节能减排在注塑成型系统上的应用

节能减排在注塑成型系统上的应用

 

摘要:注塑成型机是一种重要的塑料加工设备,由于该类设备长期处于运转状态,能源消耗极大,降低注塑成型系统的能耗已经成为今后技术发展方向。本文通过对注塑成型机系统三个主要耗能部分进行分析,介绍了三种节能技术,以期降低注塑成型机系统工作能耗。

关键字:注塑机 伺服节能 加热节能 干燥节能

引言

注塑成型是塑料加工中重要的加工方式,使用设备是注塑成型机,中国是注塑成型机(简称注塑机)的最大生产国,产量占据全球70%以上。同时,市场保有量近年来在迅速增长,2012年中国注塑机产量已经超过十万台,市场保有量更有八十万台之多。

由于注塑成型系统经常处于连续运转状态,是电能消耗大户,俗称“电老虎”,降低注塑成型系统的电耗已经成为今后企业技术发展方向,更是国家与各级政府节能减排工作的重点。

注塑成型系统的电能消耗主要有三个部分:驱动回路、机筒加热回路和干燥加热回路。以注塑机平均吨位250吨为例:驱动额定功率为22KW,实际工作功率按50%估算;机筒加热额定功率为16KW,实际工作功率按20%估算;干燥加热额定功率为6KW,实际工作功率按41%估算;年工时按每年300天,每天运行23小时估算;驱动回路每年耗电约为:22×23×300×50%=75900KWH;机筒加热回路每年耗电约为:16×23×300×20%=22080KWH;干燥加热回路每年耗电约为:6×23×300×41%=16974KWH;一台250吨的注塑成型系统年耗电总计为114954度。以中国注塑机市场保有量80万台估算,全年总耗电919.632亿度;2012年三峡电站完成发电量782.93亿度,也即中国注塑成型系统电能消耗超过了1个三峡电站的发电总量,所以说注塑成型系统全面节能降耗意义重大和紧迫。

 

,注塑机节能技术

针对注塑机的两个主要耗能部分——驱动回路和电热回路

1,驱动回路--伺服节能系统

驱动回路最新的、成熟的节能技术是通过伺服电机驱动系统,相比市场传统的定量泵液压系统注塑机,具有以下优势:

1)节能:节能比例20~80%,因不同结构及材质的产品,注塑工艺流程的参数有所不同,平均可按40%节能比例计算。注塑工艺流程:锁模—射胶—保压—溶胶—冷却—开模等几个阶段。每个阶段需要不同的压力和流量,即负载不同,现注塑工厂使用的注塑机绝大部分都是定量泵的液压系统,油泵马达以恒定的转速提供恒定的流量,多余的油压通过溢流阀回流,这个过程称为高压节流。高压节流使油泵马达消耗更多的能量。在保压和冷却到中间取件阶段,注塑机处于静止等待状态,对流量和压力的需求几乎为零。若油量马达依然向油路中排油,由于系统底压的存在,将会无谓消耗更多的电量。而伺服电机驱动系统注塑机:如市场中第一品牌的龙8伺服节能注塑机(国家专利号:ZL02138601.3),输出功率随负载变化而变化,不存在多余能量的浪费。保压阶段伺服电机降低转速,能耗极低,冷却阶段电机不工作,耗电为0. 根据产品不同,伺服节能注塑机相比传统注塑机节电20%-80%,平均节电超过 55%

2)发热少、节约冷却水;延长液压油使用寿命。因液压油循环减少,热量产生少,不会无功升温,不需额外提供降温用冷却用水,同时,减少高温下油质变差的可能,延长了液压油的使用寿命。

3)低噪音:相比传统注塑机,噪音可低60%以上。

4)成型品质、生产效率、产品合格率提升:采用高响应的永磁同步伺服电机和内啮合齿轮泵动力系统,配合编码器和压力传感器,时刻对压力和流量进行反馈,达到了闭环控制,通过改变同步永磁伺服电机的转速和扭矩而对流量压力做出响应的调整,确保成型重复精度高,实现节能最大化,提高生产效率。

5)电网装机费用减少:因为节能,电网需求容量减少,同样数量的伺服驱动注塑机相比传统注塑机变配电站建设费用可减少30%以上。

相比市场上的变量泵型注塑机和变频式注塑机,伺服驱动回路注塑机是最新的、成熟的、节能率、产品稳定性和生产效率最好的、性价比最高的一种机型。

2,加热回路--双效节能长寿加热

加热回路目前主要的节能技术主要有:纳米节能环、电磁加热和红外加热等。而这些节能技术在可靠性或安全性或寿命等方面存在一些缺陷,致使其都尚未被大量应用。下面介绍的一种双效节能长寿加热圈(国家专利号:ZL201220183789.5),不仅可以实现30%以上的节能,而且在可靠性、安全性和寿命等方面得到了极大的提升,投资回报率高,具有广阔的实用前景,目前,已在龙8超级节能注塑机上大量应用。

1)传统的注塑机加热方式

注塑机传统上采用的加热元件是电阻式加热圈,无论是云母式还是陶瓷式,都是通过接触传导方式将热量传递到料筒上。电阻丝将电能的一部分转换为热能,并通过加热绝缘介质,然后仅用传导的方式逐一将热能传递给受热物体。由于云母或陶瓷是电绝缘体,但不是热的良导体,热能传导的环节多,热惯性大且热阻大,造成加热的相应速度慢、加热损耗大、效率低。同时,电阻丝与机筒的温度梯度大,加热圈表面温度高,容易发生烫伤事故,散热较多,能量损失较大,电阻丝始终处于高温加热状态,加速了电阻丝氧化因此寿命较短,而且导致环境温度上升。

2)现有的加热节能技术

A.纳米节能环

如果仅采用普通加热圈+纳米节能环隔热保温措施,可以实现节能效果,由于没增加热传导和辐射,电阻丝与机筒的温度梯度更大,电阻丝温度更高,更加速了电阻丝氧化,因此会缩短普通加热圈寿命。

B.电磁加热

由于电磁加热的模块自身发热,容易损坏等缺陷,电磁加热在可靠性、安全性及安装方便性方面尚存在缺陷。

C.普通红外加热圈

由于仅有红外线辐射功能,无热传导功能,电热体与机筒的温度梯度大,电热体温度高,电热体寿命短,加热圈表面温度高。同时,由于结构局限,石英管在运输和安装时容易损坏,加热圈较厚,会与模板,油缸等干涉,不便安装。

3)最新技术――双效节能长寿加热圈

远红外线是电磁波,是电场与磁场交互而产生的一种波。远红外线可以给予持有电极特性的分子运动能量,得到远红外线能量的分子会加速与其他分子冲撞,分子冲撞产生强烈的振动、旋转,而振动和旋转使物体温度升高,达到了加热的目的。

目前远红外加热技术已经在注塑机上得到一定的应用,而龙8公司应用于龙8超级节能注塑机上的龙8国际娱乐产品――双效节能长寿加热圈,并非单纯采用远红外加热技术,其结构图示如下:

 

该节能产品的外壳内有纳米隔热层,可以有效避免热量散失,达到与纳米节能环一样的效果。另外其特殊的热传导结构,不仅为热能的传递提供了传导的途径,又为远红外线辐射增加了反射装置,集远红外线辐射-热传导双效加热于一身,镜面反射加高效纳米隔热层双重隔热于一体。

双效节能长寿加热圈已经不是单纯的“远红外加热”产品,称之为“双效节能长寿”更为贴切。与传统同类型加热器相比,由于其具有远红外线辐照和热传导这二种加热方式,而且增加了镜面反射层和高效隔热层,充分利用能量转换当中的热能和远红外线辐射能,最大限度地确保热量高效迅速地传递至被加热物体,电热体与机筒的温度梯度更小,电阻体温度更低,电热体寿命更长,同时杜绝了热能的外泄。因此不仅节能效果显著,而且加热响应速度快,加热效率高,节能,产品寿命长,对环境温度影响小。

双效节能长寿加热圈在龙8MA1600上进行了全面测试,节能效果如下:

序号

测试内容

龙8加热圈

双效节能产品

对比结果

1

升温时间(S

2133

1708

提高20%

2

升温能耗(KWH

2.706

2.062

降低24%

3

连续半小时静态保温能耗(KWH

0.580

0.264

降低54%

4

整机能耗比(KWH/KG

0.370

0.350

降低5%

5

加热能耗(KWH

0.260

0.134

降低48%

6

加热圈表面温度(℃)

223

68

降低69%

7

塑化能力(G/S

19.70

21.45

提高9%

 

,干燥机节能--双效节能长寿加热

干燥加热回路最新技术:双效节能长寿加热棒(专利号:201310308369.4),本专利产品是由特殊配方的加热元件电阻发热,当加热温度达到某临界值其电阻值会迅速上升,有时会上升几个数量级,通过加热棒的电流会迅速减小,实际上即是其功率迅速减小,使其温度不再进一步上升,使其始终保持在一定的温度下。

双效节能长寿加热棒优点:

1、  节能:双效节能长寿加热棒发热效率极高,节能比率12~40%,性价比高,投资回报期短。

2、  安装简易:不改变干燥机结构,只是更换掉旧加热管即可。

3、  安全:由于加热棒具有过热保护功能,可以省去过热保护装置。

4、  可以省去风管保温布,同时,节约大量缠绕人工。

, 注塑成型系统实现节能减排的路径,有如下二条:

1,注塑机和干燥料斗进行节能改造

对注塑机和干燥料斗进行节能改造,即对其驱动回路、机筒加热回路和干燥加热回路改造,分别采用伺服驱动液压回路和双效节能加热回路之后的改善效果如下:

1)节省电能

注塑机加工过程,依据成型工艺条件的不同,平均节能40%以上。对于双效节能加热圈来讲,因表面温度相对低,对加工环境温湿度要求高的塑料加工企业,减少了夏季高温时,开启空调降低加工车间温度的能耗。

(2)节水、节油

伺服驱动液压回路,因发热少,减少了降温用冷却水消耗;液压油温低,延长了氧化变质时间,增加了液压油使用寿命。加热回路的双效节能加热圈因热效率高,无功发热少,也减少了冷却水用量。

3)噪音低、改善制造环境。

4)成型品质、生产效率、产品合格率提升;对于注塑加工企业提升效率、降低加工成本、提升产品精度和合格率,提升企业的市场竞争力,更新换代意义更明显。

5)电网负荷需求减少,降低工厂电网装机费用。

6)高度符合国家与政府倡导节能减排、低碳生产政策,利于环境,可获得政府节能鼓励及补贴。

2,推出节能型注塑系统:

龙8塑机集团分别将伺服节能系统、双效节能长寿加热系统应用于注塑机。目前,龙8集团分别推出伺服节能型、加热节能型、超级节能型(伺服节能+加热节能)、三位一体(伺服节能+加热节能+干燥加热节能)全面节能型产品。以天隆MAII系列为例:

(1)伺服节能型

驱动回路使用龙8伺服节能系统,驱动回路节能率为20-80%;主要优势是驱动回路能耗占注塑机整机能耗的70-80%,伺服节能机型节能量大。

     

(3)加热节能型注塑机或干燥机

加热回路使用双效节能长寿加热系统,加热回路节能率为20-80%;主要优势是节能性价比高,投资回报率高。(平均投资回收期不超过1年,也即1年内节省电费超过节能系统额外投资费用)

 

4)超级节能型(伺服节能+加热节能)

驱动回路使用龙8伺服节能系统,加热回路使用龙8双效节能长寿加热系统;主要优势是整机能耗比伺服节能注塑机再下降5-10%,节能效果更理想,投资回报率高。

         

5)三位一体全面综合节能型

驱动回路使用伺服节能系统,加热回路使用双效节能长寿加热系统;干燥加热采用双效节能长寿加热棒,即:伺服节能+加热节能+干燥加热节能,注塑成型系统的电能消耗达到最理想,全面、综合减低电能消耗,节能量最大,注塑企业的成本及品质最佳化。

 

 

 

3结论

针对注塑加工行业来讲,在国民经济中是重要的加工产业,而本身的高能耗特性,如能通过采用伺服节能,双效节能长寿加热成熟的节能技术,相比传统注塑系统平均约节能40%,此势必为社会节省大量能源,为企业降低能耗成本,不失为一条造福于社会、利于国家、还利于企业的多赢通道。

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