电老虎”，其用电量占企业生产用电的80%左右。注塑机耗电大，一方面造成全社会电能的巨大浪费，另一方面造成企业生产成本居高不下，产品缺乏竟争优势，严重影响企业的经济效益。

二、定量泵注塑机的生产过程现状

　　注塑机的工艺过程一般分为锁模、射胶、熔胶、保压、冷却、开模等几个阶段，各个阶段需要不同的工作压力和流量。对于油泵马达而言，注塑过程是处于变化的负载状态。在定量泵的液压系统中，油泵马达始终以恒定的转速提供恒定的流量，多余的液压油通过溢流阀回流，此过程称为高压节流。据统计高压节流造成的能量损失高达25-60%。同时，由于液压长期的全速循环流动，与液压件、机械件的剧烈磨擦，造成油温过高、噪音过大、机械寿命缩短的现象。

在注塑机工序一个完整的过程中,各种型号的注塑机，它的工序过程是相同的，大致是五个工序过程（见图1）

从图1可知注塑机不同的工序过程中压力和时间是这样分布的：
（1）送模具过程：压力低，时间较短。
（2）合模具过程：左右两个模具相接直至完全闭合,压力略高，时间不长。
（3）保压过程：送料至模腔，直到成型，固化。压力较高，时间较长，约占一件产品制造时间的40—60％。
（4）脱模具过程:加工成型,开启模具,脱模，取出加工件。压力略高,时间不长。
（5）退模具过程：加工件取出，模具后退原位，进行辅助工作后，待再次加工。压力低，时间较短。
对同一台注塑机,加工不同的塑料件,其压力（P）与时间(t)长短是各不相同的。由于加工件模具的复杂性,使用不同的塑料,一个加工件的总用料量,有否嵌件等有关。具体参数设定，一般由工程技术人员经过测试后才能确定。

三、 注塑机节能的原理及可行性分析

1.理论原理
　　油泵的输出功率： pt=p×Qt=p×v×n (1)
　　油泵的理论转矩： Tt=1/2π×p×V (2)
　　P为压力,Qt为流量,V为油泵排量,n为油泵的转速，将(2)式代入(1)式得：
　　　Pt=2π×Tt×n 　　　　　　　　　　(3)
　　如果忽略机械能到液压能转换过程中的能量损失，则可近似认为油泵的输出功率等于电机的输出转矩与电机转速的乘积。因此可以看出，当系统要求低流量时，系统需要的功率其实是非常低的。但是实际情况却是，由于电动机始终运行在工频50HZ状态上，并不能根据实际的需求来降低其转速，从而减小流量。因此多余的液压油只能通过比例流量阀流回油箱，造成能源的白白浪费。
　2、油泵变频调速节电运行
　　从图1注塑机的P=f(t)工序过程中看出，在不同时间段，它的主油泵压力是变化的，而且起伏较大，这就存在节能的可能性，且潜力较大。据统计，注塑机节电率一般可达25%-60%。众所周知注塑机未使用变频器时，主泵的电动机始终恒速运行，是极不经济的运行的方式。
　　采用注塑机节电控制器，将控制比例流量阀的电流信号（0-1A），按每个生产工艺阶段设定的流量比例，得到0-1A的比例信电表去打开电磁阀的比例开度，以提供系统所需的压力。多余的流量通过溢流阀溢流掉。把比例流量信号连接到注塑机节电控制器作为驱动指令，控制油压驱动电机的转速，油泵只补充油路中所消耗的部份，油泵电机按比例指令运转相应转速，输出相应的流量，以提供系统所需的压力。即需要多少提供多少，在源头上让它不产生浪费。因此用变频节电系统在注塑机的整过生产过程中都具有明显的节电效果，从而能够较大幅度节能省电，为用户带来可观的经济效益。

四．应用案例

工程案例一：
某塑料厂四台主泵55KW大型注塑机进行了变频改造，该机最大压力可达2000吨，最大投料量可达16000克，约1-2分钟生产6个中、大型水管接头。这是应用变频器的技术改造成功的典范，现已投产使用达半年之久，工作正常，平均节电率达35％以上，深受用户欢迎。
经济效益分析
注塑机及生产情况表 表（1）

工频、变频运行耗用电能表 表（2）

投资回报分析：
每月节电: 20.5度/小时×22小时/天×28天=12628度/月
每月节约电费: 12628度×0.6元/度=7576.8元
每年节约电费: 7576.8元/月×12月=90921.6元
投资回收期: 63800元÷7576.8元/月×28天/月=235天

工程案例二：某注塑厂进行节能改造
我公司于2004年3月1日对某玩具厂进行注塑节能改造，节电率达到35.86％，现就改造过程分析如下：
1. 对象：
注塑机及生产情况表 表（3）

2．改造前后电流、电度表读数比较
（1）改造前后运行电流的比较
改造前后电流比较图 表（4）

根据表(4)的比较结果可以得知采用变频器调速后电流有了明显的下降
（2）改造前后的有功电度表读数比较
工频下有功表以及用电容量的计算结果 表(5) 日期：2004.3.9

由上表可计算单位产品的耗电量：
单件产品平均耗电量=326.9/1370=0.2387
变频下有功表以及用电容量的计算结果 表(6) 日期：2004.3.10

由上表可计算出单位产品的耗电量：
单件产品平均耗电量=207.9/1358=0.1531
使用变频节电器后效率=169.75/171.25=99.13%
根据以上耗量可以计算出改造后节电百分比：
节电率=(P工频- P变频)/ P工频=（0.2387-0.1531）/0.2387=35.86％

3. 改造后对生产稳定性、产品质量、机器性能的影响
改造前后的生产数量的对比 表(7)

（1）生产量的稳定性
变频调速运行后单位小时生产量没有明显变化，每小时减产1.5只,生产效率下降仅0.88%,具体数据见表（7）。
（2）产品质量：经工厂FQC检验，未发现质量问题
（3）机器性能：经测量采用变频调速后，电机的表面温度有所提高，工频运行电机温度为36℃，变频运行时电机最高温度为41.5℃，仍在电机安全范围内，这是由于电机在整个周期内，根据生产工艺的不同运转，电机的散热风扇风力减小的缘故。建议保持散热风扇及电机的清洁。
充分说明应用变频器对大型注塑机实行节能的技术改造方案是正确的有效的，值得向大家推荐。