啟豐實業(yè)(惠州)有限公司注塑機電液伺服改造項目

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一、案例名稱

啟豐實業(yè)(惠州)有限公司注塑機電液伺服改造項目

二、案例業(yè)主

啟豐實業(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、吹塑機、擠出機、絲印、噴墨、注塑機等，其中注塑機能耗最大，用能情況隨經(jīng)濟情況變化很大，一般年度用電量在1000萬千瓦時左右。

三、案例內(nèi)容

1.技術(shù)原理及適用領(lǐng)域

原有定量泵注塑機液壓系統(tǒng)采用異步電動機加定量泵系統(tǒng)，電動機帶動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，以保證工作機構(gòu)以一定的力(或扭矩)和一定的速度按所要求的方向運動。從而實現(xiàn)注塑的各過程。傳統(tǒng)定量泵注塑機通常在需要改變負載流量和壓力時，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 注塑機工藝流程

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

圖2系統(tǒng)油壓與時間關(guān)系

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

從圖2可見，一個周期工作流程中，負載的變化導(dǎo)致系統(tǒng)壓力變化比較大，但油仍在50Hz運行，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，白白地浪費了電能。

由于定量泵不能根據(jù)液壓系統(tǒng)負荷變化自動調(diào)節(jié)輸出負荷，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，電機噪音過大以及機械壽命縮短等現(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，油泵本身浪費了大量能源，同時被浪費的能源變成熱量，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。因為不斷的溢流和截流等，使得各種閥門磨損嚴重，需要定期保養(yǎng)更換。

(3)定量泵系統(tǒng)控制因為存在開環(huán)控制環(huán)節(jié)，因此精度在某些特定場合不能達到要求。

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，伺服馬達取代原異步電機，并且用齒輪泵替換原雙聯(lián)葉片泵，加上伺服驅(qū)動器控制整個液壓動力系統(tǒng)，組成新的動力源。伺服驅(qū)動器與伺服馬達一起，對注塑機的壓力信號形成一個死循環(huán)控制，同時由于伺服馬達具有快速啟停的特點，可以在15毫秒之內(nèi)啟動或停止，因此在保壓、冷卻等階段，伺服馬達幾乎沒有電耗。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、降速時間<0.1秒，0~100%壓力變化最快可達30ms，提高生產(chǎn)效率。

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

(4)高超載能力強: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，機械和模具使用壽命。

(8)改善工作環(huán)境:降低運行噪音。

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)濟效益。

該項技術(shù)主要適用于注塑機、壓鑄機等液壓設(shè)備。

2.節(jié)能改造具體內(nèi)容

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

3.項目實施情況

項目于2011年7月簽訂合同，8月開始進場改造，2011年10月完成，改造歷時2個月，運行已經(jīng)超過1年，目前運行情況良好。

四、項目年節(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)能量計算方法:

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

根據(jù)雙方協(xié)商對每一種品牌、每個噸位的注塑機選擇三臺作為測試樣機，每一臺測試樣機,選擇款不同生產(chǎn)產(chǎn)品作為測試樣品(如果相應(yīng)噸位注塑機不足三臺，以雙方協(xié)商為準)，記錄每款產(chǎn)品的生產(chǎn)周期時間、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和產(chǎn)品，測定每小時平均用電量，取此數(shù)據(jù)為改造前能耗基準值并以業(yè)主和節(jié)能服務(wù)公司雙方共同測定簽字為準。

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

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

節(jié)能量=改造前單位時間能耗-改造后單位時間能耗;

基準節(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。

項目年節(jié)能量:

項日每年節(jié)約電能:213x7000=1491000kWh;

折合標煤506.9噸(電力折標系數(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個月。

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

六、融資渠道

項目投資額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目投資補貼并已通過公示。