注塑机电机节能技术改造项目可行性研究报告代项目建议书.docx
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注塑机电机节能技术改造项目可行性研究报告代项目建议书
康泰塑胶科技集团有限公司
注塑机电机节能技术改造项目
可行性研究报告
第一章 总论
1.1、项目背景
1.1.1项目名称、承办单位、主管部门、拟建地区和地点
1、项目名称：
康泰工业园注塑机电机节能技术改造项目
2、承办单位：
成都康泰塑胶科技集团有限公司技术中心
3、主管部门:
成都市经济技术委员会
4、拟建地点和改造内容：
本项目在康泰集团厂区内（四川省崇州市集中工业区宏业大道北段）对现有注塑机械进行设备技术改造，无新征土地和厂房,利用原有厂房面积1800m2，改造设备186台/套，以实现降低能耗40%的目标。
1.1.2承担可行性研究工作的单位
单位名称：
信息产业电子第十一设计研究院有限公司
1.1.3研究工作概况
1、项目建设的必要性
康泰公司目前生产所用注塑机全是采用变量泵动力系统，公司经多年生产实践发现，变量泵系统存在不少缺陷：
变量泵对流量变化的动态响应时间较长，导致注塑周期加长；机器的噪音变大；对液压油的清洁度要求较高。
另外，与电液伺服系统相比，变量泵系统耗电要高出不少。
当今塑料行业竞争激烈，如若继续使用当前变量泵系统的话，康泰公司将在产品的生产周期上跟不上节奏，同时因为耗电量大，也将会大大增加生产成本。
因此，为了减少生产成本，加快生产周期，节约能源，必须对当前的变量泵注塑机进行改造。
2．项目发展及可行性研究工作概况
在塑料工业中，注塑机是一种通用型机械。
在传统设计上，只考虑到共用性，设计时是以最大容量为基础，在实际的加工中，常常是大马拉小车的现象，所以，在注塑机运行过程中电能浪费相当严重。
注塑机的运行工序过程一般分为锁胶、射胶、熔胶、保压、冷却、开模等，随产品及加工工序不同，各工序所需液压、流量、压力不同。
对于油泵马达而言，注塑机在注塑过程的负载是处于变化状态。
其原注塑油泵马达以恒定的转速提供的液压流量，多余的液压将通过溢流阀回流，此过程称高压节流，高压节流效率一般为60%－70%。
能量损失多达30%－40%，同时由于液压长期全速循环流动与液压件机械剧烈磨擦，造成油温过高，噪音过大，机械寿命缩短等不良现象。
随着世界各国在环保，如能耗、噪音、泄漏等控制方面日益严格的要求，节能已完成为注塑机电液系统的研究重点。
目前，在注塑机节能、控制精度上，日本的全电动式注塑机相较于传统液压式注塑机具有非常明显的优势。
但全电动式注塑机的制造成本非常高、使用寿命、维护成本又不如全液压式注塑机，因此也制约了它的发展。
而电液伺服系统采用高性能的伺服电机与泵集成使用，根据注塑机生产的需要控制输出压力和流量。
采用电液伺服系统注塑机的特点是：
节电（比定量泵系统省电50%以上，比变量泵系统省电40%以上）、精密（注塑机制品重复精度高，动作重复精度高）、生产效率高（注塑成型周期短）、性价比高（售价略高于变量泵机型，但远低于全电式机型）
近年来，随着技术的进步用户对注塑机的效率、稳定性、可维护性、噪音等方面都提出了越来越高的要求。
注塑机的驱动部分从变频器应用、变量泵技术逐渐演变成伺服技术。
伺服节能注塑机驱动系统在兼顾成本与性能稳定性的前提下，完美的解决了用户最为关心的效率问题，以及工艺重复性、噪音等方面的需求，代表了国内外先进注塑机的发展方向。
经过改造后的注塑机，实际测试发现，伺服节能注塑机不但大大减少了耗电量且提高了生产效率。
1.2主要技术经济指标表
表1-1主要技术经济指标表
序号
项目
单位
数据和指标
备注
1
总投资
万元
1041
1.1
其中：
固定资产投资
万元
1004
1.2
铺底流动资金
万元
37
2
改造设备
台/套
186
3
改造节能分析
3.1
改造前
KW
4353
3.2
改造后
KW
2420
3.3
节能量
KW
1933
4
节电计算
4.1
日节电量
KWH
46932
4.2
年节电量
KWH
1693.308
4.3
工业用电单价
元/KWH
0.718456
4.4
年节电费
万元
1219
5
节煤计算
5.1
折标系数
1.229
5.2
年节煤量
吨
2081
6
节约收入
万元
1219
达产年平均
7
增值税及税金附加
万元
47
达产年平均
8
利润总额
万元
156
达产年平均
9
销售利润率
%
61.9
达产年平均
10
销售利税率
%
80.55
达产年平均
11
总投资利润率
%
39.71
达产年平均
12
总投资利税率
%
51.65
达产年平均
13
财务内部收益率
%
56.13
税后
14
财务净现值（ic=12%）
万元
425
税后
15
投资回收期
年
3.08
含建设期
16
盈亏平衡点
%
23.58
生产能力表示
1.3可行性研究结论
综上所述，本项目符合国家节能降耗政策，设备改造的技术工艺先进、成熟，可有效节约能源（电能），提高单位生产效率，降低生产成本，同时保护工作环境；而改造后设备制造出成品其市场潜力巨大，未来投资回报快，社会经济效益明显。
因此，本项目可行。
第二章 项目背景和发展概况
2.1项目提出的背景
2.1.1国家或行业发展规划
现在人们已公认一个国家或地区塑料的人均年消耗量及塑料工业在国民经济中所占的地位是反映工业发展与进步的重要标志之一。
中国塑料资源丰富，21世纪初主要合成树脂年产量达1.4万吨，排世界第4位。
并且中国合成树脂的产量还在以5%-10%的速度增长。
中国又是塑料消费大国，据统计，其年消耗量占世界第二，仅次于美国，而中国的人均消费仅为19kg，在世界排名第32位，是工业发达国家的11%-20%，可见中国的塑料工业还要大发展，塑料机械前景广阔。
根据塑料制品的市场分析，目前中国塑料机械行业产值每年约100亿元，而国内市场需求约200亿元，还有很大空间，注塑机的需求也逐步由南方向北方扩散，同时也带将带动塑料工业关联产业的发展。
2.1.2项目发起人以及发起缘由
中国注塑机虽然发展很快、生产品种也较多，基本上能供给国内塑料原料加工与塑料制品加工、成型所需的一般技术装备，个别产品也进入世界前列，但与工业发达国家如德国、日本、意大利相比，中国注塑机还有一定差距，主要表现在品种少、能耗高、控制水平低、性能不稳定等方面。
康泰公司现在生产所用注塑机全是采用变量泵动力系统，公司经多年生产实践发现，变量泵系统存在不少缺陷：
变量泵对流量变化的动态响应时间较长，导致注塑周期加长；机器的噪音变大；对液压油的清洁度要求较高。
另外，与电液伺服系统相比，变量泵系统耗电要高出不少。
当今塑料行业竞争激烈，如若继续使用当前变量泵系统的话，康泰公司将在产品的生产周期上跟不上节奏，同时因为耗电量大，不但会浪费大量能源，也将会大大增加生产成本。
因此，为了节约宝贵的能源资源，同时降低生产成本，加快生产周期，提高生产效率，必须对当前的变量泵注塑机进行改造。
由此，康泰塑胶科技集团设备技术中心（能源办公室）副组长张文霖提出对康泰公司康泰工业园二期车间的现有注塑机进行伺服节能技术改造。
2.2项目发展概况
2.2.1已进行的前期技改成果与测试检测工作（项目）情况
在进行大规模改造前，康泰公司挑选了三台不同型号的注塑机进行了伺服节能改造，然后与其它同型号的注塑机进行了对比，其详细情况如下表所示：
表2-1注塑机改造节能测试试验
项目
测试一
测试二
测试三
测试地点
康泰工业园二期管件
一车间
康泰工业园二期管件
一车间
康泰工业园二期管件
二车间
材料
PVC
PPR
PE
制品
Dn110等径三通
40×25异径弯头
变径125×160直通
机型
变量泵150注塑机
伺服节能150注塑机
变量泵125注塑机
伺服节能125注塑机
变量泵180注塑机
伺服节能180注塑机
每模耗电（KW/H）
0.0217
0.0130
0.0317
0.0196
0.0522
0.0319
节能对比
伺服机比变量泵机节能40%
伺服机比变量泵机节能40%
伺服机比变量泵机节能40%
经以上三项测试足见伺服节能注塑机在能耗方面的优势，康泰公司共有注塑机上百台，改进为伺服注塑机后可见在能耗方面将会大大降低。
2.2.2项目立项情况
本项目于2011年8月8日上报崇州市经济局立项备案。
2.3投资的必要性
在塑料工业中，注塑机是一种通用型机械。
在传统设计上，只考虑到共用性，设计时是以最大容量为基础，在实际的加工中，常常是大马拉小车的现象，所以，在注塑机运行过程中电能浪费相当严重。
注塑机的运行工序过程一般分为锁胶、射胶、熔胶、保压、冷却、开模等，随产品及加工工序不同，各工序所需液压、流量、压力不同。
对于油泵马达而言，注塑机在注塑过程的负载是处于变化状态。
其原注塑油泵马达以恒定的转速提供的液压流量，多余的液压将通过溢流阀回流，此过程称高压节流，高压节流效率一般为60%－70%。
能量损失多达30%－40%，同时由于液压长期全速循环流动与液压件机械剧烈磨擦，造成油温过高，噪音过大，机械寿命缩短等不良现象。
随着世界各国在环保，如能耗、噪音、泄漏等控制方面日益严格的要求，节能已完成为注塑机电液系统的研究重点，目前，在注塑机节能、控制精度上，日本的全电动式注塑机相较于传统液压式注塑机具有非常明显的优势。
但全电动式注塑机的制造成本非常高、使用寿命、维护成本又不如全液压式注塑机，因此也制约了它的发展。
而电液伺服系统采用高性能的伺服电机与泵集成使用，根据注塑机生产的需要控制输出压力和流量。
采用电液伺服系统注塑机的特点是：
节电（比定量泵系统省电50%以上，比变量泵系统省电40%以上）、精密（注塑机制品重复精度高，动作重复精度高）、生产效率高（注塑成型周期短）、性价比高（售价略高于变量泵机型，但远低于全电式机型）。
康泰公司作为西南地区最大的化学建材生产企业之一，拥有注塑设备百余台，现采用的变量泵注塑机对流量变化的动态响应时间较长，导致注塑周期加长；机器的噪音大；对液压油的清洁度要求较高。
另外，与电液伺服系统相比，变量泵系统耗电仍然要高出不少。
为了节约宝贵的能源，环境保护，同时提高生产效率使公司在市场激烈的竞争中占取优势，需要对现有设备进行必要的节能技术改造。
第三章市场分析与建设规模
3.1市场调查与预测
中国塑料工业经过长期的奋斗和面向全球的开放,已形成门类较齐全的工业体系,成为与钢材、水泥、木材并驾齐驱的基础材料产业,作为一种新型材料,其使用领域已远远超越上述三种材料进入21世纪以来，中国塑料工业取得了令世人瞩目的成就，实现了历史性的跨越。
作为轻工行业支柱产业之一的塑料行业，近几年增长速度一直保持在10%以上，在保持较快发展速度的同时，经济效益也有新的提高。
塑料制品行业规模以上企业产值总额在轻工19个主要行业中位居第三，实现产品销售率97.8%，高于轻工行业平均水平。
从合成树脂、塑料机械和塑料制品生产来看，都显示了中国塑料工业强劲的发展势头。
3.1.1塑料建材：
新经济增长点
今后5-15年，塑料建材将成为新的消费热点和经济增长点。
随着塑料建筑制品的品种逐步系列化、配套化和标准化，环保节能的要求和推广应用的力度加大，各种塑料管、门窗、高分子防水材料、装饰装修材料、保温材料及其他建筑用塑料制品的需求将有较大幅度增加。
按照建设部“十一五”规划，5年内建筑节能要达到1.01亿吨标准煤，节能建筑总面积要超过21.6亿平方米，其中新建筑16亿平方米，改造现有建筑5.6亿平方米。
中国有400亿平方米既有建筑，目前约有三分之一需进行节能改造，按照每平方米200元的改造标准，这部分建筑节能材料和技术在未来的市场容量可达2.6万亿元。
由于塑料管道具有节能、节材、节水、节地的特点，到2011年建筑给水和排水管道80%将采用塑料管，建筑雨水排水管道70%采用塑料管。
“十一五”期间，塑料管道工程用量平均每年将达200万吨。
而综合成本较低、性能优越、一次性投入稍高的塑料新型材料如PU、EPS、XPS、PP、PVC等发泡材料的应用前景潜力巨大，拓展领域十分广阔。
近几年，我国塑料管道产业发展很快，品种规格不断增加，产品质量不断提高，企业规模不断扩大。
其中万吨级产能的生产企业超过70家，10万吨级的企业也有10家左右，其中PVC-U管材生产企业年生产规模超过1万吨的企业60多家。
随着国家对环境保护的日益重视，未来5年内国家将在排水管网建设方面投入巨资，这意味着塑料埋地排水管的发展市场空间加大。
3.1.210%的增速 可能持续数十年
业内人士认为，塑料管道产品每年大于 10%的速度增长有可能要持续三四十年。
因为中国是发展中国家，公共基础设施和市政建设都相对落后，因此不论遇到多大的经济危机，发展城市基础设施建设是大趋势。
与发达国家相比，中国目前在市政公用设施方面还相对落后。
今后10～20年的时间内，城市的市政公用设施投资需求不会降低，并将向城郊、城镇和中心村延伸和扩大。
“十一五”期间，中国市政公用设施总投资将达到5万亿元左右，年均增长约为20％。
比如近年城市和农村新建建筑面积每年分别达10亿平方米左右。
在这个过程中，塑料管道是必不可少的材料。
从历史上看，每个国家在应对经济危机时，采取的办法都是加大基础设施建设。
中国的城市化建设要赶上世界发达国家的水平，还有很长的路要走。
去年国务院常务会议审议通过了扩大内需促进增长十项措施，其中多项措施都能给塑料管道行业带来机遇。
比如，加快建设保障性安居工程；加快农村基础设施建设，加大农村沼气、饮水安全工程和农村公路建设力度，加强大型灌区节水改造；加快铁路、公路和机场等重大基础设施建设；加强生态环境建设；加快城镇污水、垃圾处理设施建设，支持重点节能减排工程建设等为塑料管道行业提供了良好的市场环境。
另外，四川地震灾区的恢复重建，新农村水、电、路、气、房的建设工程等都需要大量的塑料管道。
中国是水资源严重短缺的国家，解决城乡居民饮用水已成为首要难点。
在这样的形势下给水工程已成为各地基础建设的重点。
国家也将大型的水利设施建设列为工作重点。
据专家预测，到2011年城市供水量达700亿立方米。
给水工程将是塑料管道历史性大发展的第二大机遇。
记者还了解到一个数字：
中国正在运行的城市供水管，约有13万千米已到使用年限，需要更新和修复。
在未来10年内，仅此一项投资就将高达8000亿元。
3.1.3新兴管网市场越来越广
除了建筑给排水管道，还有一批新兴管道的应用市场越来越多。
1、污水排水管网。
原国家环保总局提供的数据表明，到2011年所有城市的污水处理率不低于60%，污水资源化对城市排水、雨水管网提出更高的要求。
一个大中城市的污水处理厂建设资金约为2亿元，而完善污水厂的管网建设就要4亿元。
2、燃气管网。
进入21世纪的中国能源结构正发生转变，天然气将成为我国能源的首选。
按照国家发展计划，在本世纪前20年中国要开工建设四大天然气管网。
输送天然气的高压主干线目前还是采用大直径、高强度的涂塑钢管，而天然气进入城市后就要铺设分送到用户的聚乙烯中压燃气管网。
以西气东输工程为例，主干线钢管使用量是172万吨，铺设到各个城市的聚乙烯燃气管就需要近200万吨。
3、光缆护套管网。
中国邮电通讯事业已跨越了从电缆通讯到光纤通讯的历史阶段，塑料光缆护套管的发展也超过人们预先的设想。
预计以后光缆护套管的年用量将提高到10万吨以上。
4、埋地电力管网。
21世纪城市建设的一个明显标志是，城市现在马路两边林立的所有电力、通讯线统统从天上埋入地下。
一种新型的氯化聚氯乙烯（CPVC）电力保护套管由于具有高强度、高耐温性、阻燃效果好和高绝缘性及耐老化、耐化学腐蚀等优秀的综合性能，在该领域将大有作为。
据统计，我国每年氯化聚氯乙烯电力保护套管使用量1万千米以上。
住房和城乡建设部科技发展促进中心评估推广处处长高立新介绍说，根据原建设部的规划，我国塑料管道推广应用应达到下列目标，到2011年，塑料管道在全国各类管道中市场占有率达到60％以上。
其中，建筑给水和建筑排水管道80％采用塑料管；建筑雨水排水管道70%采用塑料管；建筑电线穿线护套管90%采用塑料管；城镇供水管道70％采用塑料管；城镇排水管道50％采用塑料管；城镇燃气管道60％采用塑料管。
可见塑料管道还有很大的发展空间，而2011年是发展的关键。
随着产量和质量水平的上升，在国外公司进入我国的同时，我国一些企业的塑料管道也走出国门，有的企业产品已销往东南亚、中东、非洲、美洲及欧洲等地区。
由于金融危机的影响，今年塑料管道出口可能会面临一些困难，但也并不是无所作为。
据介绍，中国的产品和技术出口在海外还是有一定市场的。
比如，印度的塑料管道产业比较落后，建筑材料中更多的还是选择水泥管等传统产品，中国塑料管道在这里市场潜力很大。
中国企业应该选择一些产品需求档次比较合理的地区，举办一些有针对性的展会，把国外客户吸引过来，拓宽国际市场领域。
3.2技术改造方案和建设规模
3.2.1具体技术改造方案
1、工艺技术
影响注塑机节能性的因素主要有三项:
a流量设定与马达转速的线性（即控制器及其转接器输出信号的线性）。
线性越好,节能效果越好。
b控制系统的响应速度。
控制系统的速度响应越快,节能效果越好,加工效率越高;控制系统的力矩（电流）响应越快,制品品质越好。
因此,AC伺服系统较变频器驱动好。
c驱动单元的控制方式和选用。
变频器的矢量控制的低速力矩特性比V/F控制得好,矢量控制低速可输出150%的额定力矩,其制品质量好;带PG反馈的矢量控制的动态速降小,动态速降的恢复时间短,其制品质量更好;伺服系统零速可输出200%的额定力矩,动态速降更小。
采用伺服系统驱动的节能型注塑机,其节能效果最好,效率最高,制品质量最好。
在液压系统中，泵的输出功率为W=PXQ，式中，P为泵输出压力，Q为泵输出流量，从该表达式中可以看出，改变泵的输出压力或输出流量，均可改变泵的输出功率。
总所周知，注塑机各个动作所需的功率不一样，而且变化较大，若能使泵的输出功率与负载功率相匹配，则可达到节省能源的效果。
不难看出，在负载一定的情况下，在定量泵液压系统中，由于泵输出的流量是一定值，但负载有速度要求，所以一部分流量需从主溢流阀流回油箱，这就是常说的溢流损耗。
另外，由于用比例节流阀做调速回路，所以又存在节流损耗。
在开环变量泵液压系统中，由于有斜盘改变泵出口的大小，从而改变了泵输出流量的大小，所以没有溢流损耗，但是，开环变量泵在流量控制状态下也存在着节流损耗，所以，开环变量泵的调速回路是容积——节流调速回路。
闭环变量泵由于其是用一比例减压阀或比例伺服阀控制斜盘活塞，使斜盘保持一定的开口，当泵输出压力达到预定压力（由压力传感器监测）时，泵切换至压力控制状态，所以，闭环变量泵既无溢流损失，也无节流损失。
由于这类液压系统在国内都是用得比较多的，相信大家对这些系统的原理都已耳熟能详，这里不再赘述。
对变量泵（开环或闭环）液压系统而言，它有以下必要特性：
表3-1变量泵（开环或闭环）液压系统的必要特性
必要特性编号
液压系统
液压泵
A
节能
容积调速（流量可变）
B
压力、流量比例控制
高机械效率
C
动作高响应
压力控制状态和流量控制状态能顺畅地切换
同样，对于伺服节能系统液压系统而言，它也应该有它的必要特性。
可以先对伺服电机的工作原理做一番了解，这有助于导出伺服节能系统液压系统的必要特性。
康泰公司采用交流伺服电机通常都是标准应用伺服电机，有鼠笼形转子和杯形转子两种结构形式。
与普通电机一样，交流伺服电机也由定子和转子构成。
定子上有两个绕组，即励磁绕组和控制绕组，两个绕组在空间相差90°电角度。
笼型转子交流伺服电机的转子和普通三相笼式电机相同。
在这里以杯形转子交流伺服电机为例，其结构如图一：
杯形转子交流伺服电机的结构如图由外定子，杯形转子和内定子脉冲计数装置四部分组成。
转子由非磁性导电材料（如铜）制成，内定子仅作磁路用。
这类交流伺服电机转动惯量很小。
交流伺服电机的工作原理和单相感应电动机无本质上的区别。
但是，交流伺服电机必须具备一重要特性：
可控性。
即无控制信号时，它不应转动，特别是当它已在转动时，如果控制信号消失，它应能立即停止转动。
在控制绕组加控制电压（U2）的情况下，励磁绕组和电容串联，产生两相旋转磁场，适当选择电容的大小，可使通入两个绕组的电流相位差接近90°，因此便产生旋转磁场，这个旋转磁场可以看成是由两个圆形旋转磁场合成起来的。
这两个圆形旋转磁场幅值不等，但以相同的速度，向相反的方向旋转。
它们切割转子绕组感应的电势和电流以及产生的电磁力矩也方向相反、大小不等（正转者大，反转者小）合成力矩不为零，所以伺服电机就朝着正转磁场的方向转动起来，随着信号（U2）的增强，磁场接近圆形，此时正转磁场及其力矩增大，反转磁场及其力矩减小，合成力矩变大，如负载力矩不变，转子的速度就增加。
如果改变U2的相位，即移相180o（极性改变），旋转磁场的转向相反，因而产生的合成力矩方向也相反，伺服电机将反转。
若控制信号消失，只有励磁绕组通入电流（I1），伺服电机产生的磁场将是脉动磁场，脉动磁场分成的正反向旋转磁场产生的转距T¢、T的合成转矩T的方向与旋转方向相反，所以电机在控制绕组电压为零时，能立即停止，体现了控制信号的作用，如图二所示。
康泰公司采用的伺服系统的临界转差率大于1。
这样使伺服电机启动迅速，而且稳定运行范围大。
控制电压大小变化时，转子转速相应变化，转速与电压成正比。
控制电压的极性改变时，转子的转向也将改变。
图三是交流伺服电动机的机械特性曲线。
可以看出：
普通的两相和三相异步电动机正常情况下都是在对称状态下工作，不对称运行属于故障状态。
而交流伺服电机则可以靠不同程度的不对称运行来达到控制目的。
这是交流伺服电机在运行上与普通异步电动机的根本区别。
所以，伺服电动机的作用是驱动控制对象。
被控对象的转距和转速受信号电压控制，信号电压的大小和极性改变时，电动机的转动速度和方向也跟着变化。
现在可以导出伺服节能液压系统的必要特性：
表3-2伺服节能液压系统的必要特性
必要特性编号
液压系统
液压泵
伺服电机
适应性
A
节能
变速控制
高响应
压力流量比例控制
B
动作高响应
高机械效率
高效率
控制对象能顺畅地切换
C
低速时大转矩
图四和图五分别是伺服节能系统的马达效率和输出转矩图（与诱导马达对比）。
伺服节能系统液压系统的控制原理：
图六、图七是康泰公司采用的伺服节能系统液压系统简图。
图六
图七
该系统也有两种工作状态：
流量控制状态和压力控制状态。
在流量控制状态下，压力传感器所监测到的压力小于设定的压力，伺服马达按流量控制状态工作，即控制伺服马达的转速，使泵的输出流量保持在设定值。
流量控制状态时，泵处于流量闭环控制状态。
在压力控制状态下，压力传感器所监测到的压力将达到或达到设定值时，伺服马达按压力控制状态工作，即控制伺服马达的转速至最小，仅向系统控制泄漏或保压所需的流量。
此时泵处在压力闭环控制状态。
2、驱动系统设计
康泰公司采
升级会员 