1、輪胎式集裝箱門(mén)式起重機(jī)節(jié)能技術(shù)應(yīng)用與發(fā)展交通部水運(yùn)科學(xué)研究院 洪 釤 劉晉川 饒京川 蘇國(guó)萃摘 要:介紹當(dāng)前國(guó)內(nèi)外輪胎式集裝箱門(mén)式起重機(jī)(RTG的節(jié)能技術(shù)方案,分析RTG 油改電 應(yīng)用的主要技術(shù)特點(diǎn),指出RTG節(jié)能技術(shù)的發(fā)展方向。關(guān)鍵詞:RTG;節(jié)能;油改電Application and D evelopment of Energy-Saving Techno logyfor Rubber T ired Type of Container G antry C raneW ater bor ne Transportation I nstitute H on Shan Liu Ji n chuan

2、 R ao Jin chuan Su Guocui Abstract:Th is article i n troduces the technical schemes for t he energy-sav i ng i n rubber ti red type o f conta i ner gan-try cranes(RTGall over the wo rl d,analyzes t he m a i n technical fea t ures of the change fro m o il into e lectr i c ity i n t he appl-i ca tion

3、o f RTG,and po i nts out its deve lop m ent o f the energy-sav i ng techno logy.K ey w ords:RTG;ene rgy-sav i ng;change from o il i nto e l ec tric ity據(jù)統(tǒng)計(jì),至2005年底,世界各地集裝箱碼頭共有約6400臺(tái)輪胎式集裝箱門(mén)式起重機(jī)(RTG在作業(yè)。這種機(jī)械是集裝箱專業(yè)化碼頭堆場(chǎng)的主力設(shè)備,它具有可靈活轉(zhuǎn)場(chǎng)作業(yè)、工程投資少等特點(diǎn),受到廣大港口碼頭的歡迎。但是,RTG由柴油發(fā)電機(jī)組驅(qū)動(dòng),能量轉(zhuǎn)換效率低,能耗大,成本高。隨著當(dāng)前國(guó)際油價(jià)的持續(xù)上漲,內(nèi)燃

4、驅(qū)動(dòng)設(shè)備的使用成本還會(huì)繼續(xù)上升。此外,柴油機(jī)氣體排放、噪聲、廢油水泄漏,均給港口帶來(lái)較大的污染。多年來(lái),世界各國(guó)競(jìng)相投入力量試圖改進(jìn)RTG 驅(qū)動(dòng)技術(shù)。主要包括:(1S i e m ens公司的經(jīng)濟(jì)節(jié)能型RTG。采用D I-CO發(fā)動(dòng)機(jī)控制器、水冷高速同步永磁發(fā)電機(jī)、DUO 水冷式變頻器等,使發(fā)動(dòng)機(jī)具有隨RTG載荷變化的快速伺服能力,并處于最佳的運(yùn)行區(qū)域或怠速狀態(tài),以取得最佳經(jīng)濟(jì)油耗的工作速度。(2TM GE的節(jié)能電控系統(tǒng)。采用可變速發(fā)動(dòng)機(jī)、變流器、逆變器等,在RTG需求功率較小時(shí),通過(guò)使發(fā)動(dòng)機(jī)工作在額定速度以下,實(shí)現(xiàn)降低油耗、噪聲和維護(hù)成本的目的。(3Yaska w a-RTG。通過(guò)合理降低柴油

5、機(jī) 發(fā)電機(jī)組容量,并采用超級(jí)電容作為蓄能元件,達(dá)到節(jié)省燃油消耗的目的。(4ZP M C的綠色RTG。應(yīng)用超級(jí)電容和節(jié)能控制系統(tǒng)組成的電力平衡系統(tǒng),將集裝箱下降時(shí)的位能儲(chǔ)存起來(lái),在起升或待機(jī)時(shí)使用。通過(guò)碼頭現(xiàn)場(chǎng)使用或?qū)嶒?yàn)室運(yùn)行試驗(yàn),上述技術(shù)方法均具有較明顯的節(jié)能效果1。但是,RTG驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的改進(jìn)需要采用專用發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)或?qū)Ｓ每刂葡到y(tǒng)等,造成設(shè)備成本提高,維護(hù)性能降低,節(jié)能技術(shù)應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)效益不明顯,在新技術(shù)推廣方面一直沒(méi)有大的進(jìn)展。近年來(lái),國(guó)內(nèi)科研院所、港口企業(yè)等,以新的思路在RTG節(jié)能技術(shù)應(yīng)用方面開(kāi)展工作,取得了明顯成績(jī),具有代表性的就是RTG的 油改電 。目前,RTG 油改電 技術(shù)主要有3種

6、供電方式。1 RTG的剛性滑觸線供電其基本原理是,在集裝箱堆場(chǎng)的箱區(qū)內(nèi)架設(shè)剛性滑觸線供電線路。當(dāng)電動(dòng)RTG(e RTG在箱區(qū)作業(yè)時(shí),關(guān)閉柴油發(fā)電機(jī)組,所需動(dòng)力由專門(mén)設(shè)計(jì)的集電裝置將城市用電從滑觸線輸送到e RTG。e RTG沿滑觸線移動(dòng),實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)箱區(qū)的工作覆蓋。當(dāng)e RTG需轉(zhuǎn)場(chǎng)到另一箱區(qū)作業(yè)時(shí),則切斷電源與e RTG的聯(lián)系,改由柴油發(fā)電機(jī)組供電。轉(zhuǎn)到指定堆場(chǎng)后,柴油發(fā)電機(jī)組停止工作,重新切換為由市電供電。本項(xiàng)技術(shù)現(xiàn)已在青島港形成規(guī)模化應(yīng)用。剛性滑觸線供電方式對(duì)集電器與滑觸線之間的相對(duì)位置要求嚴(yán)格。集電器在沿滑觸線滑動(dòng)過(guò)程中,其固定支架與滑觸線之間的橫向偏移不得超過(guò) 15mm,縱向偏移不得超

7、過(guò) 20mm。青島港借鑒18Po rt Operati on 2008 N o 2(Ser i a l N o 178軌道式機(jī)械行走平穩(wěn)的特性,以集電車軌道等效替代起重機(jī)軌道,在集裝箱堆場(chǎng)的箱區(qū)邊緣架設(shè)滑觸線支撐架,在支撐架上架設(shè)滑觸線及安裝集電車軌道,集電車可沿軌道跟隨e RTG 移動(dòng),滿足了剛性滑觸線使用的精度要求,突破了剛性滑觸線不能應(yīng)用于輪胎式起重機(jī)械的限制,實(shí)現(xiàn)了對(duì)e RTG 的移動(dòng)供電。主要技術(shù)特點(diǎn)如下:(1軌道式集電車滑觸供電系統(tǒng)。在箱區(qū)邊緣埋設(shè)滑觸線立柱,將剛性滑觸線通過(guò)懸吊架固定在滑觸線立柱上(見(jiàn)圖1,懸吊架兩側(cè)安裝與滑觸線平行的集電車軌道,軌道上設(shè)有數(shù)臺(tái)集電車,通過(guò)集電車上

8、的集電器、輸電電纜和快速插頭插座,將電力從滑觸線輸送到e RTG 。滑觸線4根1組(三相四線懸吊、固定在吊架上。每根滑觸線的截面積為700mm 2,額定電流為1000A,其容量能滿足3臺(tái)e RTG 同時(shí)作業(yè)的需求。圖1 剛性滑觸線、懸吊架、集電車軌道(2柔性牽引的集電車。移動(dòng)式集電車主要包括車體、行走輪、備用輪、導(dǎo)向輪,以及防碰撞緩沖裝置、防翻轉(zhuǎn)墜落保護(hù)裝置(見(jiàn)圖2。為適用e RTG 跑偏、晃動(dòng)的特性,e RTG 與集電車之間采用柔性牽引,消除了兩者之間相對(duì)位置變化對(duì)集電小車的影響,保證了剛性滑觸線對(duì)e RTG 的正常供電。(3基于超聲波測(cè)距技術(shù)的自動(dòng)糾偏與防碰撞安全裝置。在e RTG 靠近滑

9、觸線一側(cè)的兩端安裝了兩套超聲波測(cè)距裝置,一套負(fù)責(zé)自動(dòng)糾偏,一套負(fù)責(zé)自動(dòng)停機(jī)。超聲波測(cè)距裝置不間斷測(cè)量e RTG 與集電車軌道之間的距離,并將距離信號(hào)輸入到PLC ,以此控制大車兩側(cè)運(yùn)行電機(jī),實(shí)現(xiàn)了大車行走的自動(dòng)糾編或自動(dòng)停機(jī),其精度可根據(jù)需要設(shè)定。目前根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)使用情況設(shè)定自動(dòng)糾偏的精度為100mm, 自圖2 柔性牽引的集電車動(dòng)停機(jī)的精度為300mm 。(4快速接頭安全保護(hù)裝置。采用大功率、具有自動(dòng)斷電功能的電力快速接頭。如果操作者誤操作,直接拔電源插頭,該插頭獨(dú)特設(shè)計(jì)的控制回路會(huì)自動(dòng)斷電,保證操作者不會(huì)發(fā)生觸電事故。青島港采用 T 形布置的剛性滑觸線供電方式的e RTG (見(jiàn)圖3。目前青島前灣

10、港區(qū)的60臺(tái)RTG 已按照該方案完成了 油改電 技術(shù)改造,取得顯著效果。借鑒該項(xiàng)技術(shù),香港H I T 碼頭在RTG 內(nèi)側(cè)設(shè)置低架I 形滑觸線支撐架,滑觸線垂直排列,集電車沿軌道跟隨RTG 移動(dòng), 同樣取得了好的成效。圖3 剛性滑觸線供電的eRTG采用剛性滑觸線供電方式進(jìn)行 油改電 技術(shù)改造,工程量小,投資少,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。但是,這種供電方式的eRTG 移場(chǎng)(或轉(zhuǎn)場(chǎng)不方便,目前需要拔下電力快速接頭,并配套小型柴電機(jī)組機(jī)(或蓄電池、發(fā)電車等作為輔助動(dòng)力實(shí)現(xiàn)移場(chǎng)。2 RTG 的高架滑觸線供電其基本原理是,通過(guò)架設(shè)高空銅滑線來(lái)實(shí)現(xiàn)RTG 上電,RTG 可以像公交電車那樣從頭頂上的高19港口裝卸 2008年

11、第2期(總第178期壓電線獲取電力。目前,該技術(shù)方案已在上港集團(tuán)振東集裝箱碼頭分公司(外高橋二期4臺(tái)RTG上完成了技術(shù)改造,取得了成功。該方案主要由布置在兩排集裝箱堆場(chǎng)間的架線鐵塔(高約35.5m、架高滑觸線、機(jī)上滑線導(dǎo)電器、地面配電箱等組成。架高滑觸線采用雙溝銅滑線,通過(guò)吊線器掛在承重索上保持水平,機(jī)上滑線導(dǎo)電器類似無(wú)軌單車的導(dǎo)電弓,與滑觸線成30 角,采用的集電器能夠承受RTG啟動(dòng)的大電流沖擊,同時(shí)集電器左右各有1m的擺動(dòng)自由度,保證RTG在跑偏的狀況下也能夠可靠的供電。供電電壓為460V。高架滑觸線供電方式的e RTG,縱向移場(chǎng)相對(duì)容易,保持了RTG的機(jī)動(dòng)靈活性,但是工程投資相對(duì)較大,堆

12、場(chǎng)上空網(wǎng)線較多,并需要在防雷、防冰凍(北方地區(qū)等方面進(jìn)行防護(hù)。3 RTG的電纜卷筒供電其基本原理是,在門(mén)架一側(cè)設(shè)置電纜卷筒,電纜纏繞在電纜卷筒上,電纜的一端與e RTG的整機(jī)供電回路連接,另一端沿著碼頭地面的電纜槽,連接至相應(yīng)的市電接線箱。e RTG行走時(shí),電纜卷筒根據(jù)e RTG與市電接線箱的距離收放電纜。目前,交通部水運(yùn)科學(xué)研究院用于廣州集裝箱碼頭的電動(dòng)RTG2,招商港務(wù)深圳有限公司改造的RTG,上港集團(tuán)明東、滬東集裝箱碼頭改造的RTG 等均采用電纜卷筒供電方式。該供電方式的技術(shù)特點(diǎn)如下:(1在保持原RTG配置不作改動(dòng)的基礎(chǔ)上增加一套配電裝置。(2地面配置箱式變壓器、插座箱,采用快速接頭接電

13、。(3增加電纜卷盤(pán)一套,PLC控制,變頻電機(jī)或力矩電機(jī)驅(qū)動(dòng)。(4機(jī)上增設(shè)電纜卷盤(pán)及檢修平臺(tái),大車車架中間部位設(shè)置導(dǎo)纜架。(5在場(chǎng)地上修建電纜槽。(6部分機(jī)型加裝逆變器,可將部分下降電能反饋電網(wǎng)。供電電壓各方案有所不同,交通部水運(yùn)科學(xué)研究院的電動(dòng)RTG和上港滬東公司 油改電 的RTG 采用460V低壓供電,招商港務(wù)深圳有限公司改造的RTG采用690V供電,上港明東公司采用1000 V供電。電纜卷筒供電方式的eRTG,技術(shù)成熟,投資省,操作簡(jiǎn)單,但其移場(chǎng)時(shí)供電電纜需要轉(zhuǎn)換供電接線箱,在繁忙的集裝箱碼頭,多臺(tái)e RTG同時(shí)在一個(gè)箱區(qū)工作,可能會(huì)出現(xiàn)電纜重疊現(xiàn)象。4 RTG 油改電 的效益RTG 油改

14、電 節(jié)能的不同技術(shù)方案在國(guó)內(nèi)多個(gè)港口進(jìn)行了應(yīng)用,節(jié)能效益基本一致。目前,集裝箱碼頭RTG的平均油耗一般在0.751.5L/TEU, 油改電 后e RTG的平均電耗約為1.62.2 k W/TE U。按照當(dāng)前柴油價(jià)格和工業(yè)用電成本計(jì)算, 電 RTG的運(yùn)行成本僅為 油 RTG的約1/3,能源節(jié)約率達(dá)50%以上,節(jié)支節(jié)能效益顯著。此外,e RTG節(jié)省了柴油發(fā)電機(jī)組的維修保養(yǎng)成本,設(shè)備故障率明顯下降。目前,該技術(shù)應(yīng)用主要是在移場(chǎng)(或轉(zhuǎn)場(chǎng)時(shí)存在不便。5 今后的發(fā)展建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)是我國(guó)的重要發(fā)展戰(zhàn)略。 十一五 期間單位國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值能耗降低20%左右,主要污染物排放總量減少10%,交通行業(yè)負(fù)有重要的責(zé)任。今后,RTG節(jié)能技術(shù)將在以下方面得到應(yīng)用與發(fā)展:(1深入研究eRTG直流供電和快速安全轉(zhuǎn)場(chǎng)等問(wèn)題。(2繼續(xù)深入開(kāi)展RTG驅(qū)動(dòng)技術(shù)的研究開(kāi)發(fā),合理配置和簡(jiǎn)化驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),降低RTG造價(jià)。(3制訂針對(duì)RTG 油改電 技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范,促進(jìn)RTG 油改電 技術(shù)的全面推廣應(yīng)用。(4具有電力/柴油機(jī)雙驅(qū)動(dòng)的雙動(dòng)力RTG將得到有效發(fā)展,包括配備全動(dòng)力柴電機(jī)組(電力緊張的南方部分地區(qū)和僅用于移場(chǎng)的小功率柴電機(jī)組。我國(guó)集裝箱堆