（交通运输工程专业论文）ertg特性分析及使用优化研究.pdf

f l e r t gf e a t u r e sa n a l y s i sa n du s eo p t i m i z a t i o n at h e s i ss u b m i t t e dt o d a l i a nm a r i t i m eu n i v e r s i t y i np a r t i a lf u l f i l l m e n to ft h er e q u i r e m e n t sf o r t h ed e g r e eo f m a s t e ro fe n g i n e e r i n g b y w a n gl o n gw e i ( c o m m u n i c a t i 日a n dt r a n s p o r t a t i o ne n g i n e e r i n g ) o m m u n i c a t l o n sa n o1r a n s p o r t a t l o ni c t h e s i ss u p e r v i s o r ：a s s o c i a t ep r o f e s s o rl i uc u il i a n a s s i s t a n ts u p e r v i s o r ：s e n i o re n g i n e e rc h e nf e i s e p t e m b e r 2 0 1 0 大连海事大学学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重声明：本论文是在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果， 撰写成硕士学位论文= = 曼b ! 鱼挂丝佥堑丛焦旦垡丝婴窥：。除论文中已经注明引用 的内容外，对论文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标 明。本论文中不包含任何未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表或未公开 发表的成果。本声明的法律责任由本人承担。 学位论文作者签名： 埤 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者及指导教师完全了解大连海事大学有关保留、使用研究生学 位论文的规定，即：大连海事大学有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论 文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大连海事大学可以将本 学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，也可采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存和汇编学位论文。同意将本学位论文收录到中国优秀博硕士 学位论文全文数据库( 中国学术期刊( 光盘版) 电子杂志社) 、中国学位论文全 文数据库( 中国科学技术信息研究所) 等数据库中，并以电子出版物形式出版发 行和提供信息服务。保密的论文在解密后遵守此规定。 ：拂名：确夺皇 一 中文摘要 摘要 集装箱码头生产工艺自集装箱码头诞生以来就在不断的创新和发展之中，其 最终目的就是提高装卸作业效率，降低运营成本，提高码头的竞争力和盈利能力。 传统的集装箱码头生产工艺有r m 6 和r t g 两种。对于使用r m g 的工艺方案的 集装箱码头，其使用成本低廉，但初始投资较高，且操作灵活性受到一定限制导 ”致得不到广泛应用；r t g 工艺方案，具备很好的灵活性，操作效率较高，但其使用 柴油作为动力能源，能耗大，成本高，不环保。 同时，为了保持国民经济持续、快速、健康发展，国家日前大力发展电力供 应，稳定电价，以改善能源结构，促进科学发展。为了响应国家节能环保、和谐 发展的号召，提倡使用高能效设备，新建工程项目杜绝使用能耗大效率低的装卸 设备，优先选用以电能做为动力源的装卸设备。在上述背景下，以电力驱动的e r t g ， 由于具备r m g 成本低和r t g 可转场的特点，日益成为现代集装箱码头堆场作业的 首选机械。 e - r t g 码头生产工艺，是用一种新的堆场组织形式来调度一种新型的操作机 械，以更低的操作成本完成码头操作的任务。这种工艺下需要运用优化的方法， 去进行场地计划和生产组织，以最大限度的避免操作灵活性，满足码头操作使用 要求，提高集装箱码头的核心竞争力。 论文结合天津港欧亚国际集装箱码头有限公司生产操作实际，在分析e r t g 特 性和使用规则的基础上，探讨e r t g 工艺下，如何合理地进行场地计划和生产组织， 以最大限度的发挥e r t g 的低成本的优势，克服e r t g 的不够灵活的缺点，使这种 新技术、新设备在提高码头作业效率、降低码头作业成本方面做出最大贡献。 关键词：e r t g ；特性；使用；优化 英文摘要 a b s t r a c t c o n t a i n e rt e r m i n a lo p e r a t i n gm e t h o di sa l w a y so nt h ew a yo fd e v e l o p m e n ta n d i n n o v a t i o ns i n c ei t sb e r t hw i mt h ea i mt oi m p r o v eo p e r a t i n ge f f i c i e n c ya n dr e d u c e m a n a g i n g c o s t t r a d i t i o n a l l y ，t h e r ea let w oo p e r a t i n gw a y sa p p l i e db yc o n t a i n e rt e r m i n a l s ：r m g p r o g r a ma n dr t gp r o g r a m f o rt h e f i r s t p a t t e r n ，t a k i n gl o wo p e r a t i n gc o s t a st h e a d v a n t a g e ，i tc o v e r sah u g ei n i t i a li n v e s t m e n ta n dg e t su n a b l et oc h a n g es t a c k s o nt h e c o n t r a r y ，t h er t gp r o g r a m d e s e r v e s o p e r a t i n gs m a r t n e s s a n dl o wi n v e s t m e n t e x p e n d i t u r eb u tc o n s u m i n gm u c h m o r ee n e r g y r e c e n t l y ，o u rc o u n t r yi sm a k i n gg r e a te f f o r t st od e v d o pe l e c t r i ce n e r g ys u p p l y ， s t a b i l i z et h ep r i c eo fi ta n dr e f i n et h ee n e r g ys t r u c t u r ei no r d e rt ok e e pt h en a t i o n a l e c o n o m yh e a l t h y ，p r o g r e s s i v e ，a n ds t a b l ei m p r o v e m e n t r e s p o n d i n gt o t h ec a l lo n e n v i r m e n m e n t a lp r o t e c t i o na n du s i n gh i g he f f i c i e n c ye q u i p m e n t ，t h en e wc o n t a i n e r t e r m i n a lp r o j e c t sr e f u s et ou s et h ee q u i p m e n tw i t hl a r g ee n e r g yc o n s u m i n ga n dl o w e f f i c i e n c y s ob e i n gt h ea f o r e s a i ds i t u a t i o n ，m o r ea n dm o r em o d e r nc o n t a i n e rt e r m i n a l s g i v ep r i o r i t yt or t g w i t he l e c t r i c i t ya st h ed y n a m i cf o r c e ，s m a r t e ri no p e r a t i n gd i s p a t c h a n dl o w e ri nm a n a n g e m e n tc o s t e r t gt e r m i n a lo p e r a t i n gm e t h o di san e ww a yt oo r g a n i z et e r m i n a lr e s o u r c e s ，e s p d i s p a t c he r t g t of i n i s ht h ep r o d u c t i o nt a s k , w h i c hn e e d st oo p t i m i z et h eu s eo fe r t g t h r o u g hy a r dp l a n n i n ga n do p e r a t i n ga r r a n g e m e n t t h i sp a p e rw i l la n a l y z et h e t h ef e a t u r e sa n du s er e g u l a t i o no fe r t g t h e n ，i t c o m b i n e st h eo p e r a t i n gp r a c t i c eo ft i a n j i np o r te u r o a s i ai n t e r n a t i o n a lc o n t a i n e r t e r m i n a lt oe x p l o r et h ef e a s i b l em e t h o dt of u l f i l lt h ea d v a n t a g e m e n to fe r t gt ot h e b e s ta n dt od e c l i n et h ed i s a d v a n t a g e m e n tt ot h el e a s ti no r d e rt oc o n t r i b u t et h ep r o g r e s s o fi m p r o v i n ge f f i c i e n c ya n dr e d u c i n gc o s tw i t ht h en e wt e c h n i q u eo fe r t g k e yw o r d s ：r t g ；e - r t g ；f e a t u r e s ；u s e ；o p t i m i z a t i o n 一 目录 目录 第l 章绪论1 1 1 论文研究的背景1 1 2 论文研究的内容1 1 3 论文研究的意义2 第2 章r t g 节能降耗技术3 2 1 节能型r t g 的技术分析3 2 2 新型节能型r t g 介绍4 2 2 1s i e m e n s 的经济节能型r t g ( e c o - - r t g ) 4 2 2 2t mg e t g 5 2 2 3y a s k a w a 的h _ r t g 6 2 2 4z p mc 的绿色r t g 7 2 2 5v y c o n 公司的飞轮节能系统7 2 3 电动r t g 技术分析8 2 4 电动r t g 电压等级的选择8 2 5 电动r t g 供电方式9 2 5 1 刚性滑触线供电9 2 5 2 高架滑触线供电一9 2 5 3 电缆卷筒供电10 第3 章e r t g 工艺下的集装箱码头生产基本作业流程简介1 2 3 1 集港流程1 2 3 2 提箱流程1 3 3 3 装船流程1 4 3 4 卸船流程1 5 第4 章e r t g 工艺下的集装箱码头堆场组织建模方案16 4 1 码头基本情况设定1 6 4 2 场地划分设定1 6 4 2 1 出口箱区的设置1 6 4 2 2 进口箱区的设置1 6 4 2 3 设置其它箱区设置1 7 4 3 场地使用规则17 4 - 3 1 出口箱区1 7 目录 4 3 2 进口箱区 4 3 3 其他箱区 4 4 场桥使用规则 4 4 1 集港场桥使用 4 4 2 装船场桥使用 4 4 3 卸船场桥使用 4 4 4 提箱场桥使用 4 5 堆场作业规则 4 5 1 集港规则 4 5 2 装船规则 4 5 3 卸船规则 4 5 4 提箱规则 4 6 清场( 归垛) 规则1 9 4 7e r t g 工艺下的集装箱码头堆场组织建模方案1 9 4 7 1 船舶生成模块l9 4 7 2 泊位分配模块2 0 4 7 3 岸桥分配2 2 4 7 4 集装箱集港模块2 3 4 7 5 出口箱进场计划模块2 3 4 7 6 出口箱进场与选位模块2 6 4 7 7 进口箱进场计划模块2 9 4 7 8 进口箱进场选位模块2 9 4 7 9 提箱模块2 9 4 7 10 集卡调度模块一31 4 7 11 场桥作业模块3 2 4 7 1 2 场桥调度模块3 4 第5 章e r t g 工艺下的集装箱码头堆场生产仿真系统分析3 6 5 1 码头整体建模3 6 5 2 码头前沿建模3 6 5 3 船舶建模3 7 5 4 箱区建模3 8 5 5 进出口道口建模3 8 5 6 系统输入界面3 9 5 7 系统编程界面4 0 4 1 4 1 4 1 4 2 4 2 5 8 5 内卡等待场桥时间4 2 5 8 6 外卡等待场桥时间4 3 5 8 7 场桥每天工作时间比例4 3 5 8 8 场桥平均转场时间和平均转场次数4 4 5 8 9 船舶在泊时间和每天平均艘次4 4 5 8 1 0 锚地等待时间4 4 第6 章e r t g 特性分析及使用原则4 6 6 1e r t g 与r t g 的使用特性比较4 6 6 2e r t g 与r m g 的使用特性比较4 7 6 3e r t g 使用原则4 8 第7 章e r t g 工艺下的生产作业优化4 9 7 1e r t g 转场过程分析。4 9 7 1 1 市电转换柴电拔电源插头操作4 9 7 1 2 柴电转换市电插接电源插头操作5 2 7 2e r t g 转场时间分析5 2 7 3 引起e r t g 的转场因素分析。5 3 7 4 提箱优化5 5 7 5 堆场策划优化5 9 7 5 1 进出口同场地5 9 7 5 2 整体集中相对分散6 0 7 5 3 进口在后出口在前6 1 第8 章结束语6 2 参考文献6 3 致谢6 5 力设备，它具有码头基础的投资成本低、机动灵活可转场作业、便于分期分批 购置等优点，一直受到广大集装箱作业码头的欢迎，在用数量占场桥总数量的 8 5 左右。但是，传统r t g 由柴油发电机组驱动，能量转换效率低、能耗大、 成本高。同时r t g 在作业时排放的废气黑烟和柴油机运转时产生的巨大噪音以 及柴油存放与使用中的环境污染也与日益严格的环保要求有一定距离。伴随着 近年来全球经济高速增长引起的以石油为代表的化石能源的日益短缺，国际油 价不断刷新历史记录，持续快速上涨，给各大拥有大量r t g 的集装箱码头的营 运成本带来了巨大的压力。 1 2 论文研究的内容 中国政府在“十一五 规划中明确提出节能降耗和防污减排的目标，具有非 常重要的战略意义。近年来，世界各大港口机械制造商和配套商都投入了研发力 量试图改进传统r t g 的传动技术。传统r t g 的节能降耗技术主要分为节能型r t g 和电动r t g 两个研发方向。节能型r t g 主要是采取提高柴油发电机组的能源利用 效率和把r t g 在下方重物和运行机构制动时产生的再生回馈能量储存起来加以利 用等技术措施，通过提高整机能源利用率实现节能降耗。电动r t g 就是“油改电 运行，r t g 的工作所需电力不再使用柴油发电机组，而是取自码头堆场提供的廉价 市电；同时，由于采用市电驱动，r t g 工作时的再生反馈能量也可采用成熟的能量 回馈技术，整机的能源利用率很高。下面，就这两种已经进入实际工程应用的r t g 节能降耗技术作以详细探讨。 本文针对港口集装箱码头大量使用的r t g ，分析了适用的节能降耗技术，节 能型r t g 和电动r t g 具有各自的优缺点。节能型r t g 在节能降耗的前提下，充分 保留了r t g 机动灵活的优点；电动r t g 则更着眼于节能降耗，运营成本低，环保 效果好，但是转场不便，而且要增加码头的电力基础设施投资。因此，这就需要 第1 章绪论 码头用户和r t g 制造商共同探讨，根据各个集装箱码头不同的使用环境和特点， 提出适用的可行节能降耗方案。 1 3 论文研究的意义 集装箱码头装卸工艺自集装箱码头诞生以来就在不断的创新和发展之中，其 最终目的就是提高装卸作业效率，降低运营成本，提高码头的竞争力和盈利能力。 随着近几年国际原油价格的不断上涨，导致以使用柴油为主要能源动力的集 装箱码头经营成本不断增加。因此各家码头经营公司都在围绕着能源使用效率做 文章，从近几年创新和技术改进的项目来看，将传统r t g 加超级电容和增设辅助 柴油机、r t g 改造成使用市电的e - r t g ，都是以此为出发点的产物。 对于使用r m g 的工艺方案的集装箱码头，其使用成本低廉，但因为其初始投 资较高，且操作灵活性受到一定限制导致得不到广泛应用；而传统r t g 工艺使用 柴油作为动力能源，具备很好的灵活性，操作效率较高，但随着石油价格的不断 增长和世界各国对环保的逐渐重视，其缺点也逐渐显现出来。基于以上的考虑， 当前世界上许多集装箱码头公司开始了r t g 油改电的尝试，其效果都非常明显， 这种改造的主要思路就是兼备传统r t g 工艺的灵活性和r m g 工艺的低操作成本。 基于以上，论文立足当前国内外节能降耗r t g 的技术特点，分析其利弊；就 其中的杰出代表一e r t g ，即电动r t g ，运用仿真系统，模拟集装箱码头的生产作业 环境，比较传统r t g 和e - r t g 两种工艺下的生产运作状况，并重点就e r t g 工艺下 的场地计划策略做初步研究论证。 综上所述，e - r t g 码头生产工艺，是用一种新的堆场组织形式来调度一种新型 的操作机械，以更低的操作成本完成码头操作的任务。这种工艺可以理解为一种 具备灵活性的r m g 操作工艺，她兼备了r m g 的各种优点且解决了r m g 方案不能转 场的缺点，只要运用优化的方法，去进行场地计划，去进行生产组织，以最大限 度的避免操作灵活性，满足码头操作使用要求，就会极大的提高集装箱码头的核 心竞争力。这也是本论文的意义所在。 e r t g 特性分析及使用优化研究 第2 章r t g 节能降耗技术 2 1 节能型r t g 的技术分析 节能型r t g 采用的主要技术有： ( 1 ) 提高柴油发电机组的能源利用效率。 在普通r t g 中，柴油机只有怠速与全速两挡的工作速度：怠速用于待机工况； 全速用于工作工况。由于r t g 的系统载荷是变化的、非线性的，因此在载荷较轻 时，柴油机一发电机组效率较低，造成能量浪费。柴油机特性决定了其在不同需 求功率下有不同的经济油耗，如果能通过某种方式找出这条在不同功率下的经济 油耗与转速曲线，并对此进行控制，将可以大大提高柴油机一发电机组的效率， 取得很好的节能效果。 目前，实用的工程技术是以西门子公司的e c o 节能技术为代表的发动机速度 调节方式。此技术的关键是根据r t g 不同工况对功率需求的不同，改变柴油机的 转速，调整输出功率，实现精确的动态功率管理，从而实现节省油耗降低成本， 提高整机能源利用率。 ( 2 ) 把r t g 在下方重物和运行机构制动时产生的再生回馈能量储存起来加以 利用。 r t g 的再生能量主要指的是起升机构下降过程、大车和小车机构减速过程中产 生的再生能量，这部分能量占有整个运行循环的3 0 以上。由于再生能量无法回 馈，普通r t g 的做法是直接通过能耗电阻以发热的形式白白消耗掉。对这部分能 量进行再利用，不仅可以节能，而且可以弥补起升机构吊重载上升过程及各机构 突然加速时的突加功率需求，从而使发动机可以基本工作在非过载状态，容易熄 火的现象将基本不存在，这将有效地提高发动机的使用寿命并达到良好的环保效 果。解决这个问题的关键是要有一套储能和回馈装置，能够快速吸收再生能量， 并在系统需要时能立即投入使用。 目前，实用的工程技术是以超级电容和飞轮储能系统为代表的能量存储与回 馈方式。利用超级电容的能量存储与回馈方式的典型代表是振华港机的绿色r t g ， 利用飞轮储能系统的能量存储与回馈方式的代表是v y c o n 公司的飞轮节能系统。 第2 章r t 6 节能降耗技术 超级电容的原理并非新技术，常见的超级电容大多是双电层结 容器相比，这种超级电容能量密度和功率密度都非常高。同传统的 电池相比，超级电容储存电荷的能力比普通电容器高，并具有充放电速度快、效 率高、对环境无污染、循环寿命长、使用温度范围宽、安全性高等特点。随着社 会经济的发展，人们对于绿色能源和生态环境越来越关注，超级电容器作为一种 新型的储能器件，因为其无可替代的优越性，越来越受到人们的重视。在最近几年 中，超级电容器已经开始进入很多应用领域，如消费电子、工业和交通运输业等 领域。 当然，上述两类技术不是孤立的，可以结合起来使用，节能降耗的效果会更 加明显。下面就市场上出现的几种新型节能型r t g 作以简要介绍。 2 2 新型节能型r t g 介绍 2 2 1sie m e n s 的经济节能型r t 6 ( e c o - - r t g ) e c o - - r t g 与普通型r t g 最大的不同在于它的柴油发电机组。它运用最新的驱 动技术，在达到普通型r t g 操作效率的基础上，最大限度地降低柴油机油耗。 s i e m e n s 针对r t g 的控制要求，研发了节能机型r t g ( e c o - - r t g ) ，相对于普通r t g ， 它有几个关键技术特点： ( 1 ) 增速齿轮箱。 ( 2 )水冷高速同步永磁发电机。 ( 3 ) 水冷式变频器及其配套电气元器件。 ( 4 ) d e c o 发动机控制装置。 以上技术的原理体现了系统功率和能量需求的综合管理，它基于成熟的已市 场化的汽车行业成功应用的混合动力电气驱动技术。e c o r t g 通过所有元件准确 的动态功率管理、发动机待机控制，发动机的输出功率由电动机消耗功率直接控 制，且控制系统无延迟，从而使发动机总是处于最佳运行区域或怠速状态。 普通r t g 启动柴油机后，就始终保持在全速运转的状态下，即使不进行吊箱 作业也要浪费一部分能量，而e c o - - r t g 采用两台单机容量1 8 0 k w 的新型发电机， 在柴油机怠速的情况下，就能满足r t g 辅助功能的用电需求。当r t g 进行吊箱作 e r t g 特性分析及使用优化研究 业时，控制系统根据实际的负荷大小调整并优化发动机的转速，使其工作在高效 运转速度范围内，具体如下：操作主令手柄将给定的速度传递给p l c ，p l c 根据速 度和负载情况，将需要的电流、功率等信息传递给柴油机控制p l c ，柴油机控制 p l c 相应地提高柴油机转速，从而提高发电机输出功率以满足机构动作的需要。当 一个机构动作结束后，柴油机马上由高速状态切换到怠速状态，响应时间不会超 过2 秒钟。e c o - - r t g 的节能关键在于能够根据负载的大小，调整柴油机转速，在 满足r t g 功率需求的同时，最大程度地减少能源浪费。 根据西门子公司发布的测试结果( 数据来源：马士基西班牙a l g e c i r a s ，在 系统无超级电容的情况下，对比油料消耗测量值，可节约柴油4 8 5 0 ；在系统加 装超级电容的情况下，对比油料消耗测量值，可节约柴油6 9 7 0 。国内的厦门嵩 屿集装箱码头已有新型e c o - r t g 在2 0 0 7 年投入实际使用，从现场反映的情况看， 节能环保效果明显。 从实际应用看，如对普通的r t g 进行技术改造，需要从发电机组至控制元器 件整套更新，整机改造范围大，费用高。此项技术主要应用于港口机械制造商研 发的新产品。 2 2 2t mg e 卡t g t mg e ( 东芝、三菱、通用电气) ，针对r t g 的节能控制要求，研发了独特的节 能电控系统f u e le f f i c i e n t r t g 。该系统既可应用于新采购的r t g ，也可用于旧 r t g 的电控系统改造，适用范围广。它的主要设计理念是通过合理地改变柴油发动 机的转速，达到经济提供电源的目的。该系统关键的技术特点如下：可变速发 动机；变流器；逆变器；超级电容和d c d c 变换器。 增加了逆变器、变流器，同时也改变了原来发动机的恒速要求。整套系统的 设计仅对直流母线进行了处理，对于直流母线以下的电机控制均没有任何变化。 因此，它保持了原r t g 的控制模式，使原有的优良特性得到继承。 可变速发动机对于可变速柴油发动机的精确调速控制是t mg e r t g 系统的精 髓。当r t g 载荷需求功率较小时，可通过使发动机工作在额定速度以下，达到降 低柴油的消耗、噪音和维护成本的目的。t mg 卜r t g 系统根据速度和电流测量值， 计算出实际需要的转矩，再经过柴油机转矩与转速的转换，确定柴油机的喷油量。 由于负载电 求。实践证 d c d c 起升机构下 母线电压升 电压下降， 不足时，可 超级电容会 能量输出，也可以由d c d c 变换器注入到超级电容。 f u e le f f i c i e n tr t g 理想状态的节能效率可以达到3 0 左右。t mg e 还提供 了使用超级电容的可选项方案，如果能将r t g 的再生回馈能量有效地利用起来， 将会更加提高整机的节能效率。 2 2 3y a s k a w a 的h 卡t g y a s k a w a 针对r t g 的节能控制要求，研发了混合动力r t g 控制技术。它的主要 控制理念是：通过合理地降低柴油机一发电机组容量以及采用超级电容作为混合 动力，使用d c f l d c 控制器，达到节省燃油和降低消耗的目的。其关键的技术特点 是超级电容和d c d c 控制器变换技术： ( 1 )储能电容 它的作用主要是存储再生能量及在r t g 各运行机构处于电动状态时提供所需 电能，以减少柴油机一发电机组的载荷。系统采用公用直流母线排的形式，超级 电容通过d c _ d c 变换器接到直流母线上。如果r t g 处于怠速等候的工况下，发动 机同样有多余的能量输出，其电能也直接向超级电容充电。 ( 2 ) d c _ d c 变换器 它是连接公用直流母线与超级电容的桥梁，通过2 组i g b t 单元构成可逆斩波 回路，实现超级电容的充放电，完成能量的变换与传输。 根据y a s k a w a 发布的测试数据，在香港一台起重能力4 0 t 、堆6 过1 高度的 r t g 上的对比测试，原r t g 装备c u m m i n s 5 0 7 k w 发动机，而新型h r t g 只用装备 c u m m i n s 2 3 1 k w 发动机就可满足使用( 超级电容为6 1 0 v ，4 0 i f ，7 5 m j ) ，平均1 e r t g 特性分析及使用优化研究 个作业循环能可节约柴油4 2 。 2 2 4z p mc 的绿色r t g z p m c 的绿色r t g 是针对r t g 频繁、快速起动制动和位能、动能时而交变的特 点，充分发挥超级电容的超大容量储能、快速充放电、充放电物理过程无化学反 应、不污染环境、长使用寿命的特性，将超级电容并入起重机的柴油发电机回路， 组成新型供电系统的更新换代的起重机。通过对柴油发电机组和超级电容的容量 进行匹配优化，及z p m c 独创的充放电电路和监控电路，使r t g 能有效的重复利用 再生能量，成功地实现了环保型即所谓绿色r t g ，取得良好效果。 该系统能够快速储存起重机负载集装箱下降时的能量，又能在负载起升 时快速向负载释放所储能量，补充柴油机供电，使柴油机工作平稳、寿命延长， 节能3 0 以上、经济性能提高2 0 ，消除黑烟、林格曼黑度由二级变成零级，降低 噪音4 分贝以上。 2 2 5v y c o n 公司的飞轮节能系统 v y c o n 飞轮节能系统的工作原理是，将r t g 产生的再生能量储存在v y c o n 的 真空飞轮装置内，当系统有高能量需求时，将这部分能量回馈给系统。它在高负 载循环条件下具有很好的节能效果。能量以旋转动能的方式储存，能量的储存和 释放均通过电动机和发电机的高转动惯量转子的转动实现。 该节能系统的优点有： ( 1 )使用寿命长，可与r t g 整机同寿命。 ( 2 )新旧r t g 都可用，用于新设备时，发电机组容量将会大大降低，节能 效果更加明显。 ( 3 )码头操作越繁忙，节能效果越明显。它特别适用于一些大型的、有长 远投资的码头。 ( 4 )能与其他能量储存系统结合使用，甚至还能与发动机速度调节系统结 合使用。 ( 5 )保护环境：氮氧化物减排2 5 ，颗粒减排6 6 ，碳氢化合物总量减排 2 3 。此结果得到美国加利福尼亚空气资源委员会验证。 第2 章r t g 节能降耗技术 飞轮技术早在美国的航天工程已有成熟应用，当时是作为u p s 后备电源考虑 的。随着能源供应的紧缺，减排环保理念的加强，飞轮储能作为节能减排的先进 技术在各行业得到推广应用。2 0 0 6 年5 月美国洛杉矶长荣码头的r t g 率先采用飞 轮技术，国内的厦门嵩屿集装箱码头也有采用v y c o n 飞轮节能系统的新型r t g 在 2 0 0 7 年投入实际使用。 2 3 电动r t g 技术分析 r t g 的节能降耗除了在r t g 的发动机一发电机组和再生回馈能量两个方向采用 节能降耗技术外，还可以吸取r m g 的优势，即采用廉价、清洁的市电驱动，这就 是我们俗称的“油改电”。由于采用市电驱动，r t g 工作时的反馈能量也可采用成 熟的能量回馈技术，整机的能源利用率很高，而且没有任何污染。使用市电的r t g 在保持了常规r t g 原有各项功能的情况下，将r t g 作业的能源供应方式由原来的 大功率柴油发电机组供电改为通过由市电电网供电，仅配小功率柴油发电机组提 供r t g 转场行走所需电能，既保持了r t g 可以转场的灵活机动，又节能环保，单 位标箱能耗成本可降低约7 0 。不过，r t g “油改电 工程要增加码头的电力基础 投资，并需要在基建投资时系统考虑整个码头的电力供应问题。 r t g “油改电 的关键问题是供电方式的选择，包括电压等级及电力上机方式的选 择。 2 4 电动r i g 电压等级的选择 为继续保留r t g 可转场作业的优点，电动r t g 方案中的r t g 在转场时需与原场 区的供电设施脱离，从安全、便于操作及不影响生产的角度考虑，应优先采用低 压供电。 目前国内大部分r t g 的柴油发电机输出电压为4 6 0 v ，电机驱动电压为4 2 0 4 4 0 v 。现国内应用电动r t g 的港口，供电电压等级有1 0 0 0 v 、6 9 0 v 及4 6 0 v3 种。 如果对原有r t g 进行“油改电”改造，则应该优选4 6 0 v 供电方式，这种方式虽然 供电电缆的压降稍大，但是由于省去电源电压变换的大容量电力变压器，而且所 用的电气元件为标准规格，采购和实施方便，改造的成本低，易于实现。 触线输送到r t g 。r t g 沿滑触线移动，实现对整个箱区的工作覆盖。当r t g 需转场 到另一箱区作业时，则切断市电电源与r t g 的联系，改由柴油发电机组供电。转 到指定堆场后，柴油发电机组停止工作，重新切换为由市电供电。 刚性滑触线供电方式对集电器与滑触线之间的相对位置要求严格，因此，要 实现r t g 的刚性滑触线安全可靠供电，就要解决以下技术难点： ( 1 )性滑触线和轨道式集电小车的系统集成安装技术。 ( 2 )集电小车的柔性牵引技术。为适应r t g 跑偏、晃动的特点，r t g 与集 电小车之间应采用柔性牵引，消除两者之间相对位置变化对集电小车 的影响，保证刚性滑触线对r t g 的可靠供电。 ( 3 )基于超声波测距技术的自动纠偏与防碰撞安全装置。 ( 4 )采用大功率有自动断电保护功能的电力快速接头，实现电力快速、安 全切换。 采用刚性滑触线供电方式进行“油改电”改造，工程量小，投资少， 结构简单。但是，这种供电方式的r t g 转场不方便，目前需要大功 率电力快速接头，并配套小型柴油发电机组作为辅助动力实现转场。 2 5 2 高架滑触线供电 其基本原理是，通过架设高空铜滑线来实现市电电源向r t g 供电，r t g 可以像 公交电车那样从头顶上的高架滑触线获取电力。该方案主要由布置在两排集装箱堆 场间的架线铁塔、架高滑触线、机上滑线导电器、地面配电箱等组成。架高滑触线 采用双沟铜滑线，通过吊线器挂在承重索上保持水平，机上滑线导电器类似无轨单 车的导电弓，同时集电器左右各有一定的摆动自由度，保证r t g 在跑偏的状况下也 能够可靠的供电。 高架滑触线供电方式的r t g ，转场相对容易，保持了r t g 的机动灵活性，但是 第2 章r t g 节能降耗技术 工程投资相对较大，堆场上空网线较多，并需要考虑滑触线的防雷、防冰冻( 严寒 地区) 问题。 2 5 3 电缆卷筒供电 电缆卷盘供电型r t g 由电缆卷盘、控制系统、导缆架、供电电缆、电缆插头、 地面接线箱等各部件组成。当r t g 沿堆场跑道行走时，由电缆卷盘的控制系统根据 r t g 行走时供电电缆上的张力，通过变频控制来调节电缆卷盘的收放速度，使之与 r t g 的行走速度相匹配，可最大程度的保证供电电缆的安全。供电电缆经导缆架后， 可被准确引导进入地面电缆沟；或者在电缆卷筒行程的正下方，铺设拖缆槽和安装 导向装置。电缆端部通过快速插头与地面接线箱连接获得市电，地面接线箱内设置 有安全开关，保证所有电缆插头的插拔操作均在无电的情况下安全完成。 r t g 进行转场操作时，首先关闭地面接线箱内的安全开关，切断与市电连接， 拔下与市电连接的快速插头( 插头的插拔操作均处于无电的情况) 。r t g 转换至柴 油发电模式，地面操作站将卷盘电缆人工回收到位，即可同普通r t g 一样进行正常 的转场操作。至新场地后再将快速插头插上本场地接线箱获得市电，r t g 重新转换 至市电模式运行。 电缆卷筒供电方式，技术成熟，投资省，操作简单，但其转场时供电电缆需要 转换供电接线箱。 r t g “油改电”，在目前石油价格高昂的背景下，具有很大的成本优势，而且 具有很好的环保效果。它具有以下优点： ( 1 ) 节省设备运行成本。 根据初步的统计数据，目前每t e u 的能耗情况为：常规码头r t g ( 堆5 过6 ， 起重量4 0 吨) 需消耗2 - - - 2 2 l 柴油，使用市电的r t g 需消耗2 、3 度电能。在现有 市场油价、电价情况下其单位标箱能耗成本下降约7 0 ，使用市电的r t g 具有极 强的成本优势。 ( 2 ) 可转场，有较强机动性。 ( 3 )实现绿色r t g ，无柴油机尾气污染和噪音。电动r t g 在作业过程中 柴油发电机组处于关闭状态，没有柴油机组尾气排放和发出的噪音，也没有柴油 机对r t g 整机结构造成的振动，r t g 司机的操作环境得到极大改善。同时，市电电 e r t g 特性分析及使用优化研究 网较柴油发电机组更稳定，使得r t g 操作性得到提高。 ( 4 )可靠性高，维护工作量小。 电动r t g 在技术上可以使用较小功率的柴油发电机组代替常规r t g 上使用的大功 率柴油发电机组，而且由于使用频率大幅降低，仅在转场时使用，使得柴油机的 大修间隔大大延长，r t g 可靠性更高且可节省大量维护成本。 ( 5 )增加电能回馈系统可进一步节能电动r t g 若增加电能反馈系统，吊 重下降位能可通过逆变单元反馈电网，达总耗电量的2 0 以上，进一步节省能耗。 图3 1 集港流程图 f i g 3 1c o n t a i n e rd e l i v e r yp r o c e s s 提 交 持提箱小票，交货记 录设备交接单等到 出闸口 出闸办单员 核对提箱小票实际 箱弓拖车号 是否一致? y 图3 2 提箱流程图 出闸办单员 要求拖车司机返回 现场并通知场控 员重新安排装箱 f i g 3 1c o n t a i n e rp i c k u pp r o c e s s 1 3 第3 章e r t g 工艺下的集装箱码头生产基本作业流程简介 3 3 装船流程 流程图如下： 圆e回回 回 图3 3 装