啟豐實(shí)業(yè)(惠州)有限公司注塑機(jī)電液伺服改造項(xiàng)目

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一、案例名稱

啟豐實(shí)業(yè)(惠州)有限公司注塑機(jī)電液伺服改造項(xiàng)目

二、案例業(yè)主

啟豐實(shí)業(yè)(惠州)有限公司是大型港資玩具企業(yè)，主要生產(chǎn)塑膠電子玩具，產(chǎn)品全部銷往歐、美、日本等地區(qū)，其主要用能設(shè)備包括破碎機(jī)、吹塑機(jī)、擠出機(jī)、絲印、噴墨、注塑機(jī)等，其中注塑機(jī)能耗最大，用能情況隨經(jīng)濟(jì)情況變化很大，一般年度用電量在1000萬千瓦時(shí)左右。

三、案例內(nèi)容

1.技術(shù)原理及適用領(lǐng)域

原有定量泵注塑機(jī)液壓系統(tǒng)采用異步電動(dòng)機(jī)加定量泵系統(tǒng)，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)油泵從油箱吸油并加壓輸出，經(jīng)各種控制閥控制油的壓力、流量和方向，以保證工作機(jī)構(gòu)以一定的力(或扭矩)和一定的速度按所要求的方向運(yùn)動(dòng)。從而實(shí)現(xiàn)注塑的各過程。傳統(tǒng)定量泵注塑機(jī)通常在需要改變負(fù)載流量和壓力時(shí)，定量油泵速度不可調(diào)，用閥門調(diào)節(jié)，多余的油經(jīng)溢流閥排入油箱，大量能量以壓力差的形式損耗在閥門上。

圖1 注塑機(jī)工藝流程

根據(jù)注塑機(jī)的工藝過程，畫出系統(tǒng)油壓P與時(shí)間t的關(guān)系圖如圖2。

圖2系統(tǒng)油壓與時(shí)間關(guān)系

由圖2可見，合模和脫模、開模系統(tǒng)所需油壓較低，且時(shí)間較短;而注射、保壓、冷卻系統(tǒng)所需油壓較高，且時(shí)間較長，一般為一個(gè)工作周期的40%~60%;間歇期更短，這也與加工工件的情況有關(guān)，有時(shí)可以不要間歇期。以上圖示只是一種簡單的近似表示，實(shí)際上，如果注射的螺桿用油馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，注射時(shí)的系統(tǒng)油壓會高一些。注塑機(jī)加工工件的重量，從數(shù)十克到數(shù)萬克不等。因此，注塑機(jī)就有中、小型和大型之分，加工工件一個(gè)周期的時(shí)間也是不相同的;就是對同一臺注塑機(jī)，加工工件的原料不同，各段工藝流程中所需的壓力和時(shí)間也是變化的。

從圖2可見，一個(gè)周期工作流程中，負(fù)載的變化導(dǎo)致系統(tǒng)壓力變化比較大，但油仍在50Hz運(yùn)行，其供油量是恒定不變的，多余的液壓油經(jīng)溢流閥流回油箱，做無用功，白白地浪費(fèi)了電能。

由于定量泵不能根據(jù)液壓系統(tǒng)負(fù)荷變化自動(dòng)調(diào)節(jié)輸出負(fù)荷，多余的能量只能在擋板、油路泄漏、油的溫升中消耗掉，這樣的過程加劇了各種閥門的磨損，造成油溫升高，電機(jī)噪音過大以及機(jī)械壽命縮短等現(xiàn)象。

在定量泵系統(tǒng)中，總體來看存在如下問題:

(1)系統(tǒng)能耗過高，油泵本身浪費(fèi)了大量能源，同時(shí)被浪費(fèi)的能源變成熱量，使油溫升高又需要冷卻系統(tǒng)來帶走這部分熱量。

(2)維修保養(yǎng)工作量較大。因?yàn)椴粩嗟囊缌骱徒亓鞯?，使得各種閥門磨損嚴(yán)重，需要定期保養(yǎng)更換。

(3)定量泵系統(tǒng)控制因?yàn)榇嬖陂_環(huán)控制環(huán)節(jié)，因此精度在某些特定場合不能達(dá)到要求。

基于如上原因，推薦使用電液伺服系統(tǒng)來代替原有的定量泵系統(tǒng)。

注塑機(jī)電液伺服系統(tǒng)改造的節(jié)能原理:

使用電液伺服系統(tǒng)后，伺服馬達(dá)取代原異步電機(jī)，并且用齒輪泵替換原雙聯(lián)葉片泵，加上伺服驅(qū)動(dòng)器控制整個(gè)液壓動(dòng)力系統(tǒng)，組成新的動(dòng)力源。伺服驅(qū)動(dòng)器與伺服馬達(dá)一起，對注塑機(jī)的壓力信號形成一個(gè)死循環(huán)控制，同時(shí)由于伺服馬達(dá)具有快速啟停的特點(diǎn)，可以在15毫秒之內(nèi)啟動(dòng)或停止，因此在保壓、冷卻等階段，伺服馬達(dá)幾乎沒有電耗。由于伺服節(jié)能系統(tǒng)所輸出的壓力、流量可以死循環(huán)控制，所以它的壓力重復(fù)精度好，而且在低壓力下也可以可靠的工作。伺服節(jié)能系統(tǒng)所輸出的流量是靠數(shù)字信號來控制的，有很好的線性和低速可控性，其流量的重復(fù)精度也較高。圖3是同服控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

伺服控制系統(tǒng)主要優(yōu)點(diǎn)總結(jié)如下:

(1)節(jié)能率高:徹底消除高壓節(jié)流，比定量泵節(jié)能30%~60%，比變數(shù)泵節(jié)能10%~30%。

(2)響應(yīng)速度快:0~100%升、降速時(shí)間<0.1秒，0~100%壓力變化最快可達(dá)30ms，提高生產(chǎn)效率。

(3)控制精確:由于伺服電機(jī)本身的轉(zhuǎn)速回饋和油泵出口的壓力傳感器與驅(qū)動(dòng)器形成了兩個(gè)死循環(huán)回路，因此控制的精確度大大提高。

(4)高超載能力強(qiáng):伺服的力矩超載倍數(shù)>200%。

(5)狀態(tài)轉(zhuǎn)換靈活:速度、力矩控制靈活切換，平滑。

(6)降低液壓油溫:減少冷卻水的用量30%以上，某種場合甚至完全不需水冷。

(7)延長設(shè)備使用壽命:減輕開、鎖模沖擊，延長液壓油泵，機(jī)械和模具使用壽命。

(8)改善工作環(huán)境:降低運(yùn)行噪音。

基于以上原理，對系統(tǒng)采用電液伺服系統(tǒng)來代替原有的定量泵系統(tǒng)有很好的經(jīng)濟(jì)效益。

該項(xiàng)技術(shù)主要適用于注塑機(jī)、壓鑄機(jī)等液壓設(shè)備。

2.節(jié)能改造具體內(nèi)容

該項(xiàng)目對42臺注塑機(jī)進(jìn)行改造，采用伺服驅(qū)動(dòng)器、伺服電機(jī)、齒輪泵代替其原有的三相異步電機(jī)、葉片泵和伺服閥門，減少了溢流損耗。改造包括伺服電機(jī)、油泵拆卸與安裝，油路改造和系統(tǒng)調(diào)試，經(jīng)改造后，機(jī)臺運(yùn)行良好，節(jié)能率高達(dá)40%以上。

3.項(xiàng)目實(shí)施情況

項(xiàng)目于2011年7月簽訂合同，8月開始進(jìn)場改造，2011年10月完成，改造歷時(shí)2個(gè)月，運(yùn)行已經(jīng)超過1年，目前運(yùn)行情況良好。

四、項(xiàng)目年節(jié)能量及節(jié)能效益

1.節(jié)能量

新舊系統(tǒng)改造前后用能對比見下表。

新舊系統(tǒng)改造前后用能對比

續(xù)表

節(jié)能量計(jì)算方法:

效益分享期內(nèi)注塑機(jī)伺服節(jié)能改造的結(jié)算電價(jià)以0.8元/kW·h為基準(zhǔn)。

根據(jù)雙方協(xié)商對每一種品牌、每個(gè)噸位的注塑機(jī)選擇三臺作為測試樣機(jī)，每一臺測試樣機(jī),選擇款不同生產(chǎn)產(chǎn)品作為測試樣品(如果相應(yīng)噸位注塑機(jī)不足三臺，以雙方協(xié)商為準(zhǔn))，記錄每款產(chǎn)品的生產(chǎn)周期時(shí)間、生產(chǎn)工藝參數(shù)以作改造前后的測試依據(jù)。

依據(jù)雙方共同選定的注塑機(jī)和產(chǎn)品，測定每小時(shí)平均用電量，取此數(shù)據(jù)為改造前能耗基準(zhǔn)值并以業(yè)主和節(jié)能服務(wù)公司雙方共同測定簽字為準(zhǔn)。

依據(jù)雙方共同選定的注塑機(jī)和產(chǎn)品，并以改造前相同的周期時(shí)間、相同的工藝參數(shù)設(shè)置，測定每小時(shí)平均用電量，取此數(shù)據(jù)為改造后能耗基準(zhǔn)值，并以業(yè)主和節(jié)能服務(wù)公司雙方共同測定簽字為準(zhǔn)。

根據(jù)以上選擇的測試樣機(jī)及測試樣品，分別測試改造前后能耗數(shù)據(jù)，計(jì)算出改造后的節(jié)能效果。

節(jié)能量=改造前單位時(shí)間能耗-改造后單位時(shí)間能耗;

基準(zhǔn)節(jié)能量=(節(jié)能量1+節(jié)能量2+節(jié)能量3):3:

以上為節(jié)能量測試方法。

項(xiàng)目年節(jié)能量:

項(xiàng)日每年節(jié)約電能:213x7000=1491000kWh;

折合標(biāo)煤506.9噸(電力折標(biāo)系數(shù)采用340gce/kW·h)。

2.節(jié)能效益

節(jié)能效益為:1491000kWhx0.8元/kW-h=119.2萬元。

五、商業(yè)模式

項(xiàng)目采用節(jié)能效益分享型合同能源管理模式，合同期為36個(gè)月。

節(jié)能效益分享時(shí)間為3年，分享比例為7:3;ESCO分享70%，業(yè)主分享30%，款項(xiàng)按實(shí)際發(fā)生值按月支付。合同期間項(xiàng)目所有權(quán)歸節(jié)能服務(wù)公司所有，項(xiàng)目結(jié)束后整個(gè)項(xiàng)目所有權(quán)轉(zhuǎn)歸業(yè)主所有。

六、融資渠道

項(xiàng)目投資額120萬元，采用節(jié)能服務(wù)公司自有資金。

七、優(yōu)惠政策

該項(xiàng)目已在深圳科工貿(mào)信委備案，其中深圳工廠部分已申請深圳市合同能源管理項(xiàng)目投資補(bǔ)貼并已通過公示。