變頻器在雙工位擠出吹塑中空成型機節能改造中的應用

1  引言
    當今社會一方面經濟快速發展，另一方面能源日趨緊缺，發展與能源之間的矛盾越來越突出，能源緊缺問題已成為社會發展中的重要問題，如何降低能耗、節約能源，各級政府也提出了更具體、更嚴格的量化指標，對于各企業來說節約能源已是責無旁貸，因而近幾年各行各業的節能技術與節能產品不斷地得到推廣與應用，其中變頻節能技術是主要節能技術之一，已被廣泛應用于塑膠、水泥、化工、中央空調等領域。
    塑膠行業是主要工業之一，其耗電在工業耗電中占有很大的比重，隨著市場競爭的日漸激烈，如何降低生產成本，提高產品市場競爭力成了各塑膠企業關心的問題，而在各企業生產成本中塑料設備用電占了很大部分，現有設備中存在很大的電能浪費，本文以深圳市國兆節能科技有限公司設計的國兆GZS系列節電器為例，講述了變頻節能技術在塑膠設備—雙工位擠出吹塑中空成型機節能改造中的應用，并闡述了推廣該項節能技術的必要性和可行性。

2  擠出吹塑中空成型機工作原理及構成
2.1 工作原理
    吹塑中空成型機是中空制品的主要成型設備之一，主要有擠出吹塑中空成型機、注射吹塑中空成型機、拉伸吹塑中空成型機和不對稱吹塑中空成型機等類型，其中擠出吹塑中空成型機是采用擠出機單元的機筒加熱和螺桿的剪切作用使塑料塑化，旋轉的螺桿將塑化、均化后的塑料經機頭擠出形成管坯，合模裝置將管坯夾緊后由切刀裝置將管坯切斷，在切斷前先進行預吹氣，主要是為了防止管坯壁粘連，合模吹氣裝置將管坯切口封死同時吹入一定壓力的空氣，使型坯緊貼模具腔內壁，經冷卻后去除廢邊，合模裝置分開，即獲得所需中空制品，流程圖如圖1所示。

 圖1  擠出吹塑中空成型機工藝流程

 2.2 主要構成    
    擠出吹塑中空成型機主要由擠出機、機頭、合模裝置、吹氣裝置、液壓傳動裝置、加熱冷卻控制系統和電氣控制系統等構成，設備外形圖如圖2所示。

圖2  擠出吹塑中空成型機設備外觀圖

    機械裝置包括主要有擠出裝置（螺桿擠出機）、機頭、移模機構、開合模機構、升降機構、吹氣裝置、坯料電熱切刀裝置和抬模頭裝置等；氣動裝置部分主要用于氣缸工作及制品的吹塑等；冷卻裝置主要采用冷卻水進行冷卻,冷卻水主要供模具、機筒、吹針等部位的冷卻用。
    電氣控制系統主要有由擠出機電氣傳動控制系統、油泵電機傳動系統控制、機頭及擠出機的加熱與溫控系統、動作程序控制系統（PLC）、人機界面等組成，其示意圖如圖3所示。

圖3  擠出吹塑中空成型機電氣控制示意圖

2.3 雙工位擠出吹塑中空成型機
    如上文所述目前吹塑中空成型機主要有擠出吹塑中空成型機、注射吹塑中空成型機、拉伸吹塑中空成型機及不對稱吹塑中空成型機主要幾種類型，其中擠出吹塑中空成型機又分為單工位擠出吹塑中空成型機、雙工位擠出吹塑中空成型機及多層擠出吹塑中空成型機，其中雙工位擠出吹塑中空成型機主要用于冷卻時較長的中空制品，其具有兩套合模和移模裝置，在制品冷卻的同時另一套模具進行合模、成型動作，與單工位機型相比，雙工位機型在生產制品時充分利用冷卻時間，一方面提高了產量，另一方面也可保證質量，本文就以雙工位擠出吹塑中空成型為例介紹變頻節能技術在此在設備中的應用。

3  雙工位擠出吹塑中空成型機的變頻節能改造
3.1 變頻節能原理
    雙工位擠出吹塑中空成型機原有系統中油泵電機始終以恒定速度運行,當工藝所需的壓力變化時通過油路系統的比例流量來調節,多余的液壓油則通過溢流閥卸回油缸,這樣并造成很大部份的能量浪費，由泵類負載工作特性可知泵的流量與轉速成比例關系，揚程與轉速成平方關系，電機軸功率與轉速成立方關系,如下公式所示：
    Q2/Q1=N2/N1
    H2/H1=(N2/N1)2 
    P2/P1=(N2/N1)3 
    其中： Q—流量；
     N—轉速；
     H—揚程。
    如圖4所示當流量由QA減少到QB時由于管阻特性，工作點由A點轉移B點，消耗的功率與0QBBHB面積成正比，若采用變頻控制其管阻特性不變，工作點由A點轉移到C點，消耗的功率與0QBCHC面積成正比，從圖4可知采用變頻調速比采用閥門控制節能，且隨著轉速的降低電機功率成立方關系減少，如果能根據注塑工藝適時地調節油泵電機轉速即可達到節能目的。

圖4  變頻控制與閥門調節比較

    目前三相異步電動機大多采用變頻調速，由電機同步轉速公式：
    n=60（1-S）f/p；
    其中: S—轉差率；
     f—供電頻率；
     p—極對數。
    由上式知道通過改變電源頻率便可改變電機轉速,根據中空吹塑成型機的工藝調節油泵電機的轉速,從而使溢流閥的回流量減到最小,液壓系統輸出功率與生產所需功率相匹配,這樣便可達到節能目的,據不完全統計改造后其電機節電率可達25%～65%。