起重機(jī)節(jié)能減排的探討和實(shí)踐

程曉燕

（廣東敏豪起重機(jī)械設(shè)備有限公司 技術(shù)部，廣東 佛山 528313）

0 引言

起重機(jī)屬特種設(shè)備，從生產(chǎn)到使用的各個(gè)環(huán)節(jié)都與節(jié)能減排關(guān)系緊密，因此對(duì)于特種設(shè)備節(jié)能減排也需要從報(bào)價(jià)、設(shè)計(jì)、改造、生產(chǎn)、使用各個(gè)環(huán)節(jié)入手，從而最大限度的節(jié)約能源和減少污染物的排放。修訂后的《中華人民共和國環(huán)境保護(hù)法》將自2015 年1 月1 日起實(shí)施，新法將“保障公眾健康”寫入總則第一條，將每年的6 月5日定為環(huán)境日。從清潔能源公交車到變頻節(jié)能空調(diào)的普及，作為特種設(shè)備制造和安裝單位，我們更需要做許多有關(guān)節(jié)能減排方面的研究工作。

1 節(jié)能減排的意義和背景

1.1 節(jié)能減排的意義［1］

節(jié)能減排就是節(jié)約能源、降低能源消耗、減少污染物排放?！肮?jié)能減排”出自于我國“十一五”規(guī)劃綱要。“十一五”期間，單位國內(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%。

目前我國的生態(tài)破壞和環(huán)境污染已經(jīng)達(dá)到自然生態(tài)環(huán)境所能承受的極限，為了使經(jīng)濟(jì)增長可持續(xù)，緩解巨大的環(huán)境壓力，必須以環(huán)境友好的方式推動(dòng)經(jīng)濟(jì)增長。節(jié)能減排就是要從源頭預(yù)防污染產(chǎn)生，最有效地減少資源消耗，不排放廢棄物，從而真正解決當(dāng)代中國的發(fā)展困境。

1.2 節(jié)能減排的背景［1］

溫室氣體排放引起的全球氣候變化一直備受國際社會(huì)的關(guān)注。2007 年以來，從世界環(huán)境日、八國峰會(huì)、亞太經(jīng)合組織（APEC）峰會(huì)到夏季達(dá)沃斯峰會(huì)等，氣候變化、節(jié)能減排幾乎是逢會(huì)必談的主題。目前，全球氣候變暖已經(jīng)是一個(gè)不爭(zhēng)的事實(shí)，這與使用煤炭、石油等化石燃料的過程中排放二氧化碳的量密切相關(guān)。氣候變暖是人類共同面臨的挑戰(zhàn)，需要國際社會(huì)共同應(yīng)對(duì)。

2 在設(shè)計(jì)、改造環(huán)節(jié)把關(guān)

2.1 油改電

據(jù)廣東省交通科技網(wǎng)報(bào)道，廣東省交通運(yùn)輸廳2010年廳節(jié)能減排示范項(xiàng)目——蛇口集裝箱碼頭輪胎式龍門起重機(jī)（RTG）“油改電”項(xiàng)目記載，RTG“油改電”項(xiàng)目主要是通過將RTG 由原來的柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)改為市電驅(qū)動(dòng)，從而節(jié)約了大量柴油的使用。項(xiàng)目改造后，使用市電與使用柴油折合標(biāo)準(zhǔn)煤能耗比較，市電能耗較柴油能耗每年節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤1.1 萬t。

RTG“油改電”項(xiàng)目共投資1.1 億元，項(xiàng)目實(shí)施后，蛇口集裝箱碼頭每年節(jié)省柴油消耗1.1 萬t，增加耗電1 200 萬kW 時(shí)，兩者折合標(biāo)煤相減每年節(jié)約1.1 萬t 標(biāo)煤，同時(shí)每年減少二氧化碳排放2 萬t。

2.2 簡化機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)［2］

大、小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)采用“三合一”驅(qū)動(dòng)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的通用橋式起重機(jī)的大、小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)，不但節(jié)約了制造成本，而且降低了整機(jī)功率。

1）在設(shè)計(jì)QD32/5-10.5A5D 通用橋式起重機(jī)的過程中，筆者在設(shè)計(jì)大車運(yùn)行和小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)時(shí)，均優(yōu)先采用了三合一驅(qū)動(dòng)裝置和軟起動(dòng)錐形轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)，起重機(jī)大、小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)無需串接起動(dòng)電阻，就可達(dá)到起動(dòng)、制動(dòng)平穩(wěn)。其中主起升機(jī)構(gòu)采用卷揚(yáng)機(jī)構(gòu)，副起升機(jī)構(gòu)采用鋼絲繩電動(dòng)葫蘆，該產(chǎn)品集LH 和QD 產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)于一身，既經(jīng)濟(jì)又安全耐用，達(dá)到了客戶的使用要求，又為客戶節(jié)約了制造成本達(dá)65 000 元以上［3］。

2）而且這臺(tái)起重機(jī)的整機(jī)功率從80.3 kW 降到了50.2 kW，按照每年使用720 h 計(jì)算（相當(dāng)于每天運(yùn)行2 h），大約可以節(jié)約電能21 672 kW·h，相應(yīng)的每年可以節(jié)約電費(fèi)約22 330 元（電費(fèi)按照1.03 元/（kW·h）計(jì)算）［3］。

3）如果這臺(tái)起重機(jī)的主起升電機(jī)采用YTSP 變頻調(diào)速專用電機(jī)（帶光電編碼器），主起升就可以實(shí)現(xiàn)無級(jí)變速，還可取消電阻器。如果將主起升速度降為3 m/min，則制造成本（電機(jī)和減速機(jī)及電阻的成本）還可以降低，那么每年的節(jié)能效益更加可觀［4］。

2.3 結(jié)構(gòu)優(yōu)化，減輕重量，減低制造成本

筆者設(shè)計(jì)的QD32/5-10.5A5D 的改進(jìn)型小車架重量1 245 kg，材料成本約6 230 元，與傳統(tǒng)型小車架比較，改進(jìn)型小車架不但可節(jié)約材料成本達(dá)3 880 元，而且還節(jié)約了人工費(fèi)達(dá)5 000 元［3］。

2.4 機(jī)構(gòu)調(diào)速采用變頻調(diào)速系統(tǒng)［4］

對(duì)于工作級(jí)別為A5～A8 的訂單，向客戶建議優(yōu)先選用具有矢量控制功能的變頻調(diào)速系統(tǒng)，起重機(jī)大、小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)用普通電機(jī)加變頻器，起升機(jī)構(gòu)采用YTSP 變頻調(diào)速專用電機(jī)加光電編碼器控制，就可以減輕閘皮磨損，防止溜鉤。

1）因?yàn)樽冾l調(diào)速將大型起重機(jī)由繞線轉(zhuǎn)子電機(jī)改變成了鼠籠式電機(jī)，不但降低了1/5 以上銅的用量，同時(shí)將啟動(dòng)電流降到了正常運(yùn)行電流的1.5 倍，從而降低了對(duì)電源變壓器的容量配置的要求，節(jié)約了能源。而變頻調(diào)速有很高的功率因數(shù)，且下降過程不從電網(wǎng)獲取能量，比常規(guī)有調(diào)速比要求的起重機(jī)節(jié)能60%以上［5］。

2）因?yàn)樽冾l調(diào)速優(yōu)化了各機(jī)構(gòu)的工作性能，提高了機(jī)構(gòu)的工作效率，又在另一層意義上節(jié)約了能源［5］。

3）控制系統(tǒng)的故障率大大降低。采用了變頻調(diào)速后，控制系統(tǒng)可以大大簡化，可靠性大為提高。

如果向南要結(jié)婚，把老家那棟老房子做婚房，顯然也不太合適，房子已經(jīng)太老了，要做新房，肯定也需要修葺一番，這花的錢，相當(dāng)于是無用錢，因?yàn)橐追且巡淮蛩阕寢尯偷艿茉倩乩霞胰チ耍覍砝钯毁蛔伦?，老家顯然也不方便，別說是媽，就是易非自己，也不想讓爸爸的長孫在老家受苦的。

4）調(diào)速質(zhì)量明顯提高。采用了變頻調(diào)速系統(tǒng)后，調(diào)速比可達(dá)1∶50 以上，調(diào)速精度達(dá)±1%。且調(diào)速平穩(wěn)，能夠長時(shí)間低速運(yùn)行，具有很高的定位精度和運(yùn)行效率。

5）節(jié)能效果十分可觀。采用了變頻調(diào)速系統(tǒng)后，不僅外接電阻內(nèi)消耗的大量電能可以完全節(jié)約，而且在吊鉤放下重物時(shí)，還可將重物釋放的位能反饋給電源。

6）制動(dòng)電磁鐵的壽命可以大大延長。采用了變頻調(diào)速后，可以在基本停住的狀態(tài)下進(jìn)行抱閘，閘皮的磨損情況將大為改善。

2.5 速度控制采用變頻器控制［6］

在報(bào)價(jià)階段就向客戶宣傳節(jié)能減排，并說明雖然加裝變頻器起重機(jī)制造會(huì)增加一點(diǎn)成本，但是長期使用節(jié)約的電費(fèi)，大大超過制造階段所增加的成本。

在考慮通用橋式起重機(jī)的設(shè)計(jì)方案時(shí)，速度控制推薦客戶優(yōu)先采用變頻器控制，可以避免電阻燒壞，電機(jī)燒損，電機(jī)啟動(dòng)時(shí)沖擊電流大等弊?。?］。

1）因?yàn)椴捎米冾l器，可在空鉤時(shí)作200%Ve（理論上可達(dá)800%Ve（400 Hz 時(shí)），Ve為額定載荷下的額定速度）的提速。因空鉤的200%Ve提速，要保持同等工作效率，額定載荷下的額定速度可降低1/3 以上［5］。

2）保持同等工作效率作空鉤提速時(shí)，機(jī)構(gòu)功率的降低可降低整機(jī)的體積和質(zhì)量，又可在一定程度上降低制造成本并節(jié)能?？浙^提速電機(jī)功率的降低更可惠及小車和大車［5］。

3）電機(jī)功率的降低，降低了所要求的減速器功率的配置。如此，勢(shì)必降低起重機(jī)對(duì)凈空高度的要求，降低廠房的設(shè)計(jì)高度要求，那么就可以降低廠房的制造成本并節(jié)能。其節(jié)能效果當(dāng)在20%以上，應(yīng)盡快開發(fā)、完善并推廣使用此類系列產(chǎn)品［5］。

2.6 去掉副鉤

對(duì)于主、副鉤無需同時(shí)工作的起重機(jī)，建議客戶去掉副鉤，借助輕鉤提速，由主鉤來保證輕載時(shí)的工作效率。或采用主、副鉤合用一臺(tái)變頻器的方法，減少機(jī)構(gòu)的配置，從而降低成本，也降低了元器件制造能耗［6］。

3 在制造過程中改進(jìn)工藝，同樣的結(jié)構(gòu)用不同的制做方法

1）對(duì)一部分LD、LH、QD 型起重機(jī)主、端梁連接進(jìn)行改型。傳統(tǒng)的主、端梁半座半掛式連接采用兩塊板割開后再搭接成90°，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，浪費(fèi)材料。筆者公司制作了一個(gè)模具，只用一塊板在彎板機(jī)上直接彎成90°，一次成型，不需要焊接，既美觀大方，又省時(shí)省力，還節(jié)約焊條和電能?？蛻艨吹竭@種結(jié)構(gòu)后，非常滿意我們的改進(jìn)。公司通過主、端梁連接改型，同樣也達(dá)到了節(jié)能減排的目地。

2）起重機(jī)油漆由噴漆改刷漆。既改善了工人師傅的工作環(huán)境，還可節(jié)約油漆，消除了環(huán)境污染的隱患。

3）起重機(jī)4 條主要焊縫由手工焊接改自動(dòng)焊接。既提高生產(chǎn)效率，又減少焊條殘留，同時(shí)也達(dá)到了節(jié)能減排的目地。

4 在用戶使用過程中改進(jìn)

將一部分起重機(jī)由地控方式改遙控操作，既可遠(yuǎn)距離控制起重機(jī)起吊重物和行走，又節(jié)約了電纜，減少了電纜損壞的因素，亦可達(dá)到節(jié)能減排的目地。

5 在安裝過程中減少滑觸線和電纜線的長度

在起重機(jī)安裝時(shí)，合理配置起重機(jī)的線路，減少滑觸線和電纜線的長度。既可節(jié)約電纜投資，又可降低由于滑觸線和電纜線的長度過長引起的電壓損耗，節(jié)約了投資成本，降低了能耗。

6 結(jié)論

特種設(shè)備是耗能大戶，同時(shí)節(jié)能潛力巨大。抓緊節(jié)能技術(shù)的研究與推廣，推進(jìn)特種設(shè)備的節(jié)能減排工作，是落實(shí)科學(xué)發(fā)展觀和保證經(jīng)濟(jì)又好又快發(fā)展的重要標(biāo)志，節(jié)能減排是國家“十一五”規(guī)劃綱要轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式的關(guān)鍵和保證，作為特種設(shè)備制造和安裝單位，抓節(jié)能減排工作有義不容辭的社會(huì)責(zé)任。

［1］黃生琪，周菊華.我國節(jié)能減排的意義、現(xiàn)狀及措施［J］.節(jié)能技術(shù)，2008（2）：172－175.

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［3］程曉燕.32/5T 通用橋式起重機(jī)的改型設(shè)計(jì)研究［J］.佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2014（3）：62-64.

［4］張燕賓.變頻調(diào)速應(yīng)用實(shí)踐［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.

［5］王梅生，許長山.關(guān)于起重機(jī)節(jié)能減排的幾點(diǎn)建議［J］.港口裝卸，2008（6）：15-16.

［6］三菱電機(jī)株式會(huì)社.變頻器使用手冊(cè)［M］.北京：兵器工業(yè)出版社，1992.