Электричество — это самый крупный опережающий ресурс в заводе экструзионного формования под давлением, которое уже оптимизировало свои закупки смол, и в отличие от смол оно почти полностью находится под контролем инженера. Линия экструзионного формования под давлением, которая преобразует один килограмм HDPE в бутылки с помощью 0,85 кВт·ч, и линия, которая выполняет то же задание, используя 0,42 кВт·ч, производят идентичный продукт из идентичного исходного сырья — разница заключается исключительно в конструкции привода, температурной оболочке, циркуляции сжатого воздуха и в том, как машина себя ведет в течение секунд, когда она ничего не перемещает. В этой статье изложены физические аспекты этих различий, затем описано метод повторяемого расчёта, позволяющий инженеру завода вычислить годовой объем потребления кВт·ч, который можно сократить путем перехода от гидравлического к полностью электрическому способу экструзионного формования под давлением, используя только годовой показатель производительности в килограммах и данные измеренного значения удельного энергопотребления.
Во всей этой статье все сведения о сбережениях выражаются в киловатт-часах, процентах, индексных пунктах или относительных диапазонах. Тарифные структуры отличаются друг от друга в огромных пределах в зависимости от региона, типа контракта, окон использования ресурса и режимов ценообразования в зависимости от спроса, поэтому любые попытки обозначить всеобщее финансовое сбережения были бы обманчивыми. Переведите цифры в киловатт-часах в деньги самостоятельно, используя тарифную структуру, указанную в вашем контракте на поставку — инженерный труд заключается в том, чтобы правильно определить киловатт-часы, и именно на этом последует. Компания «Аполло», завод Wanplas в Чжанджаягане, имеющий за своими плечами более двадцати лет производства станков для экструдированного литья под давлением и 4 000 работающих станков в более чем 90 странах, разработала свою полностью электрическую серию, специально учитывая описанные ниже механизмы потерь, а цифры, использованные здесь, отражают то, что серво-электрическая архитектура может реально обеспечить в 2026 году, а не статус «безоговорочный маркетинговый прорыв».
Почему архитектура привода является наиболее контролируемой переменной энергии в процессе многократной переработки
В экструзионном выдувном литье машина большую часть каждого цикла делает ничего не механически сложного. Экструдер вращается непрерывно и производит предшественник, но действия фиксации, устройства управления, которое перемещает форму, вжимающего пина и движения дефлейсинга — все это короткие действия с высокой силой, разделённые сравнительно длительными паузами. Типичный цикл выдувного литья двухстанционной машины 2-лпл нефтепродуктов может длиться от 14 до 22 секунд, из которых действия фиксации и перемещения формы могут составлять примерно от 2 до 4 секунд в целом. Все остальное — экструзия, охлаждение и удаление детали.
Этот режим эксплуатации является причиной, по которой архитектура приводов преобладает в вопросах энергетики. Гидронасос с фиксированным рабочим объемом должен непрерывно работать на полной скорости в течение всего цикла, независимо от того, требует ли какой-либо исполнительный механизм подачи. Когда не требуется никакой подачи, масло просто выплескивается через сбросной клапан, а энергия преобразувается в тепло, которое затем необходимо отводить с помощью масляного охладителя — вторая потеря энергии, наложенная сверху на первую. Сервогидравлическая система сокращает этот процесс, изменяя скорость насоса в зависимости от спроса, но все равно поддерживает минимальный фоновый расход и все равно поражается засорением и утечками через клапаны и уплотнения. Полностью электрическая машина практически не потребляет энергию от пресса и вагонов, когда они находятся в состоянии покоя, поскольку серводвигатель при нулевом заданном крутящем моменте и нулевой скорости потребляет только свою собственную аварийно-защитную электроника и холостой ток.
Второй причиной, по которой архитектура двигателя имеет значение, является тепловая характеристика. Гидравлическое масло, которое было откачанно через выпускной клапан, превращается в тепло, и это тепло выводится в циркуляционную систему охлаждающей воды. Чиллер или холодильная башня, которая удаляет его, потребляет электроэнергию самостоятельно. Мотор насоса мощностью 30 кВт, проводящий 60% каждого цикла в режиме переключения, вносит примерно 18 кВт теплового нагрузки в масло, что при типичном коэффициенте полезного действия чиллера от 2,8 до 3,5 требует дополнительной мощности компрессора в размере от 5 до 6,5 кВт для удаления. Данное каскадирование опять же обычно не учитывается при измерении единичных параметров оборудования и является одной из основных причин, по которой реальное снижение уровня энергопотребления при электрификации превышает экономию, прогнозируемую только на основе сравнения характеристик оборудования.
Третий фактор — качество управления, что косвенно, но материально влияет на энергопотребление. Сервоприводные оси намного более точно поддерживают позиции и скоростные профили, чем пропорциональные гидравлические клапаны, особенно во время колебаний температуры, характерных для длительных производственных циклов. Лучшая воспроизводимость означает более строгий контроль толщины стенок формованного изделия, что приводит к сокращению количества материала на изделие, а следовательно, и к уменьшению количества экструдируемого и нагреваемого материала в тысяче контейнеров. Ежекграммовые энергозатраты и количество материала на единицу изделия — это два разных рычага, и полностью электрическая архитектура способствует повышению эффективности одновременно по обоим показателям.
Как три архитектуры EBM на самом деле потребляют энергию
В 2026 году три архитектуры приводов доминируют в области установленной базы для экструзионного литья под давлением: гидравлические с фиксированным рабочим объемом, гидравлические с переменным рабочим объемом или с сервоприводом и полностью электрические. Понимание механизмов потери для каждой из этих архитектур является предварительным условием для любых достоверных расчетов энергопотребления, потому что каждый тип архитектуры выходит из строя в разных местах.
Технические системы сгенерированной энергии: постоянный расход, постоянные потери
В классической гидравлической системе для литья под давлением используется одна или несколько насосов с фиксированным рабочим объемом, с приводом от постоянной скорости индукционного двигателя, обычно четырехполюсного двигателя, работающего в диапазоне около 1450 об/мин. Насос выдает фиксированное количество масла на оборот независимо от спроса на поток. Системное давление задается реле давления, а избыточное течение возвращается в резервуар через это реле.
Поведение по отношению к энергии напрямую следует из этого описания. Во время сжимающего усилия – нескольких секунд, когда форма закрывается и развивается давление сжатия, насос выполняет реальную полезную работу, а двигатель приближается к своему номинальному мощности. Во время оставшихся 70–85% цикла насос продолжает вращаться, продолжает расходовать вращающуюся мощность для подачи масла через сбросный клапан и продолжает преобразовывать эту вращающуюся мощность в повышение температуры масла. Измеренная рабочая мощность на такой схеме обычно составляет 25–40% от номинальной мощности двигателя насоса, а у старых машин с изношенными насосами, ухудшенными уплотнениями и дрейфующими настройками сбросного клапана она может превышать 45%.
Стоимость резервного режима эксплуатации выше, чем в состоянии покоя. Во многих предприятиях гидравлические системы остаются включенными на время смены формы, цвета, плановых остановок и смены рабочего персонала, так как перезапуск и повторное нагревание масла занимают время. Машина, которая действительно работает 6200 часов в год, может получать питание от гидравлической системы в течение 7000 часов. 800 непродуктивных часов тратят реальные киловатт-часы и производят нулевое количество килограммов, что увеличивает показатель потребления энергии без отражения в журнале процесса.
Гидропривод с переменным расходом и сервопривод: лучше, но все еще жидкость.
Сервогидравлическая система сочетает сервопривод с постоянным магнитом с насосом с фиксированным или переменным ходом и контролирует поток путем изменения скорости двигателя, а не с помощью дроссельной заслонки. Когда никакой привод не нуждается в потоке, двигатель замедляется до низкой рабочей скорости или полностью останавливается. Расход энергии в режиме ожидания обычно снижается до 5–12 % от номинальной мощности двигателя насоса, что существенно превосходит показатели с фиксированным ходом.
Остаточные потери проявляются в четырех местах. Объемные утечки через внутренности насоса и поршни клапанов продолжаются всегда, когда циркуляционная система работает под давлением. Напор по направляющим и пропорциональным клапанам приводит к преобразованию части каждой операции в тепло, даже когда движение необходимо. Вязкость масла меняется с температурой, поэтому эффективность циркуляционной системы оптимальна лишь в довольно узком диапазоне, обычно 40-55 °C для минерального гидравлического масла ISO VG 46. А аккумуляторы, где их устанавливают, также способствуют неэффективности зарядки-разрядки.
Потери в аккумуляторах заслуживают особого внимания, поскольку их часто игнорируют. Приборы с помощью аккумуляторов – распространённые на крупном оборудовании класса АБЛД, предназначенном для обработки контейнеров от 20 л до 1500 л, где необходимо быстро подавать большой обхват, – хранят гидравлическую энергию в резервуаре с газонаполненной палаткой или в поршневом сосуде и выпускают её в течение периода повышенного энергопотребления. Еффективность такого хранилища при благоприятных условиях обычно составляет от 85 до 92 процентов, но снижается, когда давление предварительной подачи теряет стабильность, когда газ проникает через палатку в течение нескольких месяцев эксплуатации или когда выпуск ограничивается для регулирования скорости. 10-процентные потери в аккумуляторе, который заполняет значительную часть пикового энергопотребления прибора, не являются незначительными, и эти потери не видны без специального оборудования.
Полностью электрический: крутящий момент лишь тогда, когда это необходимо
Полностью электрическая машина непрерывного литания под давлением полностью заменяет гидравлический цикл. Блочный узел привода приводится в движение сервоприводом, который работает посредством тягой или резьбовой парой с подвижной головкой. Вращающий экструдер приводится в движение сервоприводным или высокоэффективным асинхронным двигателем через или обгонную коробку, а не растворенным в масле двигателем. Перемещение каретки, вставление обдувочного штока, выравнивание резца и переключение детали выполняются с помощью дополнительных сервоприводов или компактными электродвигателями.
Определяющим энергетическим параметром является то, что неподвижная сервомасляная линия потребляет только только ток удержания плюс потери в электронике привода. На машинах, где механически подвижной блок фиксации заблокирован в замкнутом положении благодаря защелке, даже ток удержания приближается к нулю, так как защелка механически воздействует на силу просачивания, а не двигатель. Измеренный ток ожидания на стороне перемещения на полностью электрической машине EBM обычно составляет менее 2% от мощности, необходимой для перемещения, против 25–40% для аппаратов с фиксированным рабочим объемом.
Второй, менее обсуждаемый плюс — рекуперативная работа тормозов. Когда сервоприводной зажимной прижим тормозит движущуюся массу в конце хода, двигатель действует как генератор. На системах привода с общим блоком постоянного тока, эта переданная энергия доступна другим осям, если эти оси находятся в этом же блоку, вместо того, чтобы рассеиваться в тормозном резисторе. На машине с несколькими синхронизированными осями и добротно спроектированным блоком постоянного тока, от 3 до 8% кинетической энергии может циркулировать внутренне. Такое значение в отдельности невелико, но оно складывается при миллионах циклов в год.
Главный аспект системы полностью электрической архитектуры остается неизменным: нагревная нагрузка. Нагреватели цилиндра, катки и заголовка, а также нагреватели воротника или кольца или рычага подачи топлива потребляют реактивную мощность независимо от типа привода. Аналогичным образом не изменяются и потребности в сжатом воздухе, потребность в охлаждающей воде и потребности в вспомогательном оборудовании. Разбираясь в этих границах, необходимо определить реалистичные ожидания, и именно поэтому разбивка на проценты, представленная в следующем разделе, имеет большее значение, чем любая заявленная цифра.
Table 1: Drive Architecture Energy Характеристикаs Compared
| Характеристика | Гидропривод с фиксированным расходом | Переменная/сервоприводная гидравлика | Полностью электрическая |
|---|---|---|---|
| Мощность в режиме ожидания, как доля номинальной двигательной мощности. | 25–40 % (изношенные элементы достигают 45 %) | 5–12% | Меньше 2% |
| Порядок операции в режиме ожидания во время остановок и замены форм | Тип «высокий» – обычно блок питания оставлен включённым | Средний уровень – мотор работает на холостом ходу или в режиме ожидания. | Очень низкий — приводы работают в нуле и включают только нагреватели |
| потери аккумулятора при круговом обходе (если это установлено) | 8–15% хранящейся энергии | 8–15%, с ухудшением при дрейфе заряда | Невозможно определить — гидравлического запасного топлива нет |
| Регулирование клапанов и потери через утечку. | Высокая степень очистки | Средний уровень | Никто |
| Отдача тепловой энергии в контур охлаждения | Высокий — требуется специальный масляный охладитель | Средний — меньший охладитель масла | Тип «низкий» – вентиляция шкафа привода |
| Возвращение энергии при замедлении движения. | Никто | Limited | 3–8% энергии движения через совместное использование DC-блока (там, где это предусмотрено) |
| Typical SEC band, PE containers (kWh/kg) | 0,65–0,90 | 0,50–0,70 | 0,35–0,55. |
| Повторяемость движения зажима и каретки | Среднее амплитудное значение, колебания при температуре масла | хорошее качество | Отлично, независимый от температуры |
| Уровень шума в помещении машины | Высокая степень очистки | Средний уровень | Низкий |
| Пригодность для чистых помещений и фармацевтики | Низкий уровень – риск образования масляных облаков и течей масла. | Средний уровень | Высокий — нет масла в системе |
| нагрузка по техническому обслуживанию (текучка жидкостей, фильтры, уплотнения) | Высокая степень очистки | Средний уровень | Низкий |
| Относительная стоимость капитального вложения | Низкий | Средний уровень | Средняя до премиальная. |
Куда идут киловатты-часы: распределение объема в процентах
Перед каким-либо расчётом экономии необходимо разложить исходную величину. Ячейка экструзионного литья под давлением не является одной нагрузкой; это кластер нагрузок с очень различным поведением, и электрификация атакует только одну из них напрямую. Проценты ниже представляют собой типичное распределение, измеренное в ячейках среднего размера, производящих контейнеры из ПЭ, и их следует рассматривать как шаблон, который следует заменить собственными подсчитываемыми данными, как только эти данные будут получены.
Нагрев прессования и пластификация: от 35 до 45 процентов.
Это наибольший одиночный блок, и он в значительной степени не зависит от архитектуры. Он включает в себя поводки нагревателя в бочке, нагреватели головки колбы, нагреватели адаптера и экрана, а также механическую работу, выполняемую шнеком экструдера в процессе резки и транспортировки расплава. На хорошо эксплуатируемом экструдере с коэффициентом L/D от 25 до 30:1 обработки HDPE значительная часть энтальпии, необходимая для доведения смолы от окружающей среды до температуры расплава от 175 до 210 °С, поступает из вязкой резки, а не от поводков нагревателя. Как только бочка достигает постоянного состояния, циклы работы нагревателей на средних и передних участках часто снижаются ниже 20 процентов, а на шнеках с повышенной интенсивностью резки передние участки могут потребовать охлаждения, а не нагрева.
Теоретическая энтальпия, необходимая для нагрева и плавления ПЭВД нагрето до 25 °C до 200 °К, составляет примерно 0,19-0,22 кВт-ч на килограмм, что учитывает теплоемкость вещества в твердом состоянии, равную приблизительно 2,3 кДж/кг·К; теплоту плавления приблизительно 200-230 кДж/кг; и теплоемкость в виде расплава. Любая измеренная энергия экструзии, превышающая примерно 0,25 кВт-ч на килограмм, свидетельствует о неэффективности процесса: тепловое излучение с открытых поверхностей барабана ведет к теплопереносу в раму, а перегретые участки подогрева с циклами активного охлаждения или геометрия шнеков, в которых создается значительно больше тренийного тепла, чем необходимо для процесса, и, как следствие, необходимо охлаждение барабана.
Фиксация и перемещение формы: от 15 до 25%
Эта часть, которая подвергается влиянию электрификации, содержит следующие параметры: открывание и закрывание пресс-форм, поддержание удерживающей силы во время растяжки и охлаждения, перемещение вала на машинах-совера и включение головок растяжки или сверхкалибровки. На гидравлических машинах с фиксированным рабочим ходом эту часть увеличивают расходы на разные пути, описанные ранее; на полностью электрических машинах она значительно уменьшается, поскольку энергия накапливается только в процессе реального движения. На практике переход от гидравлической машины с фиксированным ходом к полностью электрической обычно сокращает этот блок на 55–75%.
Время готовности гидравлического блока питания: от 10 до 20%
На полностью электрических машинах этот блок по существу нужен. На гидравлических машинах с фиксированным рабочим объемом он является одним из крупнейших избегаемых потерь в всей установке и для операторов остаётся невидимным, поскольку насос издаёт такой же шум, независимо от того, выполняет ли он работу или нет. На сервогидравлических машинах этот блок обычно составляет от 3 до 7 процентов. Поскольку он исчезает полностью после электрификации, а не просто сокращается, это является основным фактором сокращения отображаемого на титульной странице процента.
Воздух для распыления: от 10 до 20 процентов.
Дренажный воздух, преддренажный воздух, вытяжной и пневматический привод вместе образуют блок, к которому не имеет никакого отношения полностью электрическое привод. Энергия расходуется в корпусе компрессора, а не на самой машине, поэтому измерения, проводимые на краю рабочего участка, недооценивают действительную величину рабочего места. Восьмой раздел детально рассматривает этот блок.
Охлаждающая вода System: 8 to 15 Percent
Охлаждение форм, охлаждение масла на гидравлических машинах, охлаждение полости подачи экструдера и охлаждение зоны цилиндра — все это происходит за счет использования циркуляционных систем обработанной воды и водопровода. Мощность компрессора холодильника, мощность насоса и мощность вентилятора охладительной башни относятся уже к этому блоку. Электрификация косвенно уменьшает этот блок, снимая нагрузку на охлаждение масла, обычно на 15-30%.
Вспомогательное оборудование: от 5 до 10%.
Транспортеры материала и вакуумные погрузчики, осушители-дехидратора при обработке гигроскопических материалов, таких как ПБ, ПВХ или ПЕТГ, централизованное питание, грануляторы для переработки пластикового обрезка, выкаточные транспортеры, детекторы течей и станции для обрезки по ходу цепочки. Этот блок является независимый от архитектуры, но часто перегруженный. В частности, грануляторы обрезка часто работают безостановочно, хотя им необходимо работать только периодически.
Таблица 2: распределение энергии в клетке ЕБМ в зависимости от архитектуры станка
| «Энергетический блок» | Типовая диапазон доли | Фиксированная гидравлическая характеристика (индекс, базовая точка 100) | Сервоприводный гидравлический механизм (индекс) | Полностью электрический (индекс). |
|---|---|---|---|---|
| Подогрев экструзии and plasticising | 35–45% | 40 | 40 | 38 |
| Болтовое крепление и движение формы. | 15–25% | 20 | 13 | 7 |
| Стойка и обход гидравлического агрегата | 10–20% | 15 | 15 | 38 |
| Сжатый воздух для раздувания и запуска. | 10–20% | 14 | 14 | 14 |
| Система охлаждающей воды (формы, масло, барабан) | 8–15% | 11 | 9 | 8 |
| Вспомогательное оборудование (сушки, переработка, гранулирование). | 5–10% | 7 | 7 | 7 |
| Общий показатель эффективности клетки | 100% | 107 (базовая величина установлена на 100 после нормализации) | 88 | 74 |
Нормирование столбца с фиксированным расходом до уровня 100 дает сервогидравлический индекс, равный приблизительно 82, и полностью электрический индекс, равный приблизительно 69, что соответствует сокращению на 18% и 31% соответственно при границах целых ячеек. Отметим, что эти показатели по границам целых ячеек более консервативны, чем показатели, часто приводимые только в отношении машин, поскольку они включают сжатый воздух и вспомогательные устройства, которые не улучшаются при электрификации. При сравнении цен, указанных поставщиками, всегда уточняйте, на какую границу относится заявленная экономия.
Специфическая энергоемкость: единица измерения, которая действует между заводами
Специальное энергопотребление, сокращенно SEC, и выражаемое в киловатт-часах на килограм качественного продукта, является единственным энергометрическим показателем, который сохранится при изменении размеров машины, сочетания продукции, графика дежурства или страны. Мощность в киловаттах ничего не говорит без продолжительности. Годовые киловатт-часы ничего не говорят без объема производства. SEC нормализует обе эти величины и позволяет сравнивать линию с 200-миллилитровой бутылки шампуня с линией с 20-литровым балоном на оправданной основе.
Точное определение метрики
SEC рассчитывается как общая потребляемая электрическая энергия в течение определенного периода, разделенная на массу продаваемого продукта, произведенного в этот же период. Необходимо ясно сформулировать и затем удержать постоянством три дефиниционного решения:
- Близость к месту измеренийТолько шахтный блок терминала, станок вместе с специальными вспомогательными устройствами или целый цех, включая пропорциональное распределение компрессионного воздуха и охлажденной воды. Каждый вариант допустим; смешивать их нельзя.
- На массовой основеКилограммы экструдированного смолы или килограммы готовой продукции, продаваемой после удаления воздушных пузырей и отсева брака. Второй показатель является честным, поскольку воздух, который переработан и вновь введён в процесс, уже расходует энергию на плавление. Примерно при стандартном контейнере с «разрежкой» и «влажным моилом» воздушные пузыри могут составлять от 15 до 40% массы экструдированного состава, поэтому эти два показателя могут отличаться более чем в 10 раз.
- Временной интервал.Один стабильный час эксплуатации, полный сменный цикл или продолжительные месяцы. Ежемесячные окна отслеживают запуски, замену форм и промежутки монотонной работы и поэтому позволяют узнать фактический номер, объясняющий показания счётчика.
Измерено в килограммах полуфабриката, в типичном случае удаляется 0,25 кВт/кг, что при 0,70 кг СО2э/кВт соответствует 0,175 кг СО2э на каждый килограмм контейнера, произведенного. Для бренда, проводившего оценку жизненного цикла по формату упаковки, это является прямым используемым показателем и таким, который все чаще требуется от трансформаторов. Возможность указания измеренного SEC и связанной с ним интенсивности Scope 2 на килограмм становится коммерческой квалификацией в тендерах на упаковку из пластмасс для продуктов питания, напитков, средств личной гигиены и фармацевтических изделий.
Граничные диапазоны для ПЭ-контейнеров.
В рамках установленной базы производства экструзионно-формования полиэтилена средний вес PVC бутылок от 200 мл до 20 л находится в довольно близких границах. Гидравлический привод старого поколения с фиксированным ресурсом рабочего тела и неутеплённым цилиндром обычно выдаёт показания 0,65–0,90 кВт·ч/кг. Хорошо обслуживаемый гидравлический привод с регулируемым ресурсом рабочего тела и утеплённым цилиндром выдаёт показания 0,50–0,70 кВт·ч/кг. Современный полностью электрический привод правильно настроенный под объём продукта и работающий на оптимальном уровне загрузки выдаёт показания 0,35–0,55 кВт·ч/кг.
Материал имеет значение так же, как и машина. PP требует немного более высокой температуры плавления, чем HDPE, и имеет более высокую энергию плавления, что увеличивает SEC приблизительно на 5—10 процентов. Жесткий ПВХ обрабатывается при более низкой температуре плавления, обычно 165—185 °C, но требует очень тщательного управления трением и часто более низких скоростей винтов, что может повлиять на SEC как в ту, так и в другую сторону. Технические пластмассы, такие как PC и PA, добавят нагрузку на сушку, которая составляет от 0,05 до 0,12 кВт·ч/кг сама по себе, а PC также требует температуры плавления выше 250 °С. Поэтому любой исходный диапазон SEC должен указывать материал.
Ядерная арифметика
Расчет электроэнергии на год сведен до одного выражения:
Годовой энергопотребление (кВтч) = конкретное энергопотребление (кВтч/кг) × годовая реализуемая продукция (кг)
Экономия от изменения архитектуры составляет:
Ежегодно сэкономленное количество кВт-ч равно (паритет от начала разработки − паритет полностью электрического процесса) × годовой суммарный объем выпускаемой продукции (килограмм)
Прелесть этой формулы заключается в том, что для нее не нужны никакие предположения о времени цикла, количестве машин, режиме работы смены или загруженности. Все эти данные уже заложены в измеренной малой энергии и вырабатываемом годовом объеме. На инженерной работе следует честно измерять базовую малую энергию и устанавливать оправданную целевую малую энергию для заменяемой машины — но не задействать для этого сами расчеты.
Годовые часы работы и фактор нагрузки: создание модели работы.
Хотя метод SEC не требует использования модели времени для расчёта экономии, эта модель необходима для двух других целей: для определения параметров электросетей и для понимания, почему две заводы с идентичными машинами зарегистрируют разные значения общего коэффициента переключения.
Три стандартных сценария переключения
Операция в две смены, работающая пять дней в неделю с выходными днями, обычно обеспечивает 3800-4200 запланированных часов в год, из которых примерно 3300-3700 являются производительными после смены форм, смены цвета и технического обслуживания. Операция в три смены, работающая пять или шесть дней в неделю, достигает 6000-7000 запланированных часов, из которых 5300-6300 являются производительными. Реально непрерывная работа без планового технического обслуживания, которой занимаются семь дней в неделю, достигает около 8000 запланированных часов, из которых 7200-7600 являются производительными.
Соотношение производительнодействующих часов к графикам закрепленных часов отличает гидравлические и электрические архитектуры. Во время 400—600 часов неуничтожительной нерабочей нагрузки в трёхсменном году гидравлическая мощность мощностного блока, оставленная включенной, продолжает потреблять 25—40 процентов своей номинальной мощности, не производя ничего. Полностью электрическая машина в этом состоянии потребляет только электроэнергию теплового нагревателя, который сам по себе может быть снижен на 30—50 процентов с помощью температурного спуска в рабочее время на 40—60 °C ниже рабочей температуры. Это механизм, за счет которого электрификация улучшает SEC более чем бы следовало прогнозировать простым вычитанием пустых часов.
Коэффициент загрузки и его последствия
Коэффициент нагрузки — это отношение среднего фактического потребления мощности к омоноложенной нагрузке машины. Реальные ячейки производства тактильного оборудования работают с коэффициентом нагрузки в пределах от 0,55 до 0,85. Машина, рассчитанная с запасом на выпуск большого контейнера для будущей продукции, но которая в настоящее время работает с небольшими контейнерами, находится в нижней части диапазона; машина, работающая при номинальном производственном объеме с наполненной формой, находится в верхней части.
Коэффициент нагрузки влияет на гидравлические и электрические машины несимметрично. Гидравлический насос при низком коэффициенте нагрузки все еще работает на полной мощности, поэтому его проходящий посторонний поток остается постоянным в абсолютных значениях, в то время как полезный выход падает – КПД быстро ухудшается по мере снижения коэффициента нагрузки. Сервово-электрический привод при низком коэффициенте нагрузки просто потребляет меньшее количество тока, поэтому его КПД замедленно ухудшается. На практике при коэффициенте нагрузки 0,55 преимущество полностью электрической архитектуры над гидроэлектрической установки с фиксированным рабочим объемом составляет от 45 до 55%, в то время как при коэффициенте нагрузки 0,85 оно уменьшается до 25–32%. Поэтому предприятия, работающие с переменным потоком заказов и часто меняющимися продуктами, непропорционально выигрывают от электрофикации.
Таблица 3: ЧАСЫ ПРИКРЫТИЯ И ФАКТОР ЗАВАДКИ
| График сменности | Планируемые часы в год | Продуктивные часы | Непродуктивные рабочие часы с использованием энергии | Типовая загрузка | Относительный штраф SEC за эксплуатацию гидравлических систем |
|---|---|---|---|---|---|
| Два смены, пять дней | 3,800–4,200 | 3 300–3 700 | 400–600 | 0,55–0,70 | Высокая (частые перезагрузки, длительное время без нагрузки) |
| Три смены, пять-пять дней | 6 000–7 000 | 5300–6300 | 500–800 | 0,65–0,80 | Средний уровень |
| Постоянно, семь дней | 7800-8200 | 7,200–7,600 | 300–600 | 0.75–0.85 | Низкий (но абсолютная величина наименьшая) |
Рассчитанная работа: сокращение потребления электроэнергии на 500, 1500 и 3000 тонн в год
В следующем расчете метод SEC применяется к трем видам предприятий, которые охватывают большинство независимых операций по дуговому литью. Все цифры указаны в киловатт-ч и в процентах. Финансовые величины не приведены, поскольку структуры тарифов различаются в зависимости от региона, контракта, платы за потребление энергии и окон использования. Примените собственный тарифный план к данным, представленным в киловатт-часах, чтобы получить финансовый результат, соответствующий вашей сделке поставки.
Определения сценариев
Три пары базовых и целевых значений оцениваются на каждом уровне выхода, что отражает реальный диапазон результатов:
- Консервативная ситуация:исходный показатель 0,60 кВт·ч/кг (соответетствующе обслуживаемая сервогидравлическая машина), который улучшился до 0,50 кВт·ч/кг. Улучшение составило 0,10 кВт·ч/кг, или 16,7%.
- Типичный случай:базовая величина 0,70 кВт·ч/кг (смешанный парк гидравлических машин разного возраста) снижается до 0,45 кВт·ч/кг. Улучшение составляет 0,25 кВт·ч/кг, или 35,7 процента.
- Главный вывод для любого покупателя очень прост. Выбор экструдерно-литьевой машины для Юго-Восточной Азии начинается с исследования качества питания, и сама машина должна быть спроектирована таким образом, чтобы даже быстрая перемена напряжения на 10-15%, кратковременная потеря фазы и высокий уровень гармонических искажений никогда не прекращали производственный цикл или не разрушали электронику. Следующая глава подробно описывает, как Apollo делает именно это.
Таблица 4: Ежегодное снижение потребления электроэнергии на трех уровнях производительности
| Annual Output | Случай | Базовая SEC (кВтч/кг) | полностью электрическая технология экструзионного формования Apollo на практике | Базовый годовой консумация электрической энергии кВтч | Еженедельный кВт-ч электроэнергии | Сохраненные киловатт-часы в год | Сокращение | Индекс (базовая точка = 100) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 500 т/год (500 000 кг) | Консервативный | 0,60 | 0.50 | 300 000 | 250 000 кВтч/кг | 50 000 | 16,7% | 83,3 |
| 500 т/год | Типовое значение | 0,70 | 0,45 | 350,000 | 225 000 | 125,000 | 35,7% | 64,3 кВтч/кг |
| 500 т/год | Лучший вариант | 0,90 | 0,35 | 450 000 | 175 000 | 275 000 | 61,1% | 38.9 |
| 1 500 т/ч (1 500 000 кг) | Консервативный | 0,60 | 0.50 | 900,000 | 750 000 | 150 000 кВтч/кг | 16,7% | 83,3 |
| 1500 т/год | Типовое значение | 0,70 | 0,45 | 1 050 000 | 675 000 штук | 375 000 | 35,7% | 64,3 кВтч/кг |
| 1500 т/год | Лучший вариант | 0,90 | 0,35 | 1 350 000 | 525 000 | 825 000 | 61,1% | 38.9 |
| 3,000 t/a (3,000,000 kg) | Консервативный | 0,60 | 0.50 | 1 800 000 | 1,500,000 | 300 000 | 16,7% | 83,3 |
| 3 000 т / год | Типовое значение | 0,70 | 0,45 | 2 100 000 кВтч/кг | 1 350 000 | 750 000 | 35,7% | 64,3 кВтч/кг |
| 3 000 т / год | Лучший вариант | 0,90 | 0,35 | 2 700 000 | 1 050 000 | 1 650 000 | 61,1% | 38.9 |
Правильное чтение таблицы
Из этой таблицы следует три основных вывода: 1) процентное снижение независимо от масштаба, то есть зависит только от пары SEC, а не от тоннажа. 500-тонновый завод и 3000-тонновый завод обеспечивают такой же процент; различие заключается только в абсолютном числе киловатт-часов. 2) Абсолютная экономия линейно зависит от тоннажа, то есть логика окупаемости сильно благоприятствует установкам с высоким уровнем загрузки. 3) Разница между консервативным и оптимальным сценариями составляет пять с половиной раз. Именно поэтому исходное измерение гораздо важнее, чем целевой показатель. Установка, которая исходит из исходного показателя в 0,70 кВт·ч/кг, когда реальная величина составляет 0,85 кВт·ч/кг, преуменьшает свою экономию более чем вполовину.
Полезный промежуточный контроль – это показатель по отдельной машине. Единая среднеразмерная машина ЕБМ, производящая 2 л HDPE-контейнера со скоростью 45 кг в час и работающая в течение 6000 производственных часов в год, составляет примерно 270 тонн экструдированной массы. После вычета всплывающего материала остается процесс в форме продаваемого продукта, при этом выход составляет, возможно, 78%. Продаваемый продукт составляет около 210 тонн. В типичном случае только эта одна машина обеспечивает примерно 52 500 кВтч сэкономленной электроэнергии в год. Промпредприятие из семи таких машин приближается к уровню 1 500 т/год в таблице
Process Variables That Move Specific Потребление энергии
Покупка полностью электрической машины устанавливает новый уровень, но настройки процесса определяют, в какой точке диапазона завод фактически работает. Следующие переменные оказывают наиболее ощутимый вклад в ВГБ и их можно отрегулировать без затрат на капитальные вложения.
Температура плавления и температурный профиль
Для контейнеров из HDPE окно температуры плавления в пределах 175—210 °C охватывает почти всю коммерческую работу. Работа при температуре плавления 205 °C при условии, что температура 185 °C дает приемлемый паріон, потребляет энергию дважды: один раз в нагревательных аппаратах и работе по трению, необходимых для достижения более высокой температуры, и вторая — в охладительной системе, которая должна удалить дополнительную ентальпию, прежде чем часть может быть выброшена. Каждый 10 °C излишней температуры плавления увеличивает расход энергии на нагревательной стороне примерно на 0,005—0,008 кВт·ч/кг и увеличивает время охлаждения на 3—6 процентов, что снижает объем производства и, следовательно, повышает SEC и далее.
Рост температуры камеры — более низкая температура в зоне подачи, более высокая — вблизи головы пресс-формы — как правило, требует меньшего общего количества энергии, чем равномерный график температур, поскольку механическое натяжение обеспечивает плавление в зоне сжатия, а не принудительный обмен теплоты вдоль стенки камеры. Успокаивание подающего отверстия следует настраивать только до такой температуры, которая необходима для предотвращения сцепления, обычно 20–35°С для полиэтилена; переохлаждение подающего отверстия напрямую противостоит предохранителям в камере.
Screw Speed, L/D Ratio and Compression Ratio
Геометрия винта определяет баланс между разводящим нагревом и нагревом при конвекции. Экструдер с одним винтом соотношением L/D от 25 до 30: 1 и коэффициентом сжатия от 2,5 до 3,5: 1 является стандартной конфигурацией для экструзии полиэтилена методом формования под давлением, и в пределах этой области бариерное винтирование с сегментом смешивания, как правило, обеспечивает 8–15% более низкую SEC, чем обычный винт с тремя зонами при такой же производительности, поскольку оно обеспечивает однородность вещества при более низкой температуре расплава, таким образом, снижая рабочую температуру.
Скорость винта следует устанавливать так, чтобы обеспечивать требуемое время падения температуры, при самых низких допустимых оборотах. При движении винта слишком быстро и последующем обеспечении поддерживающего давления с помощью пайковой помпы или ограничительного патрона мощность вращающегося элемента преобразуется в тепло, которое затем удаляется путем охлаждения ванны — чистая потеря. Если устанавливается пайковая или насосная помпа, то она должна использоваться для стабилизации выходного давления, а не для компенсации повышенной скорости вращения винта.
Утеплительные эластичные рукава
Поверхности полых цилиндров при температуре от 190 до 210°С постоянно излучают и конвекцируют в металлообрабатывающую камеру. Установка съемных изоляционных рукавов на цилиндры и головки отливок уменьшает энергопотребление теплового нагревателя на 15–25%, причём наибольшую ставку делаем на модели, используемые в помещениях с холодным воздухом или с кондиционированием. Дополнительные преимущества также существенные: стабильность температур в зоне обработки, более быстрое прогрев на холод, снижение температуры в помещении вокруг станка и уменьшение риска ожогов для операторов. Сложность реализации — низкая, и это мероприятие одинаково актуально для гидравлических и полностью электрических станков.
Температура охлаждающей воды
Температура охлаждающей воды для контейнеров из ПЭВД составляет в пределах от 8 до 15 °C. Каждый градус меньшей температуры сокращает время охлаждения, но увеличивает мощность компрессора холодильника примерно на 2–3% за градус. Оптимальной является не самая холодная доступная температура, а наибольшая температура, которая сохраняет целевой интервал времени цикла, не вызывая проблем с усадкой или овальностью. Многие предприятия по习惯устанавливают охлажденную воду при температуре 7 °C, жертвуя 10–15% мощности компрессора холодильного агрегата впустую.
Скорость течения не менее важна, чем температура. Турбулентное течение в охлаждающих каналах, характеризующееся числом Рейнольдса выше 4000, переносит тепло несколько эффективнее, чем ламинарарное течение. Масштабированные или частично заблокированные каналы вынуждают охлаждатель компенсировать это путем снижения температуры подачи. Ежегодное удаление накипи из охладительных цепей прессов является мерами, сложность выполнения которых невысока, а сбережения незначительны. Однако заводы обычно откладывают эту процедуру.
упрощение подачи воздуха и рекуперация с помощью Вентури
Воздух подается часто под единым высоким давлением в пределах от 8 до 10 бар, когда в процессе требуется только это давление в начале надуваемости. Подбор передачи давления – короткий импульс высокого давления для формирования контейнера относительно поверхности формы, а затем более низкое поддерживающее давление в пределах от 4 до 6 бар во время охлаждения – снижает расход воздуха на одну деталь на 20–35 процентов. Если система управления машиной позволяет регулировать независимо предыспускающий и основной импульсы давления, эта настройка не требует преобразования оборудования.
Восстановление воздуха идет дальше. Система с вакуумным насосом или баком повторного использования захватывает выпускаемый из каждого цикла раздувления воздух и возвращает его в бак с промежуточным давлением, который снабжает низконапорными пневматическими потребителями, такими как пневмоцилиндры, конвейеры и устройства выброса деталей. Коэффициенты восстановления воздуха в объеме от 20 до 40 процентов доступны на машинах с большими объемами контейнеров. Так как генерация компримированного воздуха — это одна из самых неэффективных энергий конверсий в любом заводе — обычно только 10—15 процентов вводимой энергии генератора превращается в полезную пневматическую работу — каждый кубометр, который не создается, стоит в несколько раз дороже, чем его видимая стоимость.
Контроль толщины стенки и материала по единице изделия
Контроль толщины стенки париона, путем использования гидравлического или сервоэлектрического аккумулятора зазора формовочного кулака с программой с многократными точками, непосредственно определяет, сколько граммов походит в каждый контейнер. Переход от 20-тонной к 100-тонной программе толщины стенки обычно позволяет снизить вес партии на 3—8 процентов при сохранении работоспособности при нагрузке и при испытаниях на выпадение. Поскольку SEC выражается в килограммах, более легкие детали не уменьшают SEC, но уменьшают общий годовой объем продукции и, следовательно, уменьшают общегодовой объем киловатт-часов пропорционально. На 5-процентное снижение массы на заводе на 1 500 т/год уходит 75 тонн пропускной способности и, при 0,45 кВт·ч/кг, примерно 33750 кВт-ч в год, полностью независимо от вопроса о архитектуре привода.
Сжатый воздух: тихая вторая половина энергетического отпечатка EBM
Любая энергетическая программа, которая заканчивается в терминальном боксе машины, может охватить лишь часть доступного сокращения. Сжатый воздух генерируется центрально, дозируется центрально и, следовательно, редко приписывается машине, которая его потребляет, поэтому именно поэтому он сохраняется в роли большой и неконтролируемой нагрузки на заводах для термопластического литьевого формования.
Штраф за конверсию
Для производства сжатого воздуха под давлением 7 бар требуется примерно 6-7 кВт отдачи от вала на один нормальный кубический метр в минуту подачи чистого воздуха на хорошо обслуживаемом винтовом компрессере, показывая при этом до 8 кВт на старых двигателях с поршнем или там, где фильтры впуска загрязнились. Из этого ввода только незначительную часть восстанавливают в виде механической работы возле места применения; остальная часть превращается в тепло в компрессоре и падение давления в диспетчерской сети. Вот почему один кубический метр сжатого воздуха, сэкономленный на машине, стоит значительно больше, чем та же энергия, сэкономленная в электродвигателе.
Просочивание
Утечка сжатого воздуха в неуправляемом заводе по производству пластмасс достигает 20–35 % от общего объема, произведенного в предприятии. В заводах кольцевого литья такие показатели являются наибольшими из-за большого количества быстросъемных муфт, вращающихся соединительных элементов на установленных захватах для формования и пневматических цилиндров, подвергающихся постоянно циклической работе. Единица утечки размером 3 мм и давлением 7 бар приводит к потере порядка 0,5 нормальных кубических метров в минуту, что при крутящемся удере 6,5 кВт на кубический метр в минуту составляет около 3,2 кВт непрерывной потребляемой энергии — примерно 25 600 кВт⋅ч в год при 8 000 часов работы. Обследования утечек с помощью ультразвука, проводимые два раза в год в соответствии с зарезервированным для ремонта набором, являются одним из наиболее доходных и простых в исполнении мероприятий.
Управление области давления
Каждое уменьшение давления в системе на 1 бар приводит к снижению входной мощности компрессора примерно на 6-8%. Многие предприятия EBM работают с головным резервуаром сжатого воздуха при давлении 8-9 бар из-за того, что одна машина нуждается в воздушной струе с высоким давлением, в то время как отдельный утилизатор, обслуживающий эту машину, позволит снизить давление в головном резервуаре до 6 бар. Распределение сети на низкоомный резервуар для подачи и транспортировки и высоконапорную ветвь для перенаправления также является среднетрудозатратным мероприятием с существенными и постоянными результатами.
Рекуперация тепла из домов компрессоров
От 70 до 90% входной энергии компрессора может быть переработано в низкотемпературный тепло в потоке охлаждающего воздуха или охлаждающей воды. В репутациях с отопительным сезоном или в заводах с потребностью в горячей воде для промывки или предварительной сушки смол повторное использование этого тепла снижает объемы потребления энергии. Это не влияет на показания электросчетчика для сжатого воздуха, но уменьшает общий уровень энергопотребления на объекте, что важен для отчетности по выбросу углерода.
Меры по модернизации и обновлению в порядке убывания: сэкономленные ресурсы и трудности
Не каждый завод может заменить свой парк. В таблице ниже приведено сравнение доступных существующей операции экструзийно-облицовочного машиностроения практических мер по степени экономии и сложности внедрения, позволяющих составить программу поэтапного перехода. Сложность охарактеризована как низкая, средняя или высокая в зависимости от времени простоев, инженерной сложности и необходимости привлечения внешних подрядчиков. Изучено, как связан величина капитальных вложений с получаемой экономией.
Таблица 5: Меры по снижению энергопотребления, диапазоны экономии и трудность реализации
| Measure | Атака энергетического блока | Типовая экономия | Трудность внедрения | Рубец капитальной интенсивности |
|---|---|---|---|---|
| Обследование утечек сжатого воздуха с помощью ультразвука и ремонт | Сжатый воздух | 10–25% энергии воздуха | Низкий | Низкий |
| Опускающиеся и облицованные изоляцией головки барабана и штампов. | Подогрев экструзии | От 15 до 25% энергии из нагревателя. | Низкий | Низкий |
| Регулирование температуры зачастую снижается при остановке оборудования. | Подогрев экструзии | 30–50 % запасной энергии подогрева | Низкий | Низкий |
| Оптимизация установки температуры охлажденной воды (с 8 до 12 °C, когда это возможно в рамках цикла производства). | Охлаждающая вода. | 8–15% энергии холодильника | Низкий | Низкий |
| Спецификация давления воздушного потока (увеличение до начального значения /сброс) | Сжатый воздух | 20–35 % объема подаваемого воздуха | От низкого до среднего | Низкий |
| Программа обезжиривания каналов охлаждения пресс-формы | Охлаждающая вода. | 5–12 % энергии охладителя | От низкого до среднего | Низкий |
| Подсчет с недетализацией и панель мониторинга SEC на уровне смены | Все блоки (включение в эксплуатацию). | 3–8% поведенческих характеристик | Средний уровень | От низкого до среднего |
| Обновление барьерного винтового наконечника с смесительным участком. | Экструзия / пластификация. | 8–15 % энергии экструзии | Средний уровень | Средний уровень |
| Сжатый воздух network pressure split (low / high headers) | Сжатый воздух | Снижение на 6–8% на бар | Средний уровень | Средний уровень |
| Возврат воздушного потока в промежуточный резервуар | Сжатый воздух | 20–40 % восстанавливаемого объема подаваемого воздуха | От среднего до высокого | Средний уровень |
| Установка сервопривода на существующем гидравлическом узле | Гидравлический резервный режим и движение | 15–30% энергии машины | От среднего до высокого | От среднего до высокого |
| Привод переменной скорости на охладителях и оросительных насосах. | Охлаждающая вода. | 15–30% электроэнергии от насоса | Средний уровень | Средний уровень |
| Обновление контроллера толщины стенки паризации. | Общая масса обработанного материала. | 3–8 % энергии материала и установки | От среднего до высокого | От среднего до высокого |
| Полная замена выходящего оборудования полностью электрической машиной для экструзийно-облицовочного производства. | Ходовые движения, режим ожидания, масляное охлаждение | 25–45% энергии ячейки (до 60% по сравнению с старой установкой с фиксированным объемом) | Высокая степень очистки | Средняя до премиальная. |
| Рекуперация тепловой энергии компрессора для обработки горячей воды | Общая энергия участка | 70–90 % тепла компрессора можно использовать повторно | Высокая степень очистки | От среднего до высокого |
Разумное правило последовательности заключается в том, чтобы выполнить все меры с низким уровнем сложности, прежде чем принять решение о каком-либо из мер с высоким уровнем сложности, по двум причинам. Во-первых, меры с низким уровнем сложности обычно обеспечивают совокупное снижение на 10–18%, практически не вызывая перебоев. Во-вторых, и это более важно, они очищают базовую линию. Замена оборудования при утечке сжатого воздуха на уровне 30% и ненагревании бочек делает невозможным правильно отнести получающееся улучшение, что подрывает аргументы в пользу следующего инвестирования.
Преобразование киловатт-час в углерод: арифметика с коэффициентом сети.
Все чаще заводы, производящие методом экструзии-выдувания, должны сообщать о выбросах, связанных с категорией 2, клиентам-владельцам торговых марок, а в некоторых юрисдикциях и регулирующим органам. Преобразование из киловатт-часов в эквивалент углекислого газа происходит легко, как только выбран фактор выбросов в электросеть, а полученный тоннаж часто оказывается более убедительным показателем внутри компании, чем сама цифра энергопотребления.
Подбор фактора выбросов в электросети
Коэффициенты выбросов в энергосистемах широко варьируются в зависимости от страны и года, поскольку меняется состав генерации. Рабочая область от 0,55 до 0,85 кг CO2е на кВт·ч охватывает большинство промышленных сетей с значительной компонентой тепловой генерации. Сети с высоким использованием гидро-, ядерной или возобновляемой энергии находятся значительно ниже этого предела; сети, в которых доминируют угольные электростанции, отнесены к верхнему пределу или расположены немного выше него. При использовании опубликованных национальных или региональных факторов, применимых к вашему отчетному году, необходимо указать источник информации в своем диспозиции. В случае, если на предприятии заключен договор о покупке электроэнергии из возобновляемых источников, к локальному коэффициенту могут применяться также коэффициенты, исчисленные на основе рыночных показателей, с учетом требований Протокола по парниковым газам.
Table 6 Equivalent: Carbon Reduction by Output Tier
Применение диапазонов из таблицы 4 дает следующие ежегодные сокращения углерода. Все цифры приведены в тоннах углекислого газа, эквивалентных, в равных долях.
| Annual Output | Случай | Сохраненные киловатт-часы в год | При уровне выброса СО2 в 0,55 кг на кВт*ч. | 0,70 кг CO2e / кВтч | При 0,85 кг CO2e/kWh |
|---|---|---|---|---|---|
| 500 т/год | Типовое значение | 125,000 | 68,8 т | 87,5 т | 106,3 т |
| 500 т/год | Лучший вариант | 275 000 | 151,3 т | 192,5 т | 233,8 т |
| 1500 т/год | Типовое значение | 375 000 | 206,3 т | 262.5 t | 318,8 т |
| 1500 т/год | Лучший вариант | 825 000 | 453.8 t | 577,5 т | 701,3 т |
| 3 000 т / год | Типовое значение | 750 000 | 412,5 т | 525,0 т | 637,5 т |
| 3 000 т / год | Лучший вариант | 1 650 000 | 907,5 т | 1 155,0 т | 1 402,5 т |
Эти машины обрабатывают широкий спектр товарных и технических полимеров, используемых в технологии экструзии с последующим горячим формованием: ПЭ, ПП, ПВХ, ПА, ПК, ABS, ПС, ЭВА, ТПУ и PETG. Поскольку сервоприводы регулируют профили скорости и позиции независимо от температуры масла, объем брака после холодного запуска обычно ниже, чем на гидравлическом варианте, на котором первые тридцать-шестьдесят минут производства зависят от нагревания масла и связанного с этим отклонения в реакции клапана.
Измерения и проверка: доказательство экономии на собственном этаже.
Считанная экономия представляет собой гипотезу. Для проверки ее точности требуется разработка процедуры измерения, прошедшей аудит, и установка данной процедуры непосредственно перед сменой оборудования, а не после нее.
Устройство
Минимальная допустимая установка — это трехфазный прибор для оценки качества электропитания на входе в каждую машину, записывающий активную энергию в кВт с интервалом в одну минуту или меньше, а также соответствующий счетчик продукции, регистрирующий полезные изделия. Для управления энергопотреблением достаточна точность в классе 1, а для подтверждения поставляемых потребителям гарантий – в классе 0,5. Трансформатор тока должен быть рассчитан под нагрузку, а не под номинальную мощность кабеля, потому что при использовании трансформатора, существенно превышающего номинальную мощность, его точность снижается на низкой стороне диапазона рабочих режимов.
Дополнительное оборудование, которое окупает свою установку: измеритель расхода и пар термопары на циркуляция охлаждения формы для количественной оценки отводящегося тепла, измеритель расхода сжатого воздуха на отдельной ветке машины и бункер для дозирования смолы или питатель с погрешностями расхода для измерения реальных килограммов экструдированного материала, а не предполагаемых килограммов.
Исходный период
Базовая линия должна охватывать не менее четырех непрерывных недель представительной продукции, включая обычный ассортимент продукции, по крайней мере два смены прессов и модели работы в будни и выходные дни, если завод функционирует в течение этих периодов. Записывайте производительность в килограммах продаваемой продукции, энергию в кВт·ч и условия эксплуатации, которые могут затруднить сравнение: окружающую температуру, класс смол и скорость плавления, состав продукции по весу и любые известные неисправности оборудования.
Нормирование и корректировка
Период сравнения после установки необходимо нормализовать с учетом всех моментов, которые изменились независимо от машины. Самыми распространенными факторами, портящими результаты в процессе экструзионного формования под давлением, являются температура окружающей среды, которая изменяет нагрузку на охладитель на 10–25% в зависимости от сезона, ассортимент продукции, который влияет на количество килограммов, выпускаемого за цикл, и изменения сорта смолы, т.к. при более высоком скорости расплавления смолы требуется меньшая работа на разрыв. Стандартный подход — регрессия энергии по отношению к производству и днем-термина за период сравнения, после чего эта регрессия используется для прогнозирования, сколько было бы потреблено в базовой машине при условиях отчетного периода.
Информационный цикл
КЗЭ необходимо сообщать на уровне смены операторам, еженедельно отчетным службам производства и ежемесячно совету. Именно на уровне видимости в смене происходят сбережения в поведенческой сфере от 3 до 8 процентов: когда операторы видят, что запуск гранулятора во время перехода на следующую форму дает заметную цифру в киловатт-часах в их смене, это ведет к изменению поведения, даже не требуя введения соответствующего правила. Заводы, которые устанавливают счетчики, но проверяют их только раз в квартал, используют всего часть доступного поведенческого преимущества.
Компании Apollo, Bekum и Kautex Maschinenbau предлагают полностью электрические или гибридные платформы для технологии экструзионного формования под давлением в этом сегменте, и при серьезном обосновании следует сравнивать измеренные значения удельного энергопотребления в рамках определенного и одинакового тестового протокола, а не именные нагрузки, зарегистрированные на электрических устройствах. Номенклатурная нагрузка говоря только о том, какую электрическую инфраструктуру необходимо обеспечить: она ничего не говорит о том, что показывает счетчик.
Компания «Аполло», завод «Wanplas» из Цзянчжаганга вблизи Шанхая, производит десять серий и более восьмидесяти моделей автоматизированных станков для экструзионного литья под давлением, а в эксплуатации находится более 4 000 машин в более чем 90 странах мира. Ассортимент продукции охватывает серию АБЛБ для контейнеров от 200 мл до 20 литров, серию АБЛД для больших контейнеров от 20 литров до 1 500 литров и полностью электрическую серию, которая включает контейнеры от 200 мл до 20 литров и предназначена для применений, в которых ключевыми требованиями являются энергоэффективность, чистота и повторяемость.
Что изменяет серия полностью электрических компрессоров.
Линейка полностью электрического оборудования полностью отменяет использование гидравлических систем. Влажное обжигание, перемещение промежуточных столов, продвижение поста поджигания и привод экструдера осуществляются с помощью сервоприводов. Из энергетической точки зрения это означает, что гидравлический блок ожидания в таблице 2 снижается до нуля, блок зажима и перемещения уменьшается примерно на две трети, а нагрузка на охладительную систему от ИМО исчезает. Из оперативной точки зрения это означает отсутствие гидравлической жидкости на площадках, отсутствие замены фильтров масла, отсутствие плана замены уплотнителей и отсутствие риска загрязнения им маслом материалов прямого контакта с продуктами питания или лекарственных препаратов – значительное преимущество для предприятий, производящих продукты медицинского и фармацевтического назначения. Ассортимент Apollo состоит из восьми основных направлений: продукты питания и напитки, ежедневные химические продукты, химическая промышленность, строительные материалы, автомобильный, транспорт и культурные и спортивные товары.
В лучшем случае: базовое значение 0,90 кВт/кг (старая установка с фиксированным объемом при низком коэффициенте использования с неизолированными емкостями), снижение до 0,35 кВт/кг. Улучшение 0,55 кВт/кг или 61,1%.
Выбор между архитектурами.
У полностью электрической архитектуры не всегда есть правильное решение для каждого применения. Очень большие контейнеры в диапазоне ABLD от 20 л до 1500 л требуют высокого момента зажима и больших ассистирующих выстрелов с использованием аккумуляторов, когда гидравлическая или гибридная архитектура часто остается более практичным инженерным решением, а также когда рабочий цикл достаточно интенсивный, чтобы гидравлические потери в режиме ожидания составляли меньшую долю общего объема. Устройства с полностью электрической архитектурой находят самое широкое применение в сегменте контейнеров с короткими циклами, средних размеров (от 200 мл до 5 л) — бутылки для личной гигиены, смазочные жидкости, сельскохозяйственные химикаты и фармацевтические препараты, — когда цикличность низкая, события передвижения происходят часто, факторы нагрузки колеблются в зависимости от модели заказа и требования по чистоте очень высокие.
Серия ABLB
Особенности спецификации, влияющие на измеряемую SEC
При спецификации полностью электрической машины для экструзионно-воронкового формования указанные опции оказывают прямые и измеряющиеся эффекты на цену приобретения, которая в конечном итоге будет измерена:
- Изоляция камеры и головки пресса в качестве заводских комплектующихвместо более позднего модернизации, улавливая 15–25% энергии нагревателя с самого начала.
- Общая линия DC для всех сервоприводов, позволяющий использовать регенеративную энергию, генерируемую при замедлении осей, вместо того, чтобы сжигать ее в ограждающих резисторах.
- Независимое регулирование давления в предварительно накачиваемой и основной камерах., enabling pressure staging without additional hardware.
- Интегрированное энергомодернирование с выводом данных to the plant historian, so SEC is available at shift level without a separate metering project.
- Логика отключения в режиме готовности.Автоматически снижает параметры нагревания во время определенных режимов холостого хода и восстанавливает их при предварительно запланированном запуске.
- Программирование толщины стенки комплексом точек измеренияДостаточная разрешающая способность для геометрии контейнера позволяет сократить количество килограммов на единицу детали.
- Правильно рассчитанные размеры машиныдля актуального объема продукта. Машина с переизбыточным размером, работающая с мелками контейнерами, тратит энергию одновременно в каждой блоке, и это самая распространенная ошибка в спецификациях.
Услуга по индивидуальному настройке машин Apollo включает конфигурацию пресса и адаптацию напряжения питания, инженеры проводят монтаж и пусконаладку на месте, а машины проверяются и протестированы на заводе перед отправкой. Групповые обязательства Wanplas, включая годовой бесплатный право на запасные части, гарантию перевозки, гарантию производственных мощностей и гарантию качества, действуют во всех заводах Wanplas, а открытая политика группы означает, что потенциальные покупатели могут проследить, как машина работает с использованием своей смолы и пресса, прежде чем принять окончательное решение. Для конвертаторов, чья расчет потребления энергии зависит от достижения конкретного значения SEC, свидетельствующий фабричный тест с встроенным измерением потребления энергии является самым прямым способом преобразования прогноза в договорное обязательство.
Часто задаваемые вопросы
Какой уровень потребления энергии должен обеспечивать полностью электрический станок АБМ при работе с ПЭВД?
Для контейнеров из ПЭНДГ общего назначения объемом от 200 мл до 5 л полностью электрическая машина для экструзионного литьевого формования должна расходовать от 0,35 до 0,55 кВт⋅ч на килограм продаваемого продукта в пусковой ячейке машины с установленным теплоизоляционным слоем и коэффициентом загрузки выше 0,65. Цифры в нижней части этого диапазона требуют хорошего контроля толщины стенки, температуры расплава в нижней части предела 175-210 °C и минимального количества рабочих часов, в которые двигатель остается включенным. Если ваша мера превышает 0,60 кВт⋅ч/кг на полностью электрической машине, изучите теплоизоляцию бочек, поведение в режим ожидания, задачу установки хладагента и размеры машины, прежде чем задавать вопросы о конструкции привода.
Как я могу рассчитать свои собственные ежегодные экономии кВтч без покупки машины?
Установите трехфазный энергометалог на одной из существующих производственных установок, ведущий регистрацию энергопотребления и продаваемых килограммов в течение четырех последовательных недель, и складывайте эти данные, чтобы получить начальную величину энергопотребления на тону. Умножьте разницу между этой начальной величиной и целевой нормой 0,45 кВт⋅ч/кг на ваш общий ежегодный объем продаваемых тонн в килограммах. Например, начальная величина 0,72 кВт⋅ч/кг на заводе, производящем 1 200 тонн в год, дает сброс (0,72 − 0,45) × 1 200 000, равный 324 000 кВт⋅ч в год. Примените свою собственную тарифную структуру к этому числу отдельно; результат инженерной разработки – количество киловатт-часов.
Может ли модернизация сервопомпы быть разумной альтернативой приобретению полностью электрической машины?
Она обеспечивает ощутимую часть экономии при среднем и высоком уровне сложности внедрения и среднем и высоком уровне капиталоемкости. Реконструкция сервоприводной циркуляционной помпы на исправной гидравлической мощностной установке обычно позволяет сократить потребление энергии на 15-30%, сокращая реальные убыли в режиме ожидания и обходного режима, которые являются наиболее заметными из всех гидравлических потерь. Она не устраняет регулирование клапанов, объемные утечки, нагрузку по охлаждению масла и потребности в гидравлическом обслуживании. Как правило, реконструкция является лучшим выбором для машин с остающимся значительным механическим сроком службы и стабильным ассортиментом продукции; замены следует предпочесть для машин, приближающихся к концу срока службы, где важна чистота, или когда ассортимент продукции постоянно меняется.
Сокращает ли полностью электрическое привод потребление сжатого воздуха?
Номер. Направление воздушного потока, предварительное направление воздушного потока, вытяжка и пневматическое приводование не зависят от архитектуры привода систем зажима и экструзии, а компримированный воздух занимает от 10 до 20 процентов энергопотреба ячейки. С компрессированным воздухом необходимо заниматься собственными мерами: проверками на предмет утечки, регулировкой давления между стадией предварительного направления воздуха и стадией древесодобывающего периода, разделением сети на несколько подсетей и сбором выхлопного потока из стадии древесодобывающего периода в промежуточный ресивер. Поскольку производство компрессированного воздуха неэффективно, эти меры часто дают результаты, сравнимые с электрификацией привода, при значительно меньшем интенсивности капитальных вложений.
Насколько экструзионно-воронковая машина экономит благодаря теплоизоляции цистерн?
Регулируемые теплозащитные кожухи над цилиндром и головкой штампа снижают энергопотребление нагревателей на 15–25%, причем более высокая цифра относится к машинам, расположенным в запыленных залах или производственных помещениях с кондиционированием воздуха, где разница температур с окружающей средой особенно велика. Так как нагрев при экструзии и пластификация составляют от 35 до 45% общего энергопотребления ячейки, это соответствует примерно 5–11% от общего числа ячеек. Трудоемкость внедрения низкая, кожухи можно установить в рамках запланированного периода технического обслуживания, а вторичные преимущества более стабильных температур в зоне формирования и более быстрого нагрева из холодного состояния оправдывают затраты независимо от результатов в части экономии энергии.
Почему две идентичные машины на одном заводе имеют разное потребление энергии на единицу продукции?
Самыми распространенными причинами в порядке частоты являются: различные факторы нагрузки из-за того, что одна машина работает с более тяжелым продуктом; различное количество нерабочих энерgoсильных часов, поскольку одна машина стоит бездействующая между заказами, оставаясь включенной; разные параметры цикла охлажденной воды, когда в одной прессформе отложение охлаждающих каналов увеличивает продолжительность циклов; различные параметры резьбы или затвора формы, когда изношенная резьба генерирует избыточное сдвиговое тепло, которое необходимо отводить путем охлаждения цилиндра; и различные цены на расплавленное сырье, полученные вследствие применения старого рецепта, который никто не пересматривал. Поточная учета обеих машин и сравнение одного и того же четырехнедельного периода обычно позволяет определить причину в течение одного отчетного цикла.
Снижение массы контейнера сокращает потребление энергии на единицу массы
Не напрямую, поскольку SEC измеряется в килограммах, и более лёгкие детали означают меньший вес. Тщательная разработка и улучшение, направленные на снижение массы, снижают общие количество киловатт-часов в год пропорционально удалённым килограммам. При снижении веса деталей на 5% на заводе, который производит 1500 тонн в год, удаляется 75 тонн пропускной способности, что при 0,45 кВт/кг приводит примерно к 33 750 кВт-ч в год вместе с соответствующей смолой. Уделение и электрификация, таким образом, являются взаимодополняющими, а не конкурирующими, и многопоздовняя программа формирования толщины стены, необходимая для первой, как правило, доступна на машинах, предназначенных для электрификации.
Какой фактор загрязнения сети следует использовать для отчёта в рамках раздела 2?
При составлении отчета необходимо использовать опубликованный коэффициент, основанный на местоположении, для национальной или региональной электросети в отчетном году, и указать его источник в части отчетности. Равновесный диапазон в 0,55—0,85 кг СО2экв/кВтч охватывает большинство промышленных сетей с значительным теплопроизводством, однако в сетях с высоким процентом гидро-, атомной или возобновляемой генерации равновесная мощность значительно ниже. Если предприятие заключило соглашение на закупку возобновляемой энергии, для отчетности нужно использовать коэффициент на основе рынка вместе с коэффициентом на основе местоположения в соответствии с руководством по отчетности по Спецификации 2 в Международном протоколе по парниковым газам. В случае анализа воздействия на окружающую среду для упаковки, продаваемой клиентам, необходимо представлять полученные результаты в килограммах углекислого газа, эквивалента на килограмм упаковки, а не в суммах по объектам, поскольку это является единой мерой, необходимой бренд-представителям.
Как долго должен действовать базовая линия измерений и проверки до того, как заменить машину?
Четыре недели непрерывной работы — это практический минимум, а восемь недель предпочтительны там, где ассортимент продукции перемещается по месячному циклу. В основу сравнения должны быть включены как минимум два смены форм, включая запуск с холодного режима и повторный запуск с горячего, а также нормальное распределение размеров контейнеров. Зарегистрируйте температуру окружающей среды наряду с показателями энергопотребления и производства, чтобы после установки можно было произвести нормализацию результатов для сезонной нагрузки охладителя, которая обычно изменяется на 10–25% между летом и зимой и иначе может затмить измеряемый эффект.
Заключение
Ежегодное снижение потребления электроэнергии, достижимое путем перехода от гидравлического к полностью электрическому экструзионному формованию, не является вопросом мнения; это арифметика, следующая из двух измеряемых величин. Измерьте текущее специфическое энергопотребление в киловатт-часах на килограм реализуемого продукта в течение представительного четырехнедельного периода, установите оправданную цель в интервале от 0,35 до 0,55 кВт·ч/кг при полностью электрической работе с ПЭ, умножьте разницу на ваш ежегодный объем реализуемой продукции в килограммах, и вы получите ответ. При 500 тоннах в год типичный случай снижает потребление электроэнергии на 125 000 кВт·ч в год; при 1500 тоннах – на 375 000 кВт·ч; при 3000 тоннах – на 750 000 кВт·ч. Выраженный в индексах против базовой отметки, равной 100, полностью электрическая установка работает при примерно 64 индексных пунктах, а против старой установки с фиксированным рабочим объёмом с низким фактором нагрузки может опускаться ниже 40.
За механизмом этих цифр стоят определенные вещества и физические явления: устранение потерь перекачивания, которые сохраняются в течение 70–85% каждого цикла, устранение потребления электричества в режиме готовности в течение 400–800 неиспользуемых, но заряженных часов в течение типичного года, устранение нагрузки охлаждения масла из цикла охлажденной воды и восстановление части энергии замедления через общую шину DC. Электрификация не способствует снижению нагрузок на отопление, сжатый воздух, охлаждение пресс-форм и вспомогательные нагрузки, которые вместе составляют более половины площади пилотного производства, и поэтому именно потому так важно, чтобы этапный план, представленный в таблице 5, был завершен первым. Сначала необходимо выполнить меры, имеющие небольшую степень трудности, очистить исходные данные и затем принять решение по структуре с надежными данными в наличии.
Компания «Аполло», завод Wanplas с более чем двадцатилетним опытом в области экструзионной горячей штамповки и фабрикой площадью 8000 квадратных метров в Чжанджаягане, разработала свою полностью электрическую серию именно для сегмента объемом от 200 мл до 20 л, где акустические потери максимально велики и необходимость электрического оборудования наиболее очевидна. Принесите свой состав, свой пресс-форма и свой целевой показатель SEC на проверку завода, настоятельно требуйте, чтобы измерение электроэнергии стало частью протокола испытаний, и превратите ожидаемые экономии в проверенные до того, как машина придет в испытательный центр. Это и есть разница между расчетом экономии энергии и результатом по этому показателю.
