变频器在双工位挤出吹塑中空成型机节能改造中的应用

1  引言
    当今社会一方面经济快速发展，另一方面能源日趋紧缺，发展与能源之间的矛盾越来越突出，能源紧缺问题已成为社会发展中的重要问题，如何降低能耗、节约能源，各级政府也提出了更具体、更严格的量化指标，对于各企业来说节约能源已是责无旁贷，因而近几年各行各业的节能技术与节能产品不断地得到推广与应用，其中变频节能技术是主要节能技术之一，已被广泛应用于塑胶、水泥、化工、中央空调等领域。
    塑胶行业是主要工业之一，其耗电在工业耗电中占有很大的比重，随着市场竞争的日渐激烈，如何降低生产成本，提高产品市场竞争力成了各塑胶企业关心的问题，而在各企业生产成本中塑料设备用电占了很大部分，现有设备中存在很大的电能浪费，本文以深圳市国兆节能科技有限公司设计的国兆GZS系列节电器为例，讲述了变频节能技术在塑胶设备—双工位挤出吹塑中空成型机节能改造中的应用，并阐述了推广该项节能技术的必要性和可行性。

2  挤出吹塑中空成型机工作原理及构成
2.1 工作原理
    吹塑中空成型机是中空制品的主要成型设备之一，主要有挤出吹塑中空成型机、注射吹塑中空成型机、拉伸吹塑中空成型机和不对称吹塑中空成型机等类型，其中挤出吹塑中空成型机是采用挤出机单元的机筒加热和螺杆的剪切作用使塑料塑化，旋转的螺杆将塑化、均化后的塑料经机头挤出形成管坯，合模装置将管坯夹紧后由切刀装置将管坯切断，在切断前先进行预吹气，主要是为了防止管坯壁粘连，合模吹气装置将管坯切口封死同时吹入一定压力的空气，使型坯紧贴模具腔内壁，经冷却后去除废边，合模装置分开，即获得所需中空制品，流程图如图1所示。

 图1  挤出吹塑中空成型机工艺流程

 2.2 主要构成    
    挤出吹塑中空成型机主要由挤出机、机头、合模装置、吹气装置、液压传动装置、加热冷却控制系统和电气控制系统等构成，设备外形图如图2所示。

图2  挤出吹塑中空成型机设备外观图

    机械装置包括主要有挤出装置（螺杆挤出机）、机头、移模机构、开合模机构、升降机构、吹气装置、坯料电热切刀装置和抬模头装置等；气动装置部分主要用于气缸工作及制品的吹塑等；冷却装置主要采用冷却水进行冷却,冷却水主要供模具、机筒、吹针等部位的冷却用。
    电气控制系统主要有由挤出机电气传动控制系统、油泵电机传动系统控制、机头及挤出机的加热与温控系统、动作程序控制系统（PLC）、人机界面等组成，其示意图如图3所示。

图3  挤出吹塑中空成型机电气控制示意图

2.3 双工位挤出吹塑中空成型机
    如上文所述目前吹塑中空成型机主要有挤出吹塑中空成型机、注射吹塑中空成型机、拉伸吹塑中空成型机及不对称吹塑中空成型机主要几种类型，其中挤出吹塑中空成型机又分为单工位挤出吹塑中空成型机、双工位挤出吹塑中空成型机及多层挤出吹塑中空成型机，其中双工位挤出吹塑中空成型机主要用于冷却时较长的中空制品，其具有两套合模和移模装置，在制品冷却的同时另一套模具进行合模、成型动作，与单工位机型相比，双工位机型在生产制品时充分利用冷却时间，一方面提高了产量，另一方面也可保证质量，本文就以双工位挤出吹塑中空成型为例介绍变频节能技术在此在设备中的应用。

3  双工位挤出吹塑中空成型机的变频节能改造
3.1 变频节能原理
    双工位挤出吹塑中空成型机原有系统中油泵电机始终以恒定速度运行,当工艺所需的压力变化时通过油路系统的比例流量来调节,多余的液压油则通过溢流阀卸回油缸,这样并造成很大部份的能量浪费，由泵类负载工作特性可知泵的流量与转速成比例关系，扬程与转速成平方关系，电机轴功率与转速成立方关系,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—转速；
     H—扬程。
    如图4所示当流量由QA减少到QB时由于管阻特性，工作点由A点转移B点，消耗的功率与0QBBHB面积成正比，若采用变频控制其管阻特性不变，工作点由A点转移到C点，消耗的功率与0QBCHC面积成正比，从图4可知采用变频调速比采用阀门控制节能，且随着转速的降低电机功率成立方关系减少，如果能根据注塑工艺适时地调节油泵电机转速即可达到节能目的。

图4  变频控制与阀门调节比较

    目前三相异步电动机大多采用变频调速，由电机同步转速公式：
    n=60（1-S）f/p；
    其中: S—转差率；
     f—供电频率；
     p—极对数。
    由上式知道通过改变电源频率便可改变电机转速,根据中空吹塑成型机的工艺调节油泵电机的转速,从而使溢流阀的回流量减到最小,液压系统输出功率与生产所需功率相匹配,这样便可达到节能目的,据不完全统计改造后其电机节电率可达25%～65%。