Абстракт
Збільшення акценту на екологічне виробництво та енергозбереження в пластмасової промисловості призвело до того, що споживання енергії машинами в технології роздування виготовлення стає суттєвою складовою виробничих витрат. Статистичні дані свідчать, що витрати на енергію становлять близько 10−20 % загальних виробничих витрат на виготовлення пластмасових виробів. Тому точне оцінювання споживання енергії машин та втілення ефективних стратегій енергозбереження є необхідним для зниження витрат на експлуатацію, удосконалення використання обладнання та підвищення конкурентоспроможності галузі. У цій статті представлено методи обчислення споживання енергії машин для технології роздування виготовлення, досліджено розподіл енергії головних підсистем та розглянуто стратегії оптимізації, які включають конфігурацію обладнання, параметри технологічного процесу та інтелектуальні системи керування. Отримані результати дослідження надають практичну інформацію для енергоефективного проектування та модернізації обладнання для технології роздування виготовлення.
1. Вступ
Виливний лиття є одним із найбільш широко використовуваних технологічних процесів для виробництва порожнистих пластмасових виробів, включаючи пляшки, контейнери, баки для пального автомобілів, промислові баки та технічні компоненти. Під час виробництва електроенергія споживається кількома підсистемами, включаючи блок екструзії, систему опалення, гідравлічну систему, систему компресированого повітря та систему охолодження. Так як ці підсистеми демонструють різні характеристики роботи, важливо розуміти індивідуальну споживану ними енергію, щоб виявляти можливості для економії енергії.
Систематичний аналіз енергоспоживання не тільки зменшує витрати на електроенергію, але також покращує стабільність процесу, якість продукції і надійність обладнання.
2. Потужність Distribution of Blow Molding Machines
Загальне рівень споживання енергії машини для інжекційного лиття формуванням може бути розподілено на п'ять основних підсистем:
- привід для екструзії system
- Система нагрівання барабану та пресу.
- Гідравлічна система
- Система стиснутого повітря.
- Система охолодження
Хоча точне розподілення залежить від типу машини, дизайну виробу та умов виробництва, типовий співвідношення споживання енергії подано нижче:
| Підсистема | Типовий показник енергоспоживання |
|---|---|
| привід для екструзії | 30%–40% |
| Система підігріву | 20% – 30% |
| Гідравлічна система | 15%–30% |
| Система стиснутого повітря. | 10%–25%. |
| Система охолодження | 5%–15% |
Зокрема, система приводу екструзії, опалювальній і гідравлічна системи складають більшу частину загального споживання енергії і тому є основними цілями оптимізації енергетичного ефективності.
3. Методи обчислення споживання енергії
3.1 Сумарне споживання енергії
Найпростішим і найпоширенішим способом є метод середнього потужності:
E = P × T
де:
- E= загальне споживання енергії (кВт·год)
- P = середня потужність в процесі роботи (кВт)
- T= час роботи (годин)
Наприклад, розгляньмо машину для формування штучного витіснення з вмонтованою потужністю 138 кВт, яка працює при середньому факторі завантаження 60 %.
В середньому потужність роботи становить:
138 × 60% = 82,8 кВт
Якщо машина працює безперервно 20 годин на добу, щоденна споживаність електроенергії становить.
82,8 × 20 = 1656 кВт/год
Цей метод підходить для планування виробництва, складання енергетичного бюджету і економічної оцінки.
3.2 Аналіз енергоефективності на підсистемній основі
Для точної оцінки загальний рівень споживання енергії слід розділити на окремі підсистеми.
система екструзії
Система екструзії в основному складається з основного двигуна, редуктора та скручувального комплекту.
Наприклад, якщо працює 55 кВт двигун при 80% навантаженні, середня потужність споживання становить близько 44 кВт.
Система опалення
Система підігріву включає нагрівачі барабана і пломби, які керує регулятор температури PID.
Так як нагрівачі працюють розмикаючими та не безперервно на повну потужність, середнє споживання потужності, як правило, становить 30%–60% оціночного вмісту нагрівання.
Наприклад, опалювальна система потужністю 40 кВт може, в середньому, споживати приблизно 18 кВт.
Гідравлічна система.
Класичні гідравлічні системи використовують помпи з фіксованим перепуском, які функціонують безперервно, навіть під час охолодження або періодів очікування, що призводить до значних втрат енергії.
Гідравлічні системи серво автоматично регулюють швидкість двигуна відповідно до вимог тиску та поточного потоку, що дозволяє зменшити середній споживання потужності з приблизно 18–20 кВт до 7–10 кВт.
Система компресорного повітря
Компресована повітря необхідна на стадії роздування і є одним з основних споживачів енергії, особливо в виробництві бутлів високого тиску.
Наприклад, 15 кВт повітряний компресор, який працює 20 годин, споживає приблизно 300 кВт·год на день.
Система охолодження
Система охолодження включає охолоджувачі, циркуляційні насосi та охолоджувальні мови.
Середній з рівнем споживання теплової енергії, як правило, коливається в межах від 50% до 70% від встановленої потужності.
Тому загальна енергоспоживання машини можна виразити рівнянням:
Е_вціл = Е_ЕБМ + Е_нагріву + Е_гідравліки + Е_сжатого повітря + Е охолодження
Ця розкладаюча реакція дає змогу інженерам визначити найбільші енергоємні підсистеми і пріоритизувати заходи економії енергії.
4. Конкретне споживання енергії
У порівнянні з загальним споживанням електроенергії, специфічне споживання енергії є більш інформативним показником ефективності виробництва.
До загальних показників, які потрібно враховувати, відносяться:
- кВт·год на кг переробленого пластика
- кВт·год на продукт
- кВт·год на 1000 виробів
Наприклад, якщо машина споживає 1600 кВт·год при виготовленні 4000 кг пластикових виробів за день, показник специфічного споживання енергії становить:
1600 ÷ 4000 = 0,40 кWh / кг
Якщо за той же період вироблено 16 000 пляшок, то загальна споживана енергія на одну пляшку становитиме:
1600 ÷ 16000 = 0,10 кВт·год на бутлє
Конкретна споживання енергії широко використовується для порівняння обладнання та оцінки енергетичної продуктивності.
5. Стратегії оптимізації економії енергії
5.1 Гідравлічна система серво.
Гідравлічні системи пропонують найбільший потенціал економії енергії в традиційних машинах для виливки силуєм.
На відміну від гидравлічних насосів зі стабільною швидкістю, сервоприводи регулюють свою швидкість відповідно до вимог тиску і потоку в режимі реального часу.
типовий діапазон економії енергії становить20%–50%, while simultaneously reducing oil temperature, system noise, and maintenance requirements.
5.2 Системи приводів з високою ефективністю
Заміна традиційних індукційних електричних двигунів на електродвигуни з постійними магнітами (ПМД) у комбінації з програмованими електроприводами (ПЕД) суттєво підвищує ефективність двигуна.
типовий діапазон економії енергії становитьвід 5% до 15%При цьому забезпечується краще регулювання швидкості та поліпшена стабільність процесу.
Оптимізація системи опалення.
Традиційні керамічні нагрівачі страждають від значних втрат тепла.
Заміна їх керамічними нагрівачами, термоізоляційними покриттями та оптимізованою системою керування температурою PID може суттєво зменшити споживання енергії на нагрів.
Типові показники економії енергії становлять10%–30%.
5.4 Оптимізація гвинта і зразка
Екструзія знижених зусиль, яка базується на застосуванні високоефективних запірних і змішувальних гвинтів, забезпечує поглиблену екструзію пластику та швидку змішування, а також знижує момент екструзії.
Оптимізовані канали руху штампа зменшують втрати натиску розплаву, тим самим зменшуючи навантаженість двигуна і покращуючи якість продукції.
типовий діапазон економії енергії становитьвід 5% до 15%.
5.5 Оптимізація компресорного повітря
Система стиснутого повітря.s are frequently overlooked despite their significant energy consumption.
Заходи з енергозбереження включають:
- Виключення пошкоджень від протікання повітря
- Оптимізація тиску видування.
- Многоступінчаста система регулювання подачі повітря
- Повернення повітря нижким тиском.
- Розроблено покращеної конструкції ударного пінця
Ці заходи можуть зменшити споживання енергії стисненої повітря на 4%.10%–30%.
5.6 Оптимізація системи охолодження
Установка частотермінованих дров на охолоджувальні насосні агрегати та охолоджувачі дозволяє адаптувати виробничі можливості до фактичних потреб замовника.
Оптимізація часу охолодження також суттєво скорочує виробничий цикл, підвищуючи продуктивність машини і зменшуючи споживання енергії.
5.7 Оптимізація параметрів процесу
Оптимізування температури барабана, швидкості шнека, темпу екструзії, тиску відпорування та часу охолодження мінімізує непотрібне споживання енергії, не знижуючи якості продукції.
Наприклад, скорочення циклу виробництва з 20 с до 18 с знижує споживання енергії на одне виробництво приблизно на 20%.10%Збільшення виробничої потужності.
5,8 Интелектуальне управління енергією
Сучасні системи управління енергетикою інтегрують розумні лічильники електроенергії, систему активації PLC та Системи виконання виробництва (MES), щоб в реальному часі контролювати споживання енергії кожною підсистемою.
Аналізуючи навантаження машини, конкретний споживання енергії та ефективність підсистем, можна безперервно оптимізувати процес і домогтися додатково5%–10%зменшення використання енергії.
6. Рекомendовані конфігурації, які забезпечують економію енергії
Залежно від рівня інвестицій заходи з енергозбереження можна класифікувати в три категорії.
Заходи з низьким рівнем інвестицій стосуються термічного оздоблення, оптимального керування температурою PID і усунення протікання стиснутого повітря. Ці заходи вимагають мінімальних інвестицій, одночасно з тим що, зазвичай, вони зменшують споживання енергії на 5%–15%.
Рішення середнього рівня інвестуванняДо них належать сервопневматичні системи, насосні агрегати з регульованим частотою обертання, синхронні електродвигуни з постійними магнітами та платформи для контролю за енергоспоживанням. Ці модернізації загалом дозволяють досягти загальної економії енергії на 15–30%.
Вигідні рішення щодо інвестування.включають конструкції з високоефективними шестернями, кільцеві ножі з низьким втратою тиску, інтелектуальні системи керування та комплексні модернізації машин. Ці конфігурації особливо підходні для розробки нового обладнання або повної модернізації лінії виробництва і можуть забезпечити енергозбереження на 30% і більше.
7. Висновки
Споживання енергії машинами для видування обумовлене сукупним ефектом багатьох взаємопов'язаних підсистем, а не одного компонента. Значні зниження споживання енергії можливі за рахунок систематичної оптимізації системи приводу, гідравлічної системи, системи опалення, системи компримованого повітря, системи охолодження та параметрів процесу.
Встановлення наукових моделей споживання енергії, проведення аналізів споживання енергії на рівні підсистем та оцінка конкретного рівня споживання енергії дозволяють виробникам точно визначати основних споживачів енергії та впроваджувати цілеспрямовані стратегії оптимізації.
При безперервно працюючих машинах для видувного лиття повне впровадження сервогидравлічної технології, системи приводів з високою ефективністю, передових технологій нагріву, оптимізації стиску повітря і розумного управління енергією дає можливість досягти загальної економії енергії, що зазвичай становить20%–40%. As Industry 4.0 and smart manufacturing continue to evolve, data-driven energy monitoring and intelligent optimization are expected to become the core technologies for the next generation of energy-efficient blow molding equipment.
