技術專輯主編前言 | 綠能機械與齒輪傳動技術專輯主編前言

作者:

 鄭詠仁

刊登日期:2021/08/30

2021年除了疫情影響全人類發展,因為溫室效應引發環境改變造成的區域性水災、森林大火顯得減碳不是環保的假議題。巴黎協議目標於2100年將全球平均升溫控制在2℃之內。要阻止地球持續升溫,一大關鍵就是淨零排放。目前國家設定目標為2050年溫室氣體排放量降為2005年溫室氣體排放量50%以下,這就要從節能、減碳排、碳中和來共同設定氣候行動的目標。工廠內大量使用的生產機械與廢氣排放成為減碳要角,機械設備的能源效率逐年受到重視。

美國於1992年通過能源效率法(EPAct),針對工商業使用的耗能產品,如國內最為熟知的三相感應馬達管制執行,於1997年後的新馬達必需符合EPAct能效使得輸入美國銷售,也因採取如此的規範,創造的節能效益相當於美國每年能源消費總量的3.5%左右。歐洲國家對於節能減碳更是不遺餘力,歐盟於2005年公告EuP(Energy-using Products) 指令(2005/32/EC) 限制產品用能標準及環境要求,並於2009年再公告ErP (Energy-related Products)指令(2009/125/EC)作取代,新的指令將管制產品範圍由原先能源使用產品(Energy-using products)擴大至能源相關產品(Energy-related products),對於受指令所管制的產品,除了應符合能源消耗要求之外,更需同時提供產品符合能耗及環境資訊揭露的符合性文件,最後再標上〝CE 〞標示,才算是符合指令要求,若無CE標誌是不得在歐盟市場上銷售的。這些管制的商品包含如空調機、鍋爐、熱水器、變壓器,馬達、風扇、暖空氣爐、幫浦、燈管、燈具等。

國內在能源局帶領下,推動各項能源政策,制定的實施計畫參照國際能源總署(IEA)建議之內容來逐步推動,主要包括制訂各項產品的能源效率標準、標章及最低能源效率管理(MEPS, Minimum energy performance standard)方法、發展國際測試程序、國際相容之標準測試環境、產業輔導與獎勵措施、市場監督等內容。除了馬達以外,泵浦、送風機、壓縮機、減速機等關鍵耗電設備也將隨著國際標準腳步,逐年訂定效率標準,不僅提升國內電力使用效率,也一併提升相關產品的附加價值。實際上,對於使用者來說,雖然高效率產品可能售價較高,但到整個產品使用的生命週期來看,高效率產品所節省下來的電費,很容易從幾年後就拿回高效率產品的價差,對使用者不僅環保,也節省金錢。此類綠能機械產品藉由不斷的效率提升來提升價值,以及帶來省電效果,長期對產業及國家都有不小貢獻。

隨著5G的普及,生產機械導入智慧化為必要的發展,加入聯網及智慧化功能已是產品價值再次提升的重大契機。架構在資通訊發展上,將工廠內各項機械聯網、採用節電策略運作的方式,如群體控制的最佳化,經過智慧訓練後的運轉流程改變,或是經由遠端資料庫學習而來的異常診斷、健康狀態監看與管理,減少了停機時間,提高整體效率,將有效提升整個機群的效能。資通訊的效率管理與聯控整合,約可節能20~40%,投入成本常常在2年內回收,可以說機械系統智慧化後的效益,潛藏著產業的重大機會。
本期綠能機械與齒輪傳動技術,共收錄8篇文章,包含如馬達、風機及泵浦等四篇文章,以及齒輪、減速機及差速器等四篇文章,提供讀者研習。

本期的第一篇文章為【全球馬達智慧化聯網系統趨勢解析】,將探討馬達智慧化聯網系統的發展進程、智慧馬達市場現況、市場驅動力與阻力、產業發展概況及產品特性,分析此新趨勢市場及產業走向。西門子、ABB等國際一流廠商智慧化較早,但國內東元、大同等亦緊隨其後。國內IE3高效率馬達推動後,較具備規模的製造廠取得較佳的競爭優勢,其後應可隨著智慧化的升級再創造產品價值,但工廠智慧化仍存在通訊整合難題,工廠設備繁多,各國各大型設備廠皆推出自有監測系統,將導致設備間難以互相整合,操作人員也將面臨過多不同操作介面而降低導入意願。若未來國內馬達及驅動設備廠商朝系統化方向整合,讓馬達及其驅動設備運轉狀態相容於同一平台,則可以在該系統中取得一定範圍內的整合度,減少通訊界面難題。

風機為下一階段工廠能源效率管理的重點設備,預計將接續FY111泵浦實施後,開始預告管理制度。國家的產業標準與管理制度均會以國際指標為主要依循對象,尤其是工業基礎設備更必須與國際連結,避免封閉標準造成產品進出口障礙。美國AMCA協會(Air Movement and Control Association)為最早的風機標準組織,ISO所訂定的風機標準亦多有參考。【AMCA風機能源指標介紹】一文簡介AMCA 208所訂定新的風機能源指標FEI (Fan Energy Index), FEI是風機革命性能源指標,風機選用是根基於相同操作點之風量與風壓來決定,只有滿足這些特定條件,且有較佳能效的風機才會被選用,這有助於更好地選擇風機類型和尺寸,風機節能才會被真正實踐。【離心泵浦節能診斷實務與量測工具】一文說明如何量測使用中泵浦效率,以及使用適當的量測設備,針對泵浦三個階段,如購買時期、安裝時期及使用時期,從買對泵浦,了解系統管路阻抗曲線、選用適當泵浦規格,使泵浦運轉於高效率區,來說明如何達到泵浦最佳節能效益。【流動化學系統之製程泵浦調控技術】一文則運用管路控制流量與泵浦控制流量兩種方法,驗證流動化學系統之微流道連續生產製程的可行性,可用於各項連續流體反應生產、分離與純化設備模組之製作,提升化學產業效能及降低生產汙染。

綠能機械的另一明日之星為電動車驅動系統,受限於行車里程與充電時間,提高傳動效率也是重要發展項目,【具扭力調控之差速器技術研究】一文開發重型載具底盤傳動扭力調配系統,此技術同時可提供傳動鏈限滑差速以及100%扭力鎖定功能,以電控配合機構,使之兼具高速動態穩定以及越野全扭力傳遞特性,增加安全可靠度以及降低失誤率。另一文章【摩擦片式限滑差速器設計參數分析與測試】則深入介紹多板摩擦式限滑差速器的構造及影響限滑百分比及扭矩分配比的因素,並以測試平台進行驗證,測試其扭矩分配比例與限滑能力。【高精度擺線針輪減速機分析研究】一文則應用機械動力分析軟體 ADAMS 探討擺線針輪減速機與RV減速機之輸出情形,建立模擬的流程,可作為軸承受力分析與最佳化設計參考。

齒輪是減速機的基礎,蝸線傘齒輪和戟齒輪具有高效率、高強度及低噪音的特性,廣泛應用在汽車產業的傳動系統和工業用減速機上。【傘齒輪製程優化技術】一文中介紹壓淬熱處理、齒輪智慧製造閉迴路及齒輪切削優化,來更有效率的提升齒輪的加工精度與效率。

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