四川長虹模塑科技有限公司注塑機綜合節能改造項目

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一、案例名稱

四川長虹模塑科技有限公司注塑機綜合節能改造項目

二、案例業主

四川長虹模塑科技有限公司隸屬于長虹集團，是一家集工業設計、塑料模具設計制造、注塑加工、噴涂和技術服務于一體的綜合性模塑企業，注冊資金1.2億元，廠房面積11萬余平方米，員工2000余人，屬國家高新技術企業。業務范圍涉及電視產品、視聽產品、空調產品、冰箱、電池、遙控器、小家電、玩具、汽摩配件、日用消費品等行業的成套塑料模具開發制造和塑料制品加工。

三、案例內容

1．技術原理及試用范圍
（1）注塑機成型工藝流程。
塑料原材料通過干燥機干燥后加入筒內，由電熱圈逐漸加熱到一定溫度后在適當攪拌強度下均勻塑化成溶膠；在一定速度下將溶膠推注到模具內注塑成型；保持壓力情況下冷卻（控制冷卻速度），當塑料達到合適溫度時打開模具（開模），把成品頂出模具（出模）；成品通過檢查、修除飛邊和料柄后包裝入庫。
（2）改造前注塑機油泵電機系統工作原理。
通常，在注塑機中油泵電機能耗約占整個注塑機總用電總量的50%～80%，原有的油泵電機系統采用普通異步電機+定量泵系統，能耗大。
定量泵系統的液壓部分采用異步電動機加油泵系統，電動機帶動油泵從油箱吸油并加壓輸出，經各種控制閥控制油的壓力、流量和方向，以保證工作機構以一定的力（或扭矩）和一定的速度按所要求的方向運動。從而實現注塑的各過程。傳統定量泵注塑機通常在需要改變負載流量和壓力時，油泵速度不可調，用閥門調節，多余的油經溢流閥排入油箱，大量能量以壓力差的形式損耗在閥門上。
根據注塑機的工藝過程（如圖1），畫出系統油壓P與時間t的關系圖如圖2。

圖1　注塑機工藝過程

圖2　系統油壓與時間關系

由圖2可見，合模和脫模，開模系統所需油壓較低，且時間較短；而注射，保壓，冷卻系統所需油壓較高，且時間較長，一般為一個工作周期的40%～60%，時間的長短與加工工件有關；間歇期更短，這也與加工工件的情況有關，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電機驅動，注射時的系統油壓會高一些。注塑機加工工件的重量，從數十克到數萬克不等。因此，注塑機就有中，小型和大型之分，加工數十克的小工件和加工數千克的大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，負載的變化導致系統壓力變化比較大，但油泵仍在50Hz運行，其供油量是恒定不變的，多余的液壓油經溢流閥流回油箱，做無用功，白白地浪費了電能。
（3）改造后注塑機電液伺服系統工作原理。
注塑機主要能源消耗在液壓部分。節能改造立足于這個耗能點，給出節能解決方案：使用電液伺服系統替換原來的定量泵系統。電液伺服控制系統，是用伺服電機取代原異步電機，用齒輪泵或螺桿泵取代原葉片泵，另外增加伺服驅動器，構成注塑機電液伺服控制系統，電液伺服控制系統取代了傳統的PQ閥控制，對生產所需的壓力和流量采用閉環控制，按需提供電能實現節電目的。

電液伺服控制系統的結構如圖3所示

使用電液伺服系統后，伺服驅動器與伺服電機一起，對注塑機的壓力信號形成一個閉環控制，同時由于伺服電機具有快速啟停的特點，可以在30毫秒之內啟動或停止，因此在保壓，冷卻等階段，伺服電機幾乎沒有電耗。由于伺服節能系統所輸出的壓力、流量可以閉環控制，所以它的壓力重復精度好，而且在低壓力下也可以可靠的工作。伺服節能系統所輸出的流量是靠數字信號來控制的，有很好的線性和低速可控性，其流量的重復精度也較高。

注塑機電液伺服系統的結構如圖4所示

（4）注塑機電液伺服系統優點。
①節能率高：徹底消除高壓節流，比定量泵節能30%～60%，比變量泵節能10%～30%。
②響應速度快：0～100%升、降速時間≤0.1秒，0～100%壓力變化最快可達30ms，提高生產效率。
③控制精確：PQ控制卡通過對系統流量、壓力的PID調整，加強抗擾動能力，使系統重復精度在0.3%以內，大大提高制品質量，制品精密。
④高過載能力強：伺服的力矩過載倍數≥200%。
⑤狀態轉換靈活：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改善工作環境：降低噪音，一般情況下，動作時聲音不超過68db。
2．節能改造具體內容
項目實施單位從2014年開始為長虹集團開展注塑機節能改造業務，先后為四川長虹模塑科技有限公司下屬四個注塑工廠（四川長虹模塑科技有限公司（綿陽總部）、四川長虹模塑科技有限公司合肥分公司、中山廣虹模塑科技有限公司、廣元長虹模塑科技有限公司）的注塑機設備進行節能改造，通過更換伺服電機、齒輪油泵和增加伺服驅動系統，對注塑機的動力部分進行了升級改造，相當于給機器更換上了更高效的“大心臟”，使注塑機設備更節能，改造后注塑機平均節電率達到40%以上。截至2015年7月，共為長虹集團改造了大型注塑機173臺，改造功率共計1.9111萬kW，預計每年可節約電量2215萬kW·h，折合節約標準煤7309噸。
3．項目實施情況
該項目分5個子項目，2014年4月—2015年7月依次開工，項目已全部完成施工，運行良好。

四、項目年節能量及節能效益

該項目共改造了大型注塑機173臺，改造功率共計1.9111萬kW，預計每年可節約電量2215萬kW·h，折合節約標準煤7309噸，節約電費約1550.5萬元。

五、商業模式

該項目采用合同能源管理節能效益分享型模式，通過對每臺改造設備加裝電表進行計量，按每月實際統計節約電量進行分享，項目設定了1年分享期、2年分享期、3年分享期、4年分享期的合同金額，如在設定的分享期內未收回預定的分享款，合同期順延，合同金額按新的合同年限對應金額進行支付，這樣避免了因企業生產不穩定造成分享金額不確定的風險，降低了資金回收的風險。

六、融資渠道

項目投資額為1991萬元，全部為節能服務公司自有資金。