節能減排在注塑成型系統上的應用

節能減排在注塑成型系統上的應用

 

摘要:注塑成型機是一種重要的塑料加工設備,由于該類設備長期處于運轉狀態,能源消耗極大,降低注塑成型系統的能耗已經成為今后技術發展方向。本文通過對注塑成型機系統三個主要耗能部分進行分析,介紹了三種節能技術,以期降低注塑成型機系統工作能耗。

關鍵字:注塑機 伺服節能 加熱節能 干燥節能

引言

注塑成型是塑料加工中重要的加工方式,使用設備是注塑成型機,中國是注塑成型機(簡稱注塑機)的最大生產國,產量占據全球70%以上。同時,市場保有量近年來在迅速增長,2012年中國注塑機產量已經超過十萬臺,市場保有量更有八十萬臺之多。

由于注塑成型系統經常處于連續運轉狀態,是電能消耗大戶,俗稱“電老虎”,降低注塑成型系統的電耗已經成為今后企業技術發展方向,更是國家與各級政府節能減排工作的重點。

注塑成型系統的電能消耗主要有三個部分:驅動回路、機筒加熱回路和干燥加熱回路。以注塑機平均噸位250噸為例:驅動額定功率為22KW,實際工作功率按50%估算;機筒加熱額定功率為16KW,實際工作功率按20%估算;干燥加熱額定功率為6KW,實際工作功率按41%估算;年工時按每年300天,每天運行23小時估算;驅動回路每年耗電約為:22×23×300×50%=75900KWH;機筒加熱回路每年耗電約為:16×23×300×20%=22080KWH;干燥加熱回路每年耗電約為:6×23×300×41%=16974KWH;一臺250噸的注塑成型系統年耗電總計為114954度。以中國注塑機市場保有量80萬臺估算,全年總耗電919.632億度;2012年三峽電站完成發電量782.93億度,也即中國注塑成型系統電能消耗超過了1個三峽電站的發電總量,所以說注塑成型系統全面節能降耗意義重大和緊迫。

 

,注塑機節能技術

針對注塑機的兩個主要耗能部分——驅動回路和電熱回路

1,驅動回路--伺服節能系統

驅動回路最新的、成熟的節能技術是通過伺服電機驅動系統,相比市場傳統的定量泵液壓系統注塑機,具有以下優勢:

1)節能:節能比例20~80%,因不同結構及材質的產品,注塑工藝流程的參數有所不同,平均可按40%節能比例計算。注塑工藝流程:鎖模—射膠—保壓—溶膠—冷卻—開模等幾個階段。每個階段需要不同的壓力和流量,即負載不同,現注塑工廠使用的注塑機絕大部分都是定量泵的液壓系統,油泵馬達以恒定的轉速提供恒定的流量,多余的油壓通過溢流閥回流,這個過程稱為高壓節流。高壓節流使油泵馬達消耗更多的能量。在保壓和冷卻到中間取件階段,注塑機處于靜止等待狀態,對流量和壓力的需求幾乎為零。若油量馬達依然向油路中排油,由于系統底壓的存在,將會無謂消耗更多的電量。而伺服電機驅動系統注塑機:如市場中第一品牌的海天伺服節能注塑機(國家專利號:ZL02138601.3),輸出功率隨負載變化而變化,不存在多余能量的浪費。保壓階段伺服電機降低轉速,能耗極低,冷卻階段電機不工作,耗電為0. 根據產品不同,伺服節能注塑機相比傳統注塑機節電20%-80%,平均節電超過 55%

2)發熱少、節約冷卻水;延長液壓油使用壽命。因液壓油循環減少,熱量產生少,不會無功升溫,不需額外提供降溫用冷卻用水,同時,減少高溫下油質變差的可能,延長了液壓油的使用壽命。

3)低噪音:相比傳統注塑機,噪音可低60%以上。

4)成型品質、生產效率、產品合格率提升:采用高響應的永磁同步伺服電機和內嚙合齒輪泵動力系統,配合編碼器和壓力傳感器,時刻對壓力和流量進行反饋,達到了閉環控制,通過改變同步永磁伺服電機的轉速和扭矩而對流量壓力做出響應的調整,確保成型重復精度高,實現節能最大化,提高生產效率。

5)電網裝機費用減少:因為節能,電網需求容量減少,同樣數量的伺服驅動注塑機相比傳統注塑機變配電站建設費用可減少30%以上。

相比市場上的變量泵型注塑機和變頻式注塑機,伺服驅動回路注塑機是最新的、成熟的、節能率、產品穩定性和生產效率最好的、性價比最高的一種機型。

2,加熱回路--雙效節能長壽加熱

加熱回路目前主要的節能技術主要有:納米節能環、電磁加熱和紅外加熱等。而這些節能技術在可靠性或安全性或壽命等方面存在一些缺陷,致使其都尚未被大量應用。下面介紹的一種雙效節能長壽加熱圈(國家專利號:ZL201220183789.5),不僅可以實現30%以上的節能,而且在可靠性、安全性和壽命等方面得到了極大的提升,投資回報率高,具有廣闊的實用前景,目前,已在海天超級節能注塑機上大量應用。

1)傳統的注塑機加熱方式

注塑機傳統上采用的加熱元件是電阻式加熱圈,無論是云母式還是陶瓷式,都是通過接觸傳導方式將熱量傳遞到料筒上。電阻絲將電能的一部分轉換為熱能,并通過加熱絕緣介質,然后僅用傳導的方式逐一將熱能傳遞給受熱物體。由于云母或陶瓷是電絕緣體,但不是熱的良導體,熱能傳導的環節多,熱慣性大且熱阻大,造成加熱的相應速度慢、加熱損耗大、效率低。同時,電阻絲與機筒的溫度梯度大,加熱圈表面溫度高,容易發生燙傷事故,散熱較多,能量損失較大,電阻絲始終處于高溫加熱狀態,加速了電阻絲氧化因此壽命較短,而且導致環境溫度上升。

2)現有的加熱節能技術

A.納米節能環

如果僅采用普通加熱圈+納米節能環隔熱保溫措施,可以實現節能效果,由于沒增加熱傳導和輻射,電阻絲與機筒的溫度梯度更大,電阻絲溫度更高,更加速了電阻絲氧化,因此會縮短普通加熱圈壽命。

B.電磁加熱

由于電磁加熱的模塊自身發熱,容易損壞等缺陷,電磁加熱在可靠性、安全性及安裝方便性方面尚存在缺陷。

C.普通紅外加熱圈

由于僅有紅外線輻射功能,無熱傳導功能,電熱體與機筒的溫度梯度大,電熱體溫度高,電熱體壽命短,加熱圈表面溫度高。同時,由于結構局限,石英管在運輸和安裝時容易損壞,加熱圈較厚,會與模板,油缸等干涉,不便安裝。

3)最新技術――雙效節能長壽加熱圈

遠紅外線是電磁波,是電場與磁場交互而產生的一種波。遠紅外線可以給予持有電極特性的分子運動能量,得到遠紅外線能量的分子會加速與其他分子沖撞,分子沖撞產生強烈的振動、旋轉,而振動和旋轉使物體溫度升高,達到了加熱的目的。

目前遠紅外加熱技術已經在注塑機上得到一定的應用,而海天公司應用于海天超級節能注塑機上的錦珂集團產品――雙效節能長壽加熱圈,并非單純采用遠紅外加熱技術,其結構圖示如下:

 

該節能產品的外殼內有納米隔熱層,可以有效避免熱量散失,達到與納米節能環一樣的效果。另外其特殊的熱傳導結構,不僅為熱能的傳遞提供了傳導的途徑,又為遠紅外線輻射增加了反射裝置,集遠紅外線輻射-熱傳導雙效加熱于一身,鏡面反射加高效納米隔熱層雙重隔熱于一體。

雙效節能長壽加熱圈已經不是單純的“遠紅外加熱”產品,稱之為“雙效節能長壽”更為貼切。與傳統同類型加熱器相比,由于其具有遠紅外線輻照和熱傳導這二種加熱方式,而且增加了鏡面反射層和高效隔熱層,充分利用能量轉換當中的熱能和遠紅外線輻射能,最大限度地確保熱量高效迅速地傳遞至被加熱物體,電熱體與機筒的溫度梯度更小,電阻體溫度更低,電熱體壽命更長,同時杜絕了熱能的外泄。因此不僅節能效果顯著,而且加熱響應速度快,加熱效率高,節能,產品壽命長,對環境溫度影響小。

雙效節能長壽加熱圈在海天MA1600上進行了全面測試,節能效果如下:

序號

測試內容

海天加熱圈

雙效節能產品

對比結果

1

升溫時間(S

2133

1708

提高20%

2

升溫能耗(KWH

2.706

2.062

降低24%

3

連續半小時靜態保溫能耗(KWH

0.580

0.264

降低54%

4

整機能耗比(KWH/KG

0.370

0.350

降低5%

5

加熱能耗(KWH

0.260

0.134

降低48%

6

加熱圈表面溫度(℃)

223

68

降低69%

7

塑化能力(G/S

19.70

21.45

提高9%

 

,干燥機節能--雙效節能長壽加熱

干燥加熱回路最新技術:雙效節能長壽加熱棒(專利號:201310308369.4),本專利產品是由特殊配方的加熱元件電阻發熱,當加熱溫度達到某臨界值其電阻值會迅速上升,有時會上升幾個數量級,通過加熱棒的電流會迅速減小,實際上即是其功率迅速減小,使其溫度不再進一步上升,使其始終保持在一定的溫度下。

雙效節能長壽加熱棒優點:

1、  節能:雙效節能長壽加熱棒發熱效率極高,節能比率12~40%,性價比高,投資回報期短。

2、  安裝簡易:不改變干燥機結構,只是更換掉舊加熱管即可。

3、  安全:由于加熱棒具有過熱保護功能,可以省去過熱保護裝置。

4、  可以省去風管保溫布,同時,節約大量纏繞人工。

, 注塑成型系統實現節能減排的路徑,有如下二條:

1,注塑機和干燥料斗進行節能改造

對注塑機和干燥料斗進行節能改造,即對其驅動回路、機筒加熱回路和干燥加熱回路改造,分別采用伺服驅動液壓回路和雙效節能加熱回路之后的改善效果如下:

1)節省電能

注塑機加工過程,依據成型工藝條件的不同,平均節能40%以上。對于雙效節能加熱圈來講,因表面溫度相對低,對加工環境溫濕度要求高的塑料加工企業,減少了夏季高溫時,開啟空調降低加工車間溫度的能耗。

(2)節水、節油

伺服驅動液壓回路,因發熱少,減少了降溫用冷卻水消耗;液壓油溫低,延長了氧化變質時間,增加了液壓油使用壽命。加熱回路的雙效節能加熱圈因熱效率高,無功發熱少,也減少了冷卻水用量。

3)噪音低、改善制造環境。

4)成型品質、生產效率、產品合格率提升;對于注塑加工企業提升效率、降低加工成本、提升產品精度和合格率,提升企業的市場競爭力,更新換代意義更明顯。

5)電網負荷需求減少,降低工廠電網裝機費用。

6)高度符合國家與政府倡導節能減排、低碳生產政策,利于環境,可獲得政府節能鼓勵及補貼。

2,推出節能型注塑系統:

海天塑機集團分別將伺服節能系統、雙效節能長壽加熱系統應用于注塑機。目前,海天集團分別推出伺服節能型、加熱節能型、超級節能型(伺服節能+加熱節能)、三位一體(伺服節能+加熱節能+干燥加熱節能)全面節能型產品。以天隆MAII系列為例:

(1)伺服節能型

驅動回路使用海天伺服節能系統,驅動回路節能率為20-80%;主要優勢是驅動回路能耗占注塑機整機能耗的70-80%,伺服節能機型節能量大。

     

(3)加熱節能型注塑機或干燥機

加熱回路使用雙效節能長壽加熱系統,加熱回路節能率為20-80%;主要優勢是節能性價比高,投資回報率高。(平均投資回收期不超過1年,也即1年內節省電費超過節能系統額外投資費用)

 

4)超級節能型(伺服節能+加熱節能)

驅動回路使用海天伺服節能系統,加熱回路使用海天雙效節能長壽加熱系統;主要優勢是整機能耗比伺服節能注塑機再下降5-10%,節能效果更理想,投資回報率高。

         

5)三位一體全面綜合節能型

驅動回路使用伺服節能系統,加熱回路使用雙效節能長壽加熱系統;干燥加熱采用雙效節能長壽加熱棒,即:伺服節能+加熱節能+干燥加熱節能,注塑成型系統的電能消耗達到最理想,全面、綜合減低電能消耗,節能量最大,注塑企業的成本及品質最佳化。

 

 

 

3結論

針對注塑加工行業來講,在國民經濟中是重要的加工產業,而本身的高能耗特性,如能通過采用伺服節能,雙效節能長壽加熱成熟的節能技術,相比傳統注塑系統平均約節能40%,此勢必為社會節省大量能源,為企業降低能耗成本,不失為一條造福于社會、利于國家、還利于企業的多贏通道。

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