輪胎式集裝箱門式起重機的節能技術研究

何平

（上海振華重工（集團）股份有限公司，上海200125）

輪胎式集裝箱門式起重機的節能技術研究

何平

（上海振華重工（集團）股份有限公司，上海200125）

本文在分析輪胎式集裝箱門式起重機能量消耗的基礎上，分別從能量輸出端、能量傳輸端及能量利用端3個部分論述了節能技術的具體應用，旨在實現節能減排的目的。

輪胎式集裝箱門式起重機；節能技術；應用

隨著人們環境保護意識的提升，加之能源緊缺問題越來越突出，我國越來越重視節能減排工作的開展。工業領域中，港口工業具有十分重要的作用，但其能源消耗、環境污染問題也比較嚴重，促使交通部門提升了對港口節能減排工作的重視程度。輪胎式集裝箱門式起重機（RTG）作為港口工業發展中的重要設備，必然要實現節能減排、降低污染。現階段，各RTG制造商及配套商均已經開始研發節能技術，以降低RTG的能耗，并減少使用過程中污染物的排放，促進RTG整體工作效率的提升，最終，使港口工業更為繁榮的發展。通過本文的研究，旨在為RTG實際節能工作的開展提供參考。

1 RTG能量消耗分析

RTG屬于港口中移動設備的一種，主要負責搬運材料，往返于港口與堆場之間。RTG在裝卸集中箱時，可承受的重量達到50 t，速率為每分鐘1次。當前，RTG的電主要來源于機載柴油機發電機組，AC升舉電動機的速度能夠變化，其能量來自于變頻器，通過變頻器的電壓及頻率，保證提升與下降的正常進行。每次提升時，AC電動機所提供的功率均需要短暫的達到峰值狀態，而降低集中箱過程中，AC電動機制止進行，轉變為發電機，繼續提供能量。在整個升舉周期中，耗費能量的40%均屬于可再生能源，對于下降過程中的可再生能源，RTG將其供給給機載電阻器，電阻器對其作出轉化，變為熱量后再消耗，同時，受到RTG高循環特性的影響，無法再次生產使用此種免費能量。

2 RTG的節能技術

由上章分析內容可知，RTG起重機運行過程中需要消耗的能量比較大，而且可再生能源占據其中的40%，具有巨大的節能降耗空間，而且技能降耗工作涉及能量輸出端、傳輸端及利用終端。

2.1 能量輸出端節能技術

能量輸出端是指發電機組電能輸出部分，該部分主要采取將發電機組效率提升的方式實現節能，常規意義上講，就是將柴油機能量利用效率有效提高，目前，可采用的辦法包含兩種：

（1）提高柴油機效率。系統載荷并非是固定的，且不具備線性特征，普通RTG柴油機工作時，速度進包含兩種，一是怠速，即待機狀態；二是全速，即工作狀態[1]。載荷不大情況下，柴油機的效率并不高，導致能量浪費產生。在某種需求功率中，柴油機轉速不同，油耗也會存在差異，這是由其特性所決定的，根據特性曲線，將轉速與油耗之間的關系處于最佳時的功率找出，以此功率為參照，控制柴油機，使柴油機的工作效率得到提升，降低能耗。現階段，對于提高柴油機的運行效率，使其油耗處于最經濟狀態中的研究，西門子、安川電機等公司均已經開始研究，并推出了節能型RTG，能夠較好的滿足需求。

（2）油改電。RTG油改電是指將市電供電裝置增加到其中，起重機吊起貨物時，所用電來源于市電，轉場后，電來源于柴油機。油改電方式包含兩種，一種為滑觸線供電，供電線路采用大跨距高架鐵塔架空滑線，對辮子、滑導受電做出支撐，保證RTG能夠正常工作；另一種為電纜卷筒供電，該方案中，將電纜卷盤增加到RTG一側中，在電纜卷盤上纏繞電纜，RTG整機供電回路與電纜的一端相連接，并于地面電纜槽中放置另一端，引伸出后，與市電接線箱相連接，RTG運行過程中，依據其與市電接線箱的間距，電纜卷盤完成電纜的收放工作。油改電后，在大型燃煤發電機組作用下，得到所需的電能，提升RTG的工作小效率，并減少能源的消耗[2]。

2.2 能量傳輸端節能技術

能量傳輸端是指發電機與起重機負載之間的部分，該部分節能的關鍵在于將電動機的效率有效提升。銅損、鐵損減小后，即可實現提高電動機效率。電動機中引入變頻技術后，不僅使電動機效率提升變為可能，而且提高幅度非常大。應用變頻技術后，用電設備供電頻率的改變能夠實時進行，實現對設備輸出功率的有效控制。變頻技術之所以能將軸輸出功率改變，原因在于其具備變頻調速功能，通過實際需要，對輸出功率做出合理的調整，減少輸入功率的同時，提升電動機的運行效率。變頻傳統調速具有以下優點：原有設備無需做出改動，電機也包含其中；調速時能夠實現無級，使傳動設備的要求充分滿足；啟動時，在變頻器軟啟動作用下，可避免電網受到電流沖擊的影響，促進電源容量減少，并將機械慣動量降低，減輕損耗；電源頻率不會對其產生影響，控制方法包含手動和自動兩種；低速狀態下，具有良好的定轉矩輸出、低速過載能力；電機轉速提高、且增加功率后，會提升功率因數。

2.3 能量利用終端節能技術

能量利用終端是指起重機。RTG工作時，可將整個過程分解為4步，分別為起升、小車運行、下降和大車運行，整個工作完成后，原本處于集卡車上的集中箱被RTG搬運到堆場中。集中箱置于堆場中后，假設其所處高度等于集卡車上的高度，搬運完成后，會改變集中箱的動能及勢能，依據牛頓第二定律等相關定律可知，小車行走過程中，集中箱的摩擦力×位移的結果即為輪胎式場橋對其所做的功，輪胎式場橋做功時，其他功均屬于無用功，理想狀態為，可將其視為0.RTG裝卸集中箱過程中，負載的起升與加速為主要消耗能量的部分，而有用功范圍中并不包含該部分能量，在負載下降、減速時，該部分能量發生轉化，變為電能，提供給電阻器后，轉為熱能被消耗掉。負載起升、加速時，如果可以回收該部分能量，那么負載橫向移動過程中，只需消耗起重機的能耗，由此即可降低起重機的能耗。

3 其他節能技術

分析RTG的能流發現，負載起升、加速時，消耗的能量并非為最終有效能，此過程中，如果能將消耗能量最大限度的減小，也可實現節能。節能效果的獲得可以從多個方面來進行，如將負載提升高度降低、使負載運行速度減小、使小車重量減輕等，不過在采用這些方式時，會在一定程度上影響生產的效率，甚至增加RTG生產時的危險性，因此，選擇節能技術時，還應充分考慮RTG的工作效率及安全性。

4 應用實例

以某港口的RTG為例，起升機構鉤起重量為41 t，起升時，速度為25.5 m/min，高度為19 m，機械系統效率0.92，重力加速度9.8 m/s2，變頻器直流母線的電壓最小為400 V，最大為600 V，節能時采用超級電容，同時，對超級電容大小做出確定。根據功率約束可知，超級電容容量與電流之間的乘積應在153.4 kW以上，而轉換器的額定電流并不超過500 A，因此，超級電容的容量應為305 V.經分析發現，超級電容容量越大時，電容利用效率越高，可有效地減少電容組成本，系統能量回饋時，滿足其需求的額定電壓為600 V.基于此，實現RTG節能時，采取多個電容組合的形式。應用后，與普通RTG相比，節能率在23.8%左右。

5 結束語

港口工業發展過程中，RTG為必不可少的機械設備之一，為使RTG與國家的節能減排號召相適應，需要采用相應的節能技術降低RTG運行過程中的能耗，并減少污染物的排放，通過能量輸出端、傳輸端及利用段相應節能技術方法的應用，可從整體上減少RTG的能量消耗，并提升能源的利用效率，與國家的發展要求相適應，鑒于RTG在港口中的重要作用，其節能技術的研究具有非產廣闊的發展空間，而新型節能技術的應用也將促使RTG的節能效果進一步提升，實現良性循環，促進港口工業的可持續發展。

[1]李竹森，羅君文.起重機節能技術概述及展望[J].中國水運（下半月），2014（05）：145-146.

[2]蔡添.基于輪胎式集裝箱門式起重機“油改電”的研究[J].珠江水運，2016（05）：60-61.

Study on Energy Saving Technology of Rubber Tire Container Gantry Crane

HE Ping
（Shanghai Zhenhua Heavy Industry（Group）Co.，Ltd.，Shanghai 200125，China）

Based on the analysis of RTG energy consumption，energy output from 3 parts，energy transmission and energy end by end discusses the specific application of energy saving technology，to achieve the purpose of energy saving.

rubber tire container gantry crane；energy saving technology；application

TH213

A

1672-545X（2017）03-0157-03

2016-12-14

何平（1984-），男，，湖北潛江人，碩士研究生，工程師，主要研究方向：港口起重機制造、維修及改造。