輪胎式龍門起重機起升機構(gòu)配重節(jié)能方案

王黎明

隨著國際油價的不斷攀升，高企的燃油成本使港口企業(yè)不堪重負。在此背景下，港口企業(yè)的節(jié)能減排任務十分艱巨。輪胎式龍門起重機（以下簡稱輪胎吊）是集裝箱碼頭主要的高能耗設備之一，降低輪胎吊能耗已成為集裝箱碼頭節(jié)能減排工作的重點。近年來，上海滬東集裝箱碼頭有限公司（以下簡稱滬東公司）陸續(xù)完成輪胎吊“油改電”和能量反饋等節(jié)能改造項目，取得良好的經(jīng)濟效益。2014年，滬東公司繼續(xù)開展港口節(jié)能減排關鍵技術創(chuàng)新，與上海港研實業(yè)有限公司合作研發(fā)輪胎吊起升機構(gòu)配重節(jié)能方案。本文介紹輪胎吊起升機構(gòu)配重節(jié)能方案的設計原理，并分析其節(jié)能效果，以期為港口節(jié)能減排提供新思路。

1 輪胎吊主要節(jié)能方案

由表1可見，目前輪胎吊主要節(jié)能方案包括市電供電、混合動力供電、能量反饋和起升機構(gòu)配重節(jié)能等。市電供電和混合動力供電方案主要針對輪胎吊動力源挖潛；能量反饋方案是輪胎吊的輔助節(jié)能方案，其原理是在輪胎吊已實施“油改電”改造的基礎上，將吊具和集裝箱下降時產(chǎn)生的勢能以及大車和小車制動時產(chǎn)生的動能通過電機轉(zhuǎn)換成電能，并將其回饋到供電網(wǎng)加以利用；起升機構(gòu)配重節(jié)能方案也是輪胎吊的輔助節(jié)能方案，其原理是在輪胎吊起升機構(gòu)上加裝配重平衡裝置，從而減少起升負載，降低起升電機功耗。起升機構(gòu)配重節(jié)能方案與能量反饋方案的節(jié)能效果比較見表2。

2 輪胎吊起升機構(gòu)配重節(jié)能方案

2.1 設計原理

在輪胎吊的起升、大車和小車三大機構(gòu)中，起升機構(gòu)功率遠大于大車和小車機構(gòu)功率，起升機構(gòu)的最大載荷決定了發(fā)動機和發(fā)電機組的功率配置；因此，降低起升機構(gòu)載荷有利于降低發(fā)動機和發(fā)電機組的功率配置，進而降低輪胎吊能耗，達到節(jié)能效果。

輪胎吊起升機構(gòu)配重節(jié)能方案運用配重平衡原理，在吊具和上架上加裝配重平衡裝置（見圖1），使吊具勢能與平衡塊勢能相互轉(zhuǎn)換，從而減小吊具起升載荷，達到節(jié)能效果。假設輪胎吊額定起升質(zhì)量為，吊具和上架質(zhì)量為，平衡塊質(zhì)量為。加裝配重平衡裝置前，輪胎吊起升機構(gòu)的最大載荷=額定起升質(zhì)量+吊具和上架質(zhì)量=+ =；加裝配重平衡裝置后，輪胎吊起升機構(gòu)的最大載荷=額定起升質(zhì)量+吊具和上架質(zhì)量 平衡塊質(zhì)量= + =，是加裝配重平衡裝置前起升機構(gòu)最大載荷的84%，有利于降低發(fā)動機和發(fā)電機組的功率配置。該裝置不僅結(jié)構(gòu)簡單，安裝簡便，而且不受輪胎吊動力源類型的限制，只要輪胎吊起升機構(gòu)運行，就能達到預期的節(jié)能效果。

2.2 節(jié)能效果

輪胎吊起升機構(gòu)作業(yè)時的能量傳遞途徑如下：柴油發(fā)動機→發(fā)電機→系統(tǒng)供電→起升電動機→起升減速箱→起升鋼絲繩卷筒→起升鋼絲繩→載荷（包括吊具、上架和集裝箱）。在上述能量傳遞過程中，與起升質(zhì)量無關的固有能耗稱為無功能耗，與起升質(zhì)量有關的能耗稱為有功能耗。有功能耗和無功能耗共同構(gòu)成輪胎吊起升機構(gòu)的全部能耗。

2.2.1 節(jié)能率

2.2.1.1 重載節(jié)能率

2.2.1.2 空載節(jié)能率

2.2.2 年節(jié)油費用

2.2.3 年節(jié)電費用

2.2.4 投資回報期

2.2.5 減排效果

加裝起升機構(gòu)配重平衡裝置后，輪胎吊二氧化碳減排效果顯著：單臺柴油輪胎吊年節(jié)油約，減排二氧化碳；單臺“油改電”輪胎吊年節(jié)電約6.5萬kW h，減排二氧化碳。

2.2.6 輪胎吊輪壓

滬東公司堆場道路最大允許載荷約。以司機視線方向為前方，輪胎吊主要結(jié)構(gòu)布置如下：動力機房安裝于前部，質(zhì)量約；電氣房安裝于后部，質(zhì)量約；小車質(zhì)量約；配重平衡裝置安裝于電氣房側(cè)，總質(zhì)量約，其中平衡塊機構(gòu)質(zhì)量約，分別安裝在后側(cè)2根立柱上；為簡化計算，其他結(jié)構(gòu)質(zhì)量計入吊具和上架質(zhì)量。安裝配重平衡裝置后，計算輪胎吊在最惡劣工況下（即當風速為/s且輪胎吊滿載時）的最大輪壓，結(jié)果如下：電氣房側(cè)最大輪壓，柴油機房側(cè)最大輪壓，均小于堆場道路最大允許載荷，滿足原有場地設施要求。

（編輯：張敏 收稿日期：2014-09-02）

隨著國際油價的不斷攀升，高企的燃油成本使港口企業(yè)不堪重負。在此背景下，港口企業(yè)的節(jié)能減排任務十分艱巨。輪胎式龍門起重機（以下簡稱輪胎吊）是集裝箱碼頭主要的高能耗設備之一，降低輪胎吊能耗已成為集裝箱碼頭節(jié)能減排工作的重點。近年來，上海滬東集裝箱碼頭有限公司（以下簡稱滬東公司）陸續(xù)完成輪胎吊“油改電”和能量反饋等節(jié)能改造項目，取得良好的經(jīng)濟效益。2014年，滬東公司繼續(xù)開展港口節(jié)能減排關鍵技術創(chuàng)新，與上海港研實業(yè)有限公司合作研發(fā)輪胎吊起升機構(gòu)配重節(jié)能方案。本文介紹輪胎吊起升機構(gòu)配重節(jié)能方案的設計原理，并分析其節(jié)能效果，以期為港口節(jié)能減排提供新思路。

1 輪胎吊主要節(jié)能方案

由表1可見，目前輪胎吊主要節(jié)能方案包括市電供電、混合動力供電、能量反饋和起升機構(gòu)配重節(jié)能等。市電供電和混合動力供電方案主要針對輪胎吊動力源挖潛；能量反饋方案是輪胎吊的輔助節(jié)能方案，其原理是在輪胎吊已實施“油改電”改造的基礎上，將吊具和集裝箱下降時產(chǎn)生的勢能以及大車和小車制動時產(chǎn)生的動能通過電機轉(zhuǎn)換成電能，并將其回饋到供電網(wǎng)加以利用；起升機構(gòu)配重節(jié)能方案也是輪胎吊的輔助節(jié)能方案，其原理是在輪胎吊起升機構(gòu)上加裝配重平衡裝置，從而減少起升負載，降低起升電機功耗。起升機構(gòu)配重節(jié)能方案與能量反饋方案的節(jié)能效果比較見表2。

2 輪胎吊起升機構(gòu)配重節(jié)能方案

2.1 設計原理

在輪胎吊的起升、大車和小車三大機構(gòu)中，起升機構(gòu)功率遠大于大車和小車機構(gòu)功率，起升機構(gòu)的最大載荷決定了發(fā)動機和發(fā)電機組的功率配置；因此，降低起升機構(gòu)載荷有利于降低發(fā)動機和發(fā)電機組的功率配置，進而降低輪胎吊能耗，達到節(jié)能效果。

輪胎吊起升機構(gòu)配重節(jié)能方案運用配重平衡原理，在吊具和上架上加裝配重平衡裝置（見圖1），使吊具勢能與平衡塊勢能相互轉(zhuǎn)換，從而減小吊具起升載荷，達到節(jié)能效果。假設輪胎吊額定起升質(zhì)量為，吊具和上架質(zhì)量為，平衡塊質(zhì)量為。加裝配重平衡裝置前，輪胎吊起升機構(gòu)的最大載荷=額定起升質(zhì)量+吊具和上架質(zhì)量=+ =；加裝配重平衡裝置后，輪胎吊起升機構(gòu)的最大載荷=額定起升質(zhì)量+吊具和上架質(zhì)量 平衡塊質(zhì)量= + =，是加裝配重平衡裝置前起升機構(gòu)最大載荷的84%，有利于降低發(fā)動機和發(fā)電機組的功率配置。該裝置不僅結(jié)構(gòu)簡單，安裝簡便，而且不受輪胎吊動力源類型的限制，只要輪胎吊起升機構(gòu)運行，就能達到預期的節(jié)能效果。

2.2 節(jié)能效果

輪胎吊起升機構(gòu)作業(yè)時的能量傳遞途徑如下：柴油發(fā)動機→發(fā)電機→系統(tǒng)供電→起升電動機→起升減速箱→起升鋼絲繩卷筒→起升鋼絲繩→載荷（包括吊具、上架和集裝箱）。在上述能量傳遞過程中，與起升質(zhì)量無關的固有能耗稱為無功能耗，與起升質(zhì)量有關的能耗稱為有功能耗。有功能耗和無功能耗共同構(gòu)成輪胎吊起升機構(gòu)的全部能耗。

2.2.1 節(jié)能率

2.2.1.1 重載節(jié)能率

2.2.1.2 空載節(jié)能率

2.2.2 年節(jié)油費用

2.2.3 年節(jié)電費用

2.2.4 投資回報期

2.2.5 減排效果

加裝起升機構(gòu)配重平衡裝置后，輪胎吊二氧化碳減排效果顯著：單臺柴油輪胎吊年節(jié)油約，減排二氧化碳；單臺“油改電”輪胎吊年節(jié)電約6.5萬kW h，減排二氧化碳。

2.2.6 輪胎吊輪壓

滬東公司堆場道路最大允許載荷約。以司機視線方向為前方，輪胎吊主要結(jié)構(gòu)布置如下：動力機房安裝于前部，質(zhì)量約；電氣房安裝于后部，質(zhì)量約；小車質(zhì)量約；配重平衡裝置安裝于電氣房側(cè)，總質(zhì)量約，其中平衡塊機構(gòu)質(zhì)量約，分別安裝在后側(cè)2根立柱上；為簡化計算，其他結(jié)構(gòu)質(zhì)量計入吊具和上架質(zhì)量。安裝配重平衡裝置后，計算輪胎吊在最惡劣工況下（即當風速為/s且輪胎吊滿載時）的最大輪壓，結(jié)果如下：電氣房側(cè)最大輪壓，柴油機房側(cè)最大輪壓，均小于堆場道路最大允許載荷，滿足原有場地設施要求。

（編輯：張敏 收稿日期：2014-09-02）

隨著國際油價的不斷攀升，高企的燃油成本使港口企業(yè)不堪重負。在此背景下，港口企業(yè)的節(jié)能減排任務十分艱巨。輪胎式龍門起重機（以下簡稱輪胎吊）是集裝箱碼頭主要的高能耗設備之一，降低輪胎吊能耗已成為集裝箱碼頭節(jié)能減排工作的重點。近年來，上海滬東集裝箱碼頭有限公司（以下簡稱滬東公司）陸續(xù)完成輪胎吊“油改電”和能量反饋等節(jié)能改造項目，取得良好的經(jīng)濟效益。2014年，滬東公司繼續(xù)開展港口節(jié)能減排關鍵技術創(chuàng)新，與上海港研實業(yè)有限公司合作研發(fā)輪胎吊起升機構(gòu)配重節(jié)能方案。本文介紹輪胎吊起升機構(gòu)配重節(jié)能方案的設計原理，并分析其節(jié)能效果，以期為港口節(jié)能減排提供新思路。

1 輪胎吊主要節(jié)能方案

由表1可見，目前輪胎吊主要節(jié)能方案包括市電供電、混合動力供電、能量反饋和起升機構(gòu)配重節(jié)能等。市電供電和混合動力供電方案主要針對輪胎吊動力源挖潛；能量反饋方案是輪胎吊的輔助節(jié)能方案，其原理是在輪胎吊已實施“油改電”改造的基礎上，將吊具和集裝箱下降時產(chǎn)生的勢能以及大車和小車制動時產(chǎn)生的動能通過電機轉(zhuǎn)換成電能，并將其回饋到供電網(wǎng)加以利用；起升機構(gòu)配重節(jié)能方案也是輪胎吊的輔助節(jié)能方案，其原理是在輪胎吊起升機構(gòu)上加裝配重平衡裝置，從而減少起升負載，降低起升電機功耗。起升機構(gòu)配重節(jié)能方案與能量反饋方案的節(jié)能效果比較見表2。

2 輪胎吊起升機構(gòu)配重節(jié)能方案

2.1 設計原理

在輪胎吊的起升、大車和小車三大機構(gòu)中，起升機構(gòu)功率遠大于大車和小車機構(gòu)功率，起升機構(gòu)的最大載荷決定了發(fā)動機和發(fā)電機組的功率配置；因此，降低起升機構(gòu)載荷有利于降低發(fā)動機和發(fā)電機組的功率配置，進而降低輪胎吊能耗，達到節(jié)能效果。

輪胎吊起升機構(gòu)配重節(jié)能方案運用配重平衡原理，在吊具和上架上加裝配重平衡裝置（見圖1），使吊具勢能與平衡塊勢能相互轉(zhuǎn)換，從而減小吊具起升載荷，達到節(jié)能效果。假設輪胎吊額定起升質(zhì)量為，吊具和上架質(zhì)量為，平衡塊質(zhì)量為。加裝配重平衡裝置前，輪胎吊起升機構(gòu)的最大載荷=額定起升質(zhì)量+吊具和上架質(zhì)量=+ =；加裝配重平衡裝置后，輪胎吊起升機構(gòu)的最大載荷=額定起升質(zhì)量+吊具和上架質(zhì)量 平衡塊質(zhì)量= + =，是加裝配重平衡裝置前起升機構(gòu)最大載荷的84%，有利于降低發(fā)動機和發(fā)電機組的功率配置。該裝置不僅結(jié)構(gòu)簡單，安裝簡便，而且不受輪胎吊動力源類型的限制，只要輪胎吊起升機構(gòu)運行，就能達到預期的節(jié)能效果。

2.2 節(jié)能效果

輪胎吊起升機構(gòu)作業(yè)時的能量傳遞途徑如下：柴油發(fā)動機→發(fā)電機→系統(tǒng)供電→起升電動機→起升減速箱→起升鋼絲繩卷筒→起升鋼絲繩→載荷（包括吊具、上架和集裝箱）。在上述能量傳遞過程中，與起升質(zhì)量無關的固有能耗稱為無功能耗，與起升質(zhì)量有關的能耗稱為有功能耗。有功能耗和無功能耗共同構(gòu)成輪胎吊起升機構(gòu)的全部能耗。

2.2.1 節(jié)能率

2.2.1.1 重載節(jié)能率

2.2.1.2 空載節(jié)能率

2.2.2 年節(jié)油費用

2.2.3 年節(jié)電費用

2.2.4 投資回報期

2.2.5 減排效果

加裝起升機構(gòu)配重平衡裝置后，輪胎吊二氧化碳減排效果顯著：單臺柴油輪胎吊年節(jié)油約，減排二氧化碳；單臺“油改電”輪胎吊年節(jié)電約6.5萬kW h，減排二氧化碳。

2.2.6 輪胎吊輪壓

滬東公司堆場道路最大允許載荷約。以司機視線方向為前方，輪胎吊主要結(jié)構(gòu)布置如下：動力機房安裝于前部，質(zhì)量約；電氣房安裝于后部，質(zhì)量約；小車質(zhì)量約；配重平衡裝置安裝于電氣房側(cè)，總質(zhì)量約，其中平衡塊機構(gòu)質(zhì)量約，分別安裝在后側(cè)2根立柱上；為簡化計算，其他結(jié)構(gòu)質(zhì)量計入吊具和上架質(zhì)量。安裝配重平衡裝置后，計算輪胎吊在最惡劣工況下（即當風速為/s且輪胎吊滿載時）的最大輪壓，結(jié)果如下：電氣房側(cè)最大輪壓，柴油機房側(cè)最大輪壓，均小于堆場道路最大允許載荷，滿足原有場地設施要求。

（編輯：張敏 收稿日期：2014-09-02）