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第三方检测机构如何开展注塑机能效评估工作

2025-07-23

微析研究院

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机械设备

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机械设备服务介绍

注塑机是塑料加工行业的核心设备,其能耗占企业生产总能耗的30%~50%,能效水平直接影响企业运营成本与低碳转型进度。第三方检测机构作为独立、客观的评估主体,需通过标准化流程与专业技术,精准识别注塑机能耗瓶颈,为企业提供可落地的能效提升方案。本文围绕第三方机构开展注塑机能效评估的全流程,从准备工作、标准依据、测试实施到报告编制,拆解具体操作细节与技术要点。

评估前的准备工作:精准对接需求与设备信息

第三方机构开展评估前,首要任务是收集注塑机的基础资料。需向企业索要设备铭牌(包含注射量、锁模力、电机功率、加热功率等参数)、出厂技术说明书、近1年的维护记录(如液压油更换、加热圈维修情况),以及当前使用的工艺参数表(注射压力、保压时间、模具温度、螺杆转速等)。这些资料能快速勾勒设备的“基本画像”,避免测试中因信息缺失导致的偏差。

随后需进行现场勘察。工程师需实地查看注塑机的安装环境:比如设备是否靠近热源(如烘箱)导致散热不良,液压油箱的通风情况是否良好,加热系统的保温层是否破损。同时要与企业生产负责人沟通,确认评估期间的生产计划——需选择企业正常生产的工况(如使用常用塑料原料、生产常规产品),避免因临时调整工艺导致测试数据不具代表性。

最后需制定测试方案。方案需明确测试的时间(如选择生产高峰期,确保设备满负荷运行)、测试的工况(空载、负载)、使用的测试设备(如功率分析仪、温度传感器),以及企业需配合的事项(如提供稳定的原料供应、暂停设备调试)。方案需提前与企业确认,避免测试当天出现衔接问题。

标准依据:锚定权威规范的“卡尺”

第三方评估的核心是“用标准说话”,国内注塑机能效评估主要依据两项国家标准:一是GB/T 32086-2015《注塑机能耗测试方法》,规定了能耗的测试项目(空载能耗、负载能耗、单位产品能耗)与计算方法;二是GB 21454-2014《注塑机能效限定值及能效等级》,明确了不同规格注塑机的能效等级(1级为最高能效,3级为市场准入门槛)。例如,对于注射量500g的液压注塑机,1级能效要求单位注射量能耗≤0.4kJ/g,3级要求≤0.6kJ/g。

国际标准方面,可参考ISO 17025《检测和校准实验室能力的通用要求》(确保检测过程的公正性与准确性),以及ISO 14064《温室气体核算与报告标准》(若企业有碳足迹核算需求)。需注意,若企业产品出口至欧盟或北美,还需结合当地标准(如欧盟的ERP指令)调整评估指标,确保结果的通用性。

标准的应用需“灵活但不越界”:比如GB/T 32086要求负载测试需使用“企业常用原料”,若企业同时使用PP和ABS两种原料,需分别测试两种原料下的能耗,避免单一原料导致的结果偏差;若设备为伺服驱动注塑机,需额外测试伺服系统的能耗反馈效率(如制动能量回收比例),这是传统液压注塑机没有的指标。

测试设备:确保数据准确的“武器库”

测试设备的精度直接决定评估结果的可信度。第三方机构需选用经计量认证(CMC)的设备:功率分析仪用于测量电机、加热系统的输入功率,精度需达到0.5级以上(即测量误差≤0.5%);温度传感器用于监测液压油温度、模具温度,精度需达到±0.5℃;电子秤用于称量产品重量(计算单位注射量能耗),精度需达到0.1g。

设备校准是关键环节。测试前需确认设备在计量有效期内——比如功率分析仪需每12个月送第三方计量机构校准,校准报告需包含“示值误差”“重复性”等指标。现场测试前,需用标准电阻箱对功率分析仪进行现场核查,确保设备处于正常工作状态。

设备布置需符合标准要求:比如功率分析仪需串联在注塑机的主电源线上(避免测试分支电路导致数据遗漏);温度传感器需贴附在液压油箱的侧壁(避免贴在底部导致温度测量偏高);电子秤需放置在水平、稳定的台面上(避免震动导致称量误差)。

现场测试:还原真实工况的“快照”

测试前需让注塑机“预热”——按照企业正常开机流程运行30分钟,确保液压油温度(一般为40℃~50℃)、加热圈温度(根据原料设定,如PP为180℃~220℃)达到稳定状态。预热完成后,先进行空载测试:关闭模具,螺杆不注射原料,让设备按正常周期运行15分钟,记录电机的平均输入功率、加热系统的平均功率,计算空载能耗(单位:kW·h)。

空载测试完成后进行负载测试。需使用企业当前生产的模具与原料,按照正常工艺参数连续生产至少30件产品(GB/T 32086要求“足够数量以保证统计意义”)。测试过程中需记录每一个生产周期的时间(cycle time)、电机功率曲线、加热功率曲线、产品重量。例如,某注塑机生产一个塑料杯的cycle time为25秒,连续生产30件需12.5分钟,期间需记录总用电量(kW·h)、总产品重量(g)。

测试中需注意“异常数据”的处理:比如某一cycle的时间突然延长(可能是原料堵塞),需剔除该数据,重新测试一个cycle;若加热功率突然飙升(可能是加热圈短路),需暂停测试,待企业维修后重新开始。所有测试数据需实时记录在纸质表格或电子系统中,避免事后补录导致的错误。

数据处理:从“数字”到“结论”的转化

数据处理的第一步是“整理原始数据”:将空载测试的15分钟功率数据取平均值,得到空载功率(P0,单位:kW);将负载测试的总用电量(E总,单位:kW·h)减去空载用电量(P0×测试时间/60),得到有效负载用电量(E有效)。

接下来计算关键指标:单位注射量能耗(E1)= E有效 / 总注射量(总产品重量,单位:g),单位为kJ/g(1kW·h=3600kJ);单位产品能耗(E2)= E有效 / 产品数量,单位为kJ/件。例如,若E有效=0.5kW·h(1800kJ),总注射量=4500g,产品数量=30件,则E1=1800/4500=0.4kJ/g,E2=1800/30=60kJ/件。

然后进行“标准对比”:将E1与GB 21454中的能效等级对照,若E1≤0.4kJ/g,则为1级能效;若0.40.6kJ/g,则未达到市场准入要求。同时需分析能耗分布:比如某注塑机的加热系统能耗占比达40%,说明加热系统可能存在保温不良的问题;若液压系统能耗占比达50%,可能是液压泵效率低或泄漏严重。

能耗瓶颈排查:找到“高能耗”的根源

工艺参数是影响能耗的重要因素。比如注射压力设置过高(超过原料所需的最小压力),会导致电机过载,能耗增加——可通过逐步降低注射压力(每次降低5bar)并观察产品质量(如是否有缩痕),找到最优压力值;保压时间过长(超过原料冷却所需的时间),会延长cycle time,增加单位时间能耗——可通过测试不同保压时间下的产品重量(若重量稳定,则可缩短保压时间)。

设备状态是另一关键因素。比如加热圈的保温层破损,会导致热损失增加——用红外测温仪测量加热圈表面温度,若表面温度比设定温度高20℃以上,说明保温不良;液压系统泄漏(如密封件磨损),会导致液压泵需持续补充压力,能耗增加——可通过观察液压油的泄漏情况(如油箱液面下降速度)或测量液压系统的压力损失(用压力表测泵出口压力与执行元件进口压力的差值)判断。

模具因素也不可忽视。比如模具的冷却通道堵塞,会导致模具温度升高,需延长冷却时间,增加能耗——可通过测量模具进出水的温度差(若温差小于5℃,说明冷却通道堵塞);模具的分型面不平整,会导致锁模力需求增加,电机能耗增加——可通过检查分型面的磨损情况(如是否有划痕)判断。

评估报告:传递价值的“最终载体”

评估报告需“逻辑清晰、数据详实、建议可落地”。报告的结构一般包括:1、前言:说明评估的目的(如“为企业提供注塑机能效等级认定及能耗优化建议”)、范围(如“评估1台型号为HTF500的液压注塑机”)、依据(如“GB/T 32086-2015、GB 21454-2014”);2、设备概况:设备型号、生产厂家、使用年限、工艺参数、维护记录;3、测试过程:测试设备、测试工况、测试步骤;4、测试结果:空载能耗、负载能耗、单位注射量能耗、单位产品能耗,附功率曲线、温度曲线等图表;5、能耗分析:对比标准值的结果(如“该设备单位注射量能耗为0.55kJ/g,达到2级能效”)、能耗分布(如“加热系统能耗占比42%,液压系统占比48%”)、高能耗原因(如“加热圈保温不良,热损失率达25%”);6、改进建议:针对高能耗原因提出具体措施(如“更换带保温层的加热圈,预计降低加热能耗15%”“调整注射压力从120bar降至100bar,预计降低电机能耗10%”)。

报告的可信度需通过“痕迹管理”体现:需附测试设备的校准报告复印件、现场测试的照片(如功率分析仪的连接方式、温度传感器的安装位置)、数据记录的原始表格。最后需加盖第三方机构的CMA(中国计量认证)章和公章,以及检测工程师的签字,确保报告具有法律效力。

报告的交付需“通俗易懂”:除了专业内容,需用图表(如能耗饼图、能效等级对比图)直观展示结果,避免过多专业术语;针对企业负责人,需重点说明“能效提升后的经济效益”(如“若降低能耗10%,每年可节省电费5万元”),增强企业实施改进的动力。

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