新電機(jī)技術(shù)助力擠出機(jī)降低能耗、維護(hù)成本和噪聲

◆恒轉(zhuǎn)矩應(yīng)用得益于同步磁阻電機(jī)技術(shù)

在雙螺桿擠出機(jī)上安裝ABB同步磁阻電機(jī)（Syn－RM）和變頻器成套裝置可使能耗降低高達(dá)15%，還可大幅降低電機(jī)維護(hù)成本并減小可聞噪聲等。

Radius Systems工廠位于英國德比郡，擁有14條擠出生產(chǎn)線，可生產(chǎn)直徑范圍從16mm到1200mm的聚乙烯管材，以及一套注塑設(shè)備，為天然氣和水輸送等公共事業(yè)公司生產(chǎn)相關(guān)配件。

該工廠的八條生產(chǎn)線由直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)，其中很多直流電機(jī)的使用壽命已超過20年時(shí)間。然而，12號(hào)生產(chǎn)線利用率很高，但其182 kW直流電機(jī)經(jīng)常出現(xiàn)故障，導(dǎo)致停工增加和維護(hù)成本上升。據(jù)該公司估計(jì)，每臺(tái)電機(jī)僅每年的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)檢查、電刷更換和外包人工成本就達(dá)到2000英鎊左右。

◆“前”“后”監(jiān)測

Radius Systems邀請(qǐng)德比郡地區(qū)的ABB授權(quán)價(jià)值提供商Inverter Drive Systems（IDS）對(duì)12號(hào)生產(chǎn)線上的直流電機(jī)進(jìn)行“前”“后”監(jiān)測。這一舉動(dòng)證實(shí)了其節(jié)能潛力，同時(shí)確認(rèn)采用交流電機(jī)和變頻器成套裝置將滿足Radius Systems三年資本投資回收期政策的要求。

IDS銷售工程師Phil Nightingale表示：“監(jiān)測應(yīng)用對(duì)成功安裝設(shè)備至關(guān)重要。監(jiān)測使我們能夠準(zhǔn)確地確定真正的節(jié)能潛力，這意味著我們可以恰當(dāng)選擇交流電機(jī)和變頻器的型號(hào)。通常，我們能夠縮小所需要的電機(jī)和變頻器成套裝置的尺寸，同時(shí)超越生產(chǎn)目標(biāo)要求?！?/p>

IDS正是通過監(jiān)測確定了12號(hào)生產(chǎn)線直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速范圍。相關(guān)監(jiān)測數(shù)據(jù)表明，該直流電機(jī)對(duì)12號(hào)生產(chǎn)線來說型號(hào)過大，因此造成很多不必要的能耗。同時(shí)，盡管Radius Systems定期對(duì)電機(jī)進(jìn)行維護(hù)，但是由于電機(jī)的使用壽命已超過20年，其效率已遠(yuǎn)不及最初的設(shè)計(jì)值。

◆節(jié)能“帶寬”

據(jù)估計(jì)，面向12號(hào)生產(chǎn)線的SynRM成套解決方案的節(jié)能潛力在8－15%之間，投資回收期在兩年之內(nèi)。另外，通過消除直流電機(jī)的維護(hù)需求，成本預(yù)計(jì)將降低2000英鎊以上。

Radius Systems工程經(jīng)理Rob Betts表示：“我們很難量化選擇一個(gè)能夠提供準(zhǔn)確能耗計(jì)量數(shù)據(jù)的確切生產(chǎn)周期，因此我們估計(jì)節(jié)能潛力在8－15%之間。實(shí)際節(jié)能效益將取決于多個(gè)過程變量，比如原料類型、不同的產(chǎn)品系列和配置、壓模和料筒溫度和一般周圍環(huán)境條件。例如，低溫天氣能耗較高，這是因?yàn)檫^程預(yù)熱需要更多能量?！?/p>

◆先進(jìn)技術(shù)

SynRM是一款配備ABB工業(yè)變頻器ACS880的200 kW 1500 rpm IE4解決方案，其額定功率為200 kW，額定轉(zhuǎn)速為1500 rpm，能效等級(jí)為IE4，此解決方案的系統(tǒng)效率比標(biāo)準(zhǔn)交流感應(yīng)電機(jī)和變頻器成套解決方案更高。同時(shí)，該成套裝置的噪聲遠(yuǎn)比現(xiàn)有的直流電機(jī)要小得多。Betts表示：“SynRM大大降低了生產(chǎn)車間的噪聲，這項(xiàng)好處是我們之前未曾想到的。盡管我們還未測量噪聲水平，但是每個(gè)人都注意到整個(gè)工廠的噪聲明顯降低了，這本身就是一個(gè)鼓舞人心的‘測量結(jié)果’。”

現(xiàn)有直流電機(jī)的實(shí)際占地空間對(duì)我們提出了挑戰(zhàn)。Betts表示：“直流電機(jī)通常為細(xì)長型，而交流電機(jī)通常較短且直徑較大?！比欢琒ynRM比傳統(tǒng)感應(yīng)電機(jī)可以小兩個(gè)機(jī)座號(hào)，這為直接替換直流電機(jī)帶來很大好處。

◆恒轉(zhuǎn)矩挑戰(zhàn)

盡管SynRM已在諸如泵機(jī)、風(fēng)機(jī)和壓縮機(jī)這些二次轉(zhuǎn)矩應(yīng)用上試驗(yàn)成功，但是在例如擠出機(jī)這類恒轉(zhuǎn)矩應(yīng)用上的成功案例極少。盡管缺少恒轉(zhuǎn)矩應(yīng)用成功案例，Betts仍然對(duì)該解決方案充滿信心：“我們從未認(rèn)為采用這一新技術(shù)是在冒險(xiǎn)。該解決方案已被廣泛試驗(yàn)，而且我們對(duì)一流的ABB品牌充滿信心。因此，我們從未認(rèn)為這是一次冒險(xiǎn)。我們能夠制定周密計(jì)劃，將直流傳動(dòng)更換為Syn－RM，以便在短短5天時(shí)間內(nèi)完成所有安裝和調(diào)試工作?！?/p>

◆按時(shí)、按預(yù)算交付

Betts最后表示：“我們是否會(huì)再次考慮SynRM成套解決方案？答案是必然會(huì)。IE4和更高效率是未來的方向。如果價(jià)格具有競爭力，投資回報(bào)合理而且技術(shù)交付符合我們的時(shí)間要求，那么我們會(huì)毫無猶豫地選擇使用SynRM?！?/p>

“我們工廠安裝了300臺(tái)左右電機(jī)，其中大約20%為變速電機(jī)。在成功安裝SynRM成套裝置和獲得IDS服務(wù)支持之后，我們已決定在整個(gè)工廠統(tǒng)一采用ABB變頻器。ABB與IDS建立的合作網(wǎng)絡(luò)對(duì)我們十分重要，因?yàn)樗麄兡軌蛟诂F(xiàn)場為我們提供本地支持。”

ABB（www.abb.com）是全球電力和自動(dòng)化技術(shù)領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)企業(yè)，致力于幫助電力、工業(yè)、交通和基礎(chǔ)設(shè)施等領(lǐng)域客戶提高業(yè)績，同時(shí)降低對(duì)環(huán)境的影響。ABB集團(tuán)業(yè)務(wù)遍布全球近100個(gè)國家，擁有13.5萬名員工。

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圖1：Radius Systems為Polyplastic集團(tuán)旗下公司，從事電力、電信和建筑行業(yè)用塑料管材系統(tǒng)設(shè)計(jì)、研發(fā)和生產(chǎn)業(yè)務(wù)。

圖2：在Radius Systems，為擠出生產(chǎn)線提供動(dòng)力的傳統(tǒng)直流電機(jī)正逐漸被交流電機(jī)代替，這旨在提高能效，降低維護(hù)成本和噪聲。

圖3：Radius Systems成立于1969年，是唯一一家提供覆蓋整個(gè)管材生命周期解決方案的供應(yīng)商。

圖4：Radius生產(chǎn)直徑16mm到1200mm的聚乙烯管材，以及用于天然氣和給排水公用事業(yè)公司的相關(guān)配件。

圖5 和圖6：Radius的產(chǎn)品重量輕、易安裝，且針對(duì)新更換的基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行了優(yōu)化。Radius產(chǎn)品優(yōu)化利用原料，具有諸多特色，包括出色的阻隔性能、應(yīng)用專用涂層和簡化焊接工作。

圖7：200 kW IE4 SynRM電機(jī)整齊地安裝到擠出機(jī)用直流電機(jī)騰出的空間。

圖 8和圖 9：經(jīng)證明，SynRM電機(jī)和變頻器成套裝置在Radius Systems擠出生產(chǎn)線的恒轉(zhuǎn)矩應(yīng)用中與在泵機(jī)和風(fēng)機(jī)等二次轉(zhuǎn)矩應(yīng)用中一樣有效。