有关轮胎式集装箱龙门起重机节能“油改电”技术应用综述毕业论文写作资料-论文写作网

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摘要：文章对近年来专业集装箱码头轮胎式集装箱龙门起重机（简称场桥,RTGC）在节能改造中所应用的主要技术方案进行了综述,提出了具体的解决方案及方向,为专业集装箱码头在进行相应节能改造项目时提供了参照思路和方向,同时也为类似机电设备的技术改造提供了参照模型.

关键词：集装箱码头；轮胎式；龙门起重机；节能改造；油改电

中图分类号：TH213　　文献标识码：A　　文章编号：1009-2374（2010）06-0091-03

　　轮胎式集装箱龙门起重机（简称场桥,RTGC）是目前世界各大港口集装箱码头堆场作业通用的机械,目前全世界在用的近7000台堆场集装箱装卸桥中,近95%是轮胎吊集装箱龙门起重机.传统的场桥运行动力来自其自带柴油发电机组所提供的电力,因而也带来了设备运行时柴油发电机组所产生的废气排放（硫化物及氮化物）、高噪音及振动等问题；同时,柴油发电机组维护保养过程中产生的废油及废水也对环境造成了二次污染；因燃油油品问题带来的发电机组发出电力质量不稳定也对设备的可靠运行带来了负面影响.

　　从2000年开始,伴随着世界燃油供应的紧张及论文范文波动带来的运营成本压力,以及人们对环境保护的日渐重视,国内外一些集装箱码头及起重机厂家已经开始就场桥使用过程中的节能问题进行了大量的研究和尝试.截至2009年底,国内主要集装箱码头在场桥“油改电”研究上以达到论文范文并逐渐形成了卷盘和滑触线供电两个主流方向,而且这两个方向上的实际应用也已经大规模得到实施.　　

　　一、节能型场桥设备方案研究

　　场桥节能改造应用最初是基于各码头公司已有设备进行的,在不改变原有操作运行参数,不做大的结构及布局调整的情况下“因地制宜”进行的,主要方向有下述几种：

　　（一）辅助柴油发电机应用技术

　　在上世纪80～90年代,考虑到码头作业繁忙与闲时作业不均的情况,RTG在主柴油发电机组的基础上配置了小型辅助柴油发电机组（输出功率15～25kW）,场桥正常作业时,由主柴油发电机组提供运行动力；当场桥处于闲时等待时,通过PLC控制,辅助柴油发电机组启动,此时场桥运行所需常规动力如空调及照明等由辅助柴油发电机组提供.此种方式在早期码头作业松散不繁忙的情况下,对节约能源降低消耗起到了一定作用.随着码头作业的逐渐繁忙及忙闲不均衡,此时会有主柴和辅柴频繁切换的情况发生,因此带来的转换故障也大大增加,也降低了设备运行的可靠率,因此,此方案在现在已经很少使用了.

　　（二）飞轮储能技术

　　飞轮储能电源的概念起源于上世纪70年代早期,当时主要是希望应用于电动汽车驱动动力上.场桥应用飞轮储能的基本原理是当起升机构下降时产生的再生能量通过飞轮储能变为机械能储存；当场桥运行在峰值功率时,飞轮向执行马达提供储存能量辅助驱动.通过这种方式可节能15%左右,目前NOELL（中国）与美国VYCON有合作为国外一些项目配套这种节能系统.

　　（三）组合式节能技术

　　2002年,上海振华重工第一次将超级电容储能在场桥节能上予以应用,由该节能系统提供起升机构、小车机构和大车机构驱动辅助动力.经过多年的试验及方案升级,现在振华重工将超级电容与柴油发动机组调速系统结合,使得场桥的节能水平得以进一步提升.该系统构成如图1所示：

在本系统中,柴油发动机转速调速范围为800～1800rpm,发电机组电压范围为AC 236～480V,频率范围为26.7～60Hz（410kW/512kVA）,超级电容SC：200kW,400～600VDC.

　　系统原理：变速柴油发动机组的转速分成2档,Idle Speed（简称I.S）：800rpm,用于控制断后的辅助供电；Top Speed（简称T.S）：1800rpm,用于控制合时的起升、小车、大车和辅助供电.组合式节能技术将柴油发动机调速及超级电容技术予以融合,技术方案较复杂,整体能实现节能30%以上,并可以有效减低黑烟和噪音污染.

　　（四）混和动力节能技术

　　混和动力最早是应用于汽车工业中,2003年,SIEMENS将此技术开始往场桥上应用,即ECO-RTG,该系统构成原理图如图2所示：

　　ECO－RTG动力单元部分主要构成有：轴联结于主柴油机上的变速箱、两套永磁发动机组、控制单元及水冷装置.ECO-RTG使用的柴油机功率和传统轮胎吊上使用的柴油机功率相同,使用变速齿轮箱所带永磁发电机组达到低速升压升频,再通过整流得到比较稳定的直流电压供给整机设备使用.ECO-RTG通过将柴油发动机组输出功率及执行机构运转所需输出功率进行优化管理,使得柴油发动机总是运行在最佳运行速度或怠速状态,从而节省能源消耗,降低废气及噪音的排放.根据实际试验提供的数据,使用ECO系统节油率可达48%.在近期的方案中,已经有将超级电容储能加到公共直流母线排上,通过这种形式,节能效果更可以达到60％～70%.目前,码头公司在现有场桥基础上再做改造的投入会非常大,成本也会非常高,因此,ECO系统主要是在新购设备中予以应用.

　　（五）GE发动机调速节能型技术简述

　　TMEIC-GE发动机调速节能系基于根据场桥负载的工况不同来调整发动机转速的方法来实现节能改造.本方案使用的柴油机功率和传统轮胎吊上使用的柴油机功率相同,在增加AC-DC-AC转换时,在直流母排还可以加挂超级电容实现进一步的节能.具体原理图如图3所示：

根据此方案,在综合工况条件下可实现节能近40%.

　　（六）安川（YASKAWA）－HYBRID场桥

　　YASKAWA HYBRID节能系统也是基于超级电容基础上发展的,在该节能方案中,场桥使用的柴油发电机组功率是传统轮胎吊上使用的柴油发电机组功率的一半左右；同时在直流母线中并入DC/DC系统及超级电容储能,系统控制储能单元在起升上升时放电,在起升下降时充电.系统原理图如图4所示：

　　上述系统经过实际测试,节能能量达到40％左右,废气排放可减少50％左右.

　　类似YASKAWA HYBIRD系统,SUMITOMO（住友）也开发了DC/DC系统加储能电池并入直流母线方案,节能效果也可达50％左右.

　　（七）发动机调频改造节能

　　2000年后,基于一些码头公司对场桥装机容量选择及起升加减速数据的要求,开始部分出现60Hz的工作频率.降频改造实际就是通过将发动机转速从1800rpm降至1500rpm,从而实现节能.需要注意的是,改造后变频器相应参数设置及部分配套元器件需配合改造后的频率进行更换或调整.

　　二、市电场桥型－场桥“油改电”技术方案研究

　　2003年后,国内一些研究所及港口企业开始考虑更为彻底的节能方式——“油改电”方案,即将场桥的供电由柴油发电机组供电改为全部由市电供电驱动.

　　（一）油改电方案之一：卷盘供电

　　该方案系在原有传统场桥设计基础上采用减小发电机组功率（一般选择120kW）,同时配备高速行走卷盘供电型式来提供正常作业时的供电.卷盘供电方案原理图如图5所示：

高空作业专项施工方案:12.9 全案第四期软装方案作业实战交流（下）

本方案中,在正常作业情况下,场桥由市电（10KV/690V）供电,通过地面电缆槽来实现平顺过街作业,从而最大限度的保留了场桥作业的机动灵活性,也最大限度的实现节能降耗的目的.转场中的动力由小柴油发电机组提供.

　　目前,在深圳大铲湾码头（一期）工程中已经实现全码头作业范围内场桥由市电进行驱动的型式,运行两年多来,情况令人满意.目前,在国内外一些大型专业集装箱码头,本方案已经有大量的实践案例,尤其在一些新建设集装箱码头及新采购场桥中已经得到广泛应用.

　　采用卷盘供电“油改电”方案需解决好两个问题：一个是地面换向设施的设计配套,换向设施需根据电缆的最小弯曲半径要求进行设计；另一个是场桥过街免插拔插头方案,可通过在地面开设宽80mm、深20mm的电缆槽来有效解决过街问题,实践证明,本方案是行之有效的方法之一,可大大提高市电场桥的作业灵活性.

　　（二）油改电方案之二：滑触线供电

　　滑触线供电方案实际在很多行业如车间内行车上已经得到了广泛的应用,从2006年开始,滑触线在国内专业集装箱码头经历了交流低架滑触线－高架直流/交流滑触线－直流低架滑触线－自动过街交流/直流滑触线等几种型式.经过多年港口企业及一些高校院所的探索试验,目前,滑触线方案已经稳定在高架交流滑触线和低架交流/直流滑触线加自动取电装置两种型式上.

　　高架交流滑触线：采用滑触线型式的“油改电”场桥需解决的一个大问题是如何让场桥无阻隔的过街实现连续作业,于是技术人员根据城市公交电车行走供电型式提出了高架滑触线的方案,本方案通过在堆场连续箱区内架设高架滑触线并用滑动刷辫将滑触线上电力引入场桥,实现市电驱动.高架滑触线需要注意的问题有：一是需要处理好防雷击问题,二是要处理好防脱辫问题,尤其是码头往往处于风力较大的地区.

　　低架交流/直流滑触线及自动取电装置：采用低架滑触线具有投资小、维护便利及大大降低雷击概率等优点,近期以来结合自动取电技术的应用,解决了场桥转场过街的问题,因而低架滑触线方案也得到了一些港口企业的广泛关注和应用.目前,直流滑触线电压选择为DC650V,交流电压选择为A论文范文60V.低架直流滑触线源于公共直流母线概念,同时挂在同一直流滑触线上场桥可以将制动能量加以二次利用,同时减少了高次谐波的产生,可以提高电网供电质量.低架直流滑触线系统由机上逆变电源、机上自动取电弓、铜滑线、滑线支架及箱变等部分构成；低架交流滑触线系统则由自动机械取电装置、滑线小车、铜滑线、滑线支架及箱变等部分构成.

　　需注意的是,场桥在箱区作业时,如果发生类似大车驱动链条断脱的事故时,场桥与滑触线将有可能发生碰撞的事故发生,这种问题发生概率非常低,但仍值得关注,毕竟滑触线一旦出现问题,将直接影响到相邻两个箱区的操作.

　　三、结语

　　关于场桥节能及“油改电”的研究及专述已经非常多了,目前,国内集装箱码头工程业内也进行了大量的尝试和分析,其经济和社会价值已经得到广泛的认可.场桥节能及“油改电”的方案非常多,本文尝试将目前所有曾经得到讨论及应用的节能及“油改电”方案进行总结,以供同行比照参考选择；截至2009年底,尚没有一种方案能“一统天下”,人们也还是在经济性和适用性上做选择,各港口企业都是在进行“最适合自己”的方案选择.不可否认的是,无论那种方案,都将对行业的节能技术带来深远影响,同时亦将由场桥的单一节能探索向更广泛的层面推进,比如流动机械及堆场照明等,这将是集装箱码头节能减排的划时代革命.

　　作者简介：张勇（1974－）,男,广东深圳人,深圳大铲湾现代港口发展有限公司工程师,研究方向：机电设备.

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高空作业专项施工方案引用文献: