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塑料机械节能技术的发展
发布时间:2011-10-18 17:29:13  本文已点击 2945 次
 
摘要:本文主要以成型设备、传动系统、辅助设备等为出发点,探究了近年来塑料机械节能新技术的发展情况,并对其各个系统的节能效果进行阐述,从而使人们对塑料机械节能技术的发展进程有更深入的了解。
关键字:塑料机械;节能技术;发展情况
从相关调查分析可知,近年来我国塑料制品业的速度增长高于国家GDP的增长,同时,随着塑料加工业的快速发展,塑料机械的用量也将不断增加。目前,全国在运行的塑料加工设备加上每年新增各类塑料加工设备耗电量巨大。加上我国承诺,到2020年每单位GDP二氧化碳排放量比2005年减少40 %~45 %,因此,我国塑料工业将面临着新的挑战。
一、传动系统节能技术的发展
1、电动机驱动系统
从当前的节能技术、保护环境的大局出发,高效率电动机是国际发展的趋势。因此,在塑料加工机械中使用的电机驱动系统,应该符合以下要求:①变频调速电机,应该使用“专用变频感应电动机+变频器”的交流调速方式,进而提高塑料机械自动化程度。例如, 将变频调速电机和储能装置安装在传统注塑机上,可以将节能效果提高30 %~70 %;②同步转矩电机,该电机具有结构紧凑轻便、转矩大、能源效率高以及维修费用少等特点,可以在挤出系统和下游辅助设备中推广使用。据分析,比起直流电动机,每台同步转矩电动机的耗电量降低10 %~20 %,而相比三相异步电机,则可以减少5 %~10 %;③开关磁阻电动机系统,由功率变换器、开关磁阻电动机以及控制器构成。比传统电机调速系统具有更加宽广的调速范围并能保持高效率运行。例如,山东安培电气公司研制的电机调速系统,由于其越来越优良的调速性能和节能优势,已在矿山以及塑机等行业得到推广与使用。
2、液压驱动系统
在转速不变的情况下,通过改变液压泵排量进而改变电机的负荷来达到节能效果的变量泵,若能配备在注塑机液压系统中,将使其输出功率与整机运行所需功率相匹配,可实现无高压节流技术,尤其是在、塑化、注射时节能效果更佳,平均节能可达30 %~50 %。同时,若在在传统注塑机上安装变频节能和储能装置等,节能效果高于70 %。例如,浙江申达塑料机械有限公司生产的FTA变量泵注塑机,其在工作时,可实现了闭环控制,比传统定量泵系统少耗电25 %~70 %。
3、全电动驱动系统
全电动驱动是指整个生产过程的运作都是电动驱动完成。与传统驱动系统相比,全电动驱动系统具有以下几方面特点:①能量利用率高,通过电机驱动系统可以有效地调节速度,其能耗可减少50 %左右;②操作简单,对环境的噪音污染小,同时消除了油雾对环境的污染,且设备的占地面积比传统设备要小许多;③加工过程更精确、可重复性更强,减小制品尺寸偏差,提高生产效率
二、成型系统节能技术的发展
1、电磁动态塑化技术
由华南理工大学瞿金平教授发明的电磁动态塑化技术,目前已在推广应用阶段。该技术在塑料塑化理论方面具有超越式的进展,已得到国际发明专利授权。此技术可以部分替代传统的主要以热能和机械剪切能进行塑料塑化的加工技术,可使节能节能效果达到40 %~50 %。此外,该技术还具有低噪音、低塑化挤出温度,对环境污染小,有利于操作工人的人身安全。
2、熔体泵技术
熔体泵技术实现了熔体输送、增压和计量的工作,使之在塑料挤出加工行业的得到广泛应用。熔体齿轮泵的特点是:运转可靠、容积效率高、能耗低以及结构紧凑等优点。同时,它还可以把挤出机计量段的增压功能转移到齿轮泵上,避免了挤出机在工作时存在的物料容易降解、剪切力大和功率消耗大等的缺陷。例如,科倍隆的一种新型熔体泵产品,已投入到大型聚乙烯复合和造粒系统的生产,不仅泵送效率高,还可以排除在复合过程中出现的故障,使节能效率提高到20 %左右。
3、新型螺杆设计技术
提高螺杆的设计效率将能更好地实现塑化混炼效果,还可以提高螺杆转速来提高产量和产品质量,也将有效的节省能耗。例如,,若考虑的是提高混合塑化效果和减小能量消耗, 则可以进行单螺杆挤出机的螺杆设计,理论上说挤出机应该设计成输入的能量正好满足聚合物熔融和混合所需要的能量。其中,单螺杆挤出机刚开始是三段式螺杆,随后由于新型高分子材料的不断涌现,推动着更优化的新型螺杆结构的发展,目前各类新型螺杆已达越200多种。同时,螺杆设计是整个挤出设备的核心,科学、有效地进行螺杆设计对于提高聚合物生产效率以及能源利用率,将会推进节能技术的发展。
4、随体冷却技术
从目前的分析看来,注射成型时塑料制品一般在脱模前实现冷却固化,而冷却又是注射成型周期中耗时最长的阶段。传统的模具冷却方式效率十分低,冷却时间长,而且模具中冷却制品出现较大的翘曲变形、形状与设计的不符,增加了产品的次品率会。然而,随体冷却技术是一种沿着型腔的轮廓对模具进行冷却的技术,该技术能够将制品快速均匀地冷却,冷却效果良好,缩短注射周期,并可以显著地提高能源的利用率。
三、控制系统节能技术的发展
在塑料加工过程中,当成型模具和材料配方等不可改变的情况下,产品主要依靠加工压力、速度、温度等条件来保证。而传统控制系统主要采用压力表、温度表、电位器和延时开关等来控制,若采用开环控制系统时,不能实现各个参数之间的反馈控制,所以,建立相应的在线监控控制系统将会提高能源利用率和提高制品的生产效率。
目前,国外先进的塑料加工设备控制技术,均通过在硬件上采用更为精密的测量仪器,并采用统计过程控制、闭环控制、串级控制反馈控制和智能控制的方法,进而实现加工过程中温度、压力和流量等个参数的智能化化控制。例如,Wong等人则利用具有卓越的开始/结束检测性能和可以追查熔体在模腔内位置的电容式传感器作为连续监测设备,检测物料注射、塑化、冷却等整个加工过程的状况,同时,还提供了一种可以评估凝固速率和产品收缩时间的标准,提高了监控关键工序和制品变量的效率。
四、结语
    从文章的探究分析可知,在确保制品质量的前提下,相关部门引入和使用有效的节能技术是实现能耗和物耗降低的重要手段。目前,各地塑料机械制造企业及相应研发机构都已经积极投入到开展节能技术的研发中。随着社会不断对节能减排提出新的要求,使得聚合物成型加工技术也在不断不断发展,节能型塑料机械的大规模应用是今后塑料机械发展的必然趋势。企业在设备购买及更新时应优先选择节能型设备,这必将加速塑料行业走上低碳经济发展的道路,促进塑料机械节能技术的高速发展。
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