1、輪胎式集裝箱門式起重機節能技術應用與發展交通部水運科學研究院 洪 釤 劉晉川 饒京川 蘇國萃摘 要:介紹當前國內外輪胎式集裝箱門式起重機(RTG的節能技術方案,分析RTG 油改電 應用的主要技術特點,指出RTG節能技術的發展方向。關鍵詞:RTG;節能;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據統計,至2005年底,世界各地集裝箱碼頭共有約6400臺輪胎式集裝箱門式起重機(RTG在作業。這種機械是集裝箱專業化碼頭堆場的主力設備,它具有可靈活轉場作業、工程投資少等特點,受到廣大港口碼頭的歡迎。但是,RTG由柴油發電機組驅動,能量轉換效率低,能耗大,成本高。隨著當前國際油價的持續上漲,內燃

4、驅動設備的使用成本還會繼續上升。此外,柴油機氣體排放、噪聲、廢油水泄漏,均給港口帶來較大的污染。多年來,世界各國競相投入力量試圖改進RTG 驅動技術。主要包括:(1S i e m ens公司的經濟節能型RTG。采用D I-CO發動機控制器、水冷高速同步永磁發電機、DUO 水冷式變頻器等,使發動機具有隨RTG載荷變化的快速伺服能力,并處于最佳的運行區域或怠速狀態,以取得最佳經濟油耗的工作速度。(2TM GE的節能電控系統。采用可變速發動機、變流器、逆變器等,在RTG需求功率較小時,通過使發動機工作在額定速度以下,實現降低油耗、噪聲和維護成本的目的。(3Yaska w a-RTG。通過合理降低柴油

5、機 發電機組容量,并采用超級電容作為蓄能元件,達到節省燃油消耗的目的。(4ZP M C的綠色RTG。應用超級電容和節能控制系統組成的電力平衡系統,將集裝箱下降時的位能儲存起來,在起升或待機時使用。通過碼頭現場使用或實驗室運行試驗,上述技術方法均具有較明顯的節能效果1。但是,RTG驅動系統的改進需要采用專用發動機、發電機或專用控制系統等,造成設備成本提高,維護性能降低,節能技術應用的經濟效益不明顯,在新技術推廣方面一直沒有大的進展。近年來,國內科研院所、港口企業等,以新的思路在RTG節能技術應用方面開展工作,取得了明顯成績,具有代表性的就是RTG的 油改電 。目前,RTG 油改電 技術主要有3種

6、供電方式。1 RTG的剛性滑觸線供電其基本原理是,在集裝箱堆場的箱區內架設剛性滑觸線供電線路。當電動RTG(e RTG在箱區作業時,關閉柴油發電機組,所需動力由專門設計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,實現對整個箱區的工作覆蓋。當e RTG需轉場到另一箱區作業時,則切斷電源與e RTG的聯系,改由柴油發電機組供電。轉到指定堆場后,柴油發電機組停止工作,重新切換為由市電供電。本項技術現已在青島港形成規模化應用。剛性滑觸線供電方式對集電器與滑觸線之間的相對位置要求嚴格。集電器在沿滑觸線滑動過程中,其固定支架與滑觸線之間的橫向偏移不得超過 15mm,縱向偏移不得超

7、過 20mm。青島港借鑒18Po rt Operati on 2008 N o 2(Ser i a l N o 178軌道式機械行走平穩的特性,以集電車軌道等效替代起重機軌道,在集裝箱堆場的箱區邊緣架設滑觸線支撐架,在支撐架上架設滑觸線及安裝集電車軌道,集電車可沿軌道跟隨e RTG 移動,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用于輪胎式起重機械的限制,實現了對e RTG 的移動供電。主要技術特點如下:(1軌道式集電車滑觸供電系統。在箱區邊緣埋設滑觸線立柱,將剛性滑觸線通過懸吊架固定在滑觸線立柱上(見圖1,懸吊架兩側安裝與滑觸線平行的集電車軌道,軌道上設有數臺集電車,通過集電車上

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 ?；|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e RTG 同時作業的需求。圖1 剛性滑觸線、懸吊架、集電車軌道(2柔性牽引的集電車。移動式集電車主要包括車體、行走輪、備用輪、導向輪,以及防碰撞緩沖裝置、防翻轉墜落保護裝置(見圖2。為適用e RTG 跑偏、晃動的特性,e RTG 與集電車之間采用柔性牽引,消除了兩者之間相對位置變化對集電小車的影響,保證了剛性滑觸線對e RTG 的正常供電。(3基于超聲波測距技術的自動糾偏與防碰撞安全裝置。在e RTG 靠近滑

9、觸線一側的兩端安裝了兩套超聲波測距裝置,一套負責自動糾偏,一套負責自動停機。超聲波測距裝置不間斷測量e RTG 與集電車軌道之間的距離,并將距離信號輸入到PLC ,以此控制大車兩側運行電機,實現了大車行走的自動糾編或自動停機,其精度可根據需要設定。目前根據現場使用情況設定自動糾偏的精度為100mm, 自圖2 柔性牽引的集電車動停機的精度為300mm 。(4快速接頭安全保護裝置。采用大功率、具有自動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,該插頭獨特設計的控制回路會自動斷電,保證操作者不會發生觸電事故。青島港采用 T 形布置的剛性滑觸線供電方式的e RTG (見圖3。目前青島前灣

10、港區的60臺RTG 已按照該方案完成了 油改電 技術改造,取得顯著效果。借鑒該項技術,香港H I T 碼頭在RTG 內側設置低架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, 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行 油改電 技術改造,工程量小,投資少,結構簡單。但是,這種供電方式的eRTG 移場(或轉場不方便,目前需要拔下電力快速接頭,并配套小型柴電機組機(或蓄電池、發電車等作為輔助動力實現移場。2 RTG 的高架滑觸線供電其基本原理是,通過架設高空銅滑線來實現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,該技術方案已在上港集團振東集裝箱碼頭分公司(外高橋二期4臺RTG上完成了技術改造,取得了成功。該方案主要由布置在兩排集裝箱堆場間的架線鐵塔(高約35.5m、架高滑觸線、機上滑線導電器、地面配電箱等組成。架高滑觸線采用雙溝銅滑線,通過吊線器掛在承重索上保持水平,機上滑線導電器類似無軌單車的導電弓,與滑觸線成30 角,采用的集電器能夠承受RTG啟動的大電流沖擊,同時集電器左右各有1m的擺動自由度,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,縱向移場相對容易,保持了RTG的機動靈活性,但是工程投資相對較大,堆

12、場上空網線較多,并需要在防雷、防冰凍(北方地區等方面進行防護。3 RTG的電纜卷筒供電其基本原理是,在門架一側設置電纜卷筒,電纜纏繞在電纜卷筒上,電纜的一端與e RTG的整機供電回路連接,另一端沿著碼頭地面的電纜槽,連接至相應的市電接線箱。e RTG行走時,電纜卷筒根據e RTG與市電接線箱的距離收放電纜。目前,交通部水運科學研究院用于廣州集裝箱碼頭的電動RTG2,招商港務深圳有限公司改造的RTG,上港集團明東、滬東集裝箱碼頭改造的RTG 等均采用電纜卷筒供電方式。該供電方式的技術特點如下:(1在保持原RTG配置不作改動的基礎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增加電纜卷盤一套,PLC控制,變頻電機或力矩電機驅動。(4機上增設電纜卷盤及檢修平臺,大車車架中間部位設置導纜架。(5在場地上修建電纜槽。(6部分機型加裝逆變器,可將部分下降電能反饋電網。供電電壓各方案有所不同,交通部水運科學研究院的電動RTG和上港滬東公司 油改電 的RTG 采用460V低壓供電,招商港務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,技術成熟,投資省,操作簡單,但其移場時供電電纜需要轉換供電接線箱,在繁忙的集裝箱碼頭,多臺e RTG同時在一個箱區工作,可能會出現電纜重疊現象。4 RTG 油改電 的效益RTG 油改

14、電 節能的不同技術方案在國內多個港口進行了應用,節能效益基本一致。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。按照當前柴油價格和工業用電成本計算, 電 RTG的運行成本僅為 油 RTG的約1/3,能源節約率達50%以上,節支節能效益顯著。此外,e RTG節省了柴油發電機組的維修保養成本,設備故障率明顯下降。目前,該技術應用主要是在移場(或轉場時存在不便。5 今后的發展建設資源節約型、環境友好型社會是我國的重要發展戰略。 十一五 期間單位國內生產總值能耗降低20%左右,主要污染物排放總量減少10%,交通行業負有重要的責任。今后,RTG節能技術將在以下方面得到應用與發展:(1深入研究eRTG直流供電和快速安全轉場等問題。(2繼續深入開展RTG驅動技術的研究開發,合理配置和簡化驅動系統,降低RTG造價。(3制訂針對RTG 油改電 技術的標準規范,促進RTG 油改電 技術的全面推廣應用。(4具有電力/柴油機雙驅動的雙動力RTG將得到有效發展,包括配備全動力柴電機組(電力緊張的南方部分地區和僅用于移場的小功率柴電機組。我國集裝箱堆