四川长虹模塑科技有限公司注塑机综合节能改造项目

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一、案例名称

四川长虹模塑科技有限公司注塑机综合节能改造项目

二、案例业主

四川长虹模塑科技有限公司隶属于长虹集团，是一家集工业设计、塑料模具设计制造、注塑加工、喷涂和技术服务于一体的综合性模塑企业，注册资金1.2亿元，厂房面积11万余平方米，员工2000余人，属国家高新技术企业。业务范围涉及电视产品、视听产品、空调产品、冰箱、电池、遥控器、小家电、玩具、汽摩配件、日用消费品等行业的成套塑料模具开发制造和塑料制品加工。

三、案例内容

1．技术原理及试用范围
（1）注塑机成型工艺流程。
塑料原材料通过干燥机干燥后加入筒内，由电热圈逐渐加热到一定温度后在适当搅拌强度下均匀塑化成溶胶；在一定速度下将溶胶推注到模具内注塑成型；保持压力情况下冷却（控制冷却速度），当塑料达到合适温度时打开模具（开模），把成品顶出模具（出模）；成品通过检查、修除飞边和料柄后包装入库。
（2）改造前注塑机油泵电机系统工作原理。
通常，在注塑机中油泵电机能耗约占整个注塑机总用电总量的50%～80%，原有的油泵电机系统采用普通异步电机+定量泵系统，能耗大。
定量泵系统的液压部分采用异步电动机加油泵系统，电动机带动油泵从油箱吸油并加压输出，经各种控制阀控制油的压力、流量和方向，以保证工作机构以一定的力（或扭矩）和一定的速度按所要求的方向运动。从而实现注塑的各过程。传统定量泵注塑机通常在需要改变负载流量和压力时，油泵速度不可调，用阀门调节，多余的油经溢流阀排入油箱，大量能量以压力差的形式损耗在阀门上。
根据注塑机的工艺过程（如图1），画出系统油压P与时间t的关系图如图2。

图1　注塑机工艺过程

图2　系统油压与时间关系

由图2可见，合模和脱模，开模系统所需油压较低，且时间较短；而注射，保压，冷却系统所需油压较高，且时间较长，一般为一个工作周期的40%～60%，时间的长短与加工工件有关；间歇期更短，这也与加工工件的情况有关，有时可以不要间歇期。以上图示只是一种简单的近似表示，实际上，如果注射的螺杆用油电机驱动，注射时的系统油压会高一些。注塑机加工工件的重量，从数十克到数万克不等。因此，注塑机就有中，小型和大型之分，加工数十克的小工件和加工数千克的大工件一个周期的时间也是不相同的；就是对同一台注塑机，加工工件的原料不同，各段工艺流程中所需的压力和时间也是变化的。
从图2可见，一个周期工作流程中，负载的变化导致系统压力变化比较大，但油泵仍在50Hz运行，其供油量是恒定不变的，多余的液压油经溢流阀流回油箱，做无用功，白白地浪费了电能。
（3）改造后注塑机电液伺服系统工作原理。
注塑机主要能源消耗在液压部分。节能改造立足于这个耗能点，给出节能解决方案：使用电液伺服系统替换原来的定量泵系统。电液伺服控制系统，是用伺服电机取代原异步电机，用齿轮泵或螺杆泵取代原叶片泵，另外增加伺服驱动器，构成注塑机电液伺服控制系统，电液伺服控制系统取代了传统的PQ阀控制，对生产所需的压力和流量采用闭环控制，按需提供电能实现节电目的。

电液伺服控制系统的结构如图3所示

使用电液伺服系统后，伺服驱动器与伺服电机一起，对注塑机的压力信号形成一个闭环控制，同时由于伺服电机具有快速启停的特点，可以在30毫秒之内启动或停止，因此在保压，冷却等阶段，伺服电机几乎没有电耗。由于伺服节能系统所输出的压力、流量可以闭环控制，所以它的压力重复精度好，而且在低压力下也可以可靠的工作。伺服节能系统所输出的流量是靠数字信号来控制的，有很好的线性和低速可控性，其流量的重复精度也较高。

注塑机电液伺服系统的结构如图4所示

（4）注塑机电液伺服系统优点。
①节能率高：彻底消除高压节流，比定量泵节能30%～60%，比变量泵节能10%～30%。
②响应速度快：0～100%升、降速时间≤0.1秒，0～100%压力变化最快可达30ms，提高生产效率。
③控制精确：PQ控制卡通过对系统流量、压力的PID调整，加强抗扰动能力，使系统重复精度在0.3%以内，大大提高制品质量，制品精密。
④高过载能力强：伺服的力矩过载倍数≥200%。
⑤状态转换灵活：速度、力矩控制灵活切换，平滑。
⑥降低液压油温：减少冷却水的用量30%以上，某种场合甚至完全不需水冷。
⑦延长设备使用寿命：减轻开、锁模冲击，延长液压油泵，机械和模具使用寿命。
⑧改善工作环境：降低噪音，一般情况下，动作时声音不超过68db。
2．节能改造具体内容
项目实施单位从2014年开始为长虹集团开展注塑机节能改造业务，先后为四川长虹模塑科技有限公司下属四个注塑工厂（四川长虹模塑科技有限公司（绵阳总部）、四川长虹模塑科技有限公司合肥分公司、中山广虹模塑科技有限公司、广元长虹模塑科技有限公司）的注塑机设备进行节能改造，通过更换伺服电机、齿轮油泵和增加伺服驱动系统，对注塑机的动力部分进行了升级改造，相当于给机器更换上了更高效的“大心脏”，使注塑机设备更节能，改造后注塑机平均节电率达到40%以上。截至2015年7月，共为长虹集团改造了大型注塑机173台，改造功率共计1.9111万kW，预计每年可节约电量2215万kW·h，折合节约标准煤7309吨。
3．项目实施情况
该项目分5个子项目，2014年4月—2015年7月依次开工，项目已全部完成施工，运行良好。

四、项目年节能量及节能效益

该项目共改造了大型注塑机173台，改造功率共计1.9111万kW，预计每年可节约电量2215万kW·h，折合节约标准煤7309吨，节约电费约1550.5万元。

五、商业模式

该项目采用合同能源管理节能效益分享型模式，通过对每台改造设备加装电表进行计量，按每月实际统计节约电量进行分享，项目设定了1年分享期、2年分享期、3年分享期、4年分享期的合同金额，如在设定的分享期内未收回预定的分享款，合同期顺延，合同金额按新的合同年限对应金额进行支付，这样避免了因企业生产不稳定造成分享金额不确定的风险，降低了资金回收的风险。

六、融资渠道

项目投资额为1991万元，全部为节能服务公司自有资金。