0 引言

輪胎式龍門起重機(jī) ( 以下簡稱 ＲTG) 以柴油發(fā)電機(jī)作為動(dòng)力，具有靈活轉(zhuǎn)場的優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)也存在能耗高的缺點(diǎn)。ＲTG “油改電”是指用電力驅(qū)動(dòng)來代替原來用柴油驅(qū)動(dòng)，使得 ＲTG 既利用電力清潔能源環(huán)保低耗的優(yōu)點(diǎn)，又保留靈活轉(zhuǎn)場的優(yōu)點(diǎn)［1，2］。

近年隨著全球燃油價(jià)格飛漲，各國對(duì)環(huán)保、節(jié)能要求的不斷提高，國內(nèi)外都在積極推進(jìn) ＲTG“油改電”技術(shù)的研究。劉洪波等［3］以及周家海等［4］對(duì) ＲTG “油改電”的主要 3 種方式 ( 電纜卷筒、低架滑觸線和高架滑觸線) 進(jìn)行了研究; 并重點(diǎn)對(duì)低架滑觸線油改電技術(shù)進(jìn)行探討，分析了直流及交流 2 種供電方式的優(yōu)缺點(diǎn)［5］; 大連海事大學(xué)的呂靖教授團(tuán)隊(duì)以某港集裝箱碼頭為例，深入研究了 ＲTG “油改電”技術(shù)的選型方法［6］; 在“油改電”技術(shù)的基礎(chǔ)上，Sang-Min Kim 等［7］，以及 Chunhc Chang 等［8］對(duì)于 ＲTG 利用超級(jí)電容技術(shù)達(dá)到進(jìn)一步節(jié)能減排進(jìn)行了深入的研究，F(xiàn)lynnM. M 等［9］提出可以用飛輪儲(chǔ)能技術(shù)對(duì) ＲTG 進(jìn)行“油改電”的改造，以便達(dá)到進(jìn)一步節(jié)能減排的目地; 大連海事大學(xué)的曾慶成教授團(tuán)隊(duì)對(duì) ＲTG “油改電”碳排放量核算方法及效益分析方法進(jìn)行了深入研究［10］; 趙德棟等則對(duì) ＲTG “油改電”涉及到的起重機(jī)檢驗(yàn)問題展開了研究［11］。

ＲTG “油改電” 的實(shí)際節(jié)能效果如何，我院以某港 “油改電”后的 ＲTG 為研究對(duì)象，對(duì)其開展改造前后的能耗測試研究。

1 某港 ＲTG “油改電”工作概況

某港某集裝箱堆場共有 32 臺(tái) ＲTG，在 2012 年陸續(xù)完成了 “油改電”。ＲTG “油改電”工作主要是選取合適的饋電裝置，目前 ＲTG 饋電裝置的供電方式主要有電纜卷筒、高架滑觸線和低架滑觸線 3 種。該港結(jié)合該堆場布局及現(xiàn)有 ＲTG 性能特點(diǎn)，在對(duì) 3 種供電方式論證和比較的基礎(chǔ)上，*終選擇了低架滑觸線供電方式，圖 1 為低架滑觸線供電方式圖。在堆場內(nèi)架設(shè)剛性低架滑觸線，并在 ＲTG 兩側(cè)安裝取電小車，市電通過電纜接到滑觸線上，取電小車沿滑觸線與 ＲTG 同步移動(dòng)，市電通過取電小車供電到 ＲTG。當(dāng) ＲTG 在堆場作業(yè)時(shí)，所需的動(dòng)力由市電從滑觸線輸送到 ＲTG，當(dāng) ＲTG 需要轉(zhuǎn)場到其他堆場箱區(qū)作業(yè)時(shí)，改由保留的柴油發(fā)電機(jī)組提供動(dòng)力進(jìn)行轉(zhuǎn)場操作。當(dāng)?shù)竭_(dá)新的場橋作業(yè)區(qū)后，停止柴油發(fā)電機(jī)組，切換到市電進(jìn)行作業(yè)運(yùn)行。

2 測試方案

根據(jù)該港的委托，結(jié)合人員、設(shè)備等資源情況，針對(duì)該港“油改電”的 ＲTG 制定了相應(yīng)的能耗測試方案。為使測試數(shù)據(jù)具有代表性，隨機(jī)選取 3 臺(tái) ＲTG ( 自編號(hào)分別為 7 號(hào)、8 號(hào)和 9 號(hào)) 用于對(duì)比測試。參照年度作業(yè)箱的平均質(zhì)量，選取 3個(gè) 21 t 試驗(yàn)箱，加上吊具等質(zhì)量 9 t，總載荷為300 kN，分別測試其單箱作業(yè)的耗電量及耗油量。

2. 1 測試方法

測量耗電量所用的儀器為三相電能質(zhì)量測試儀 Fluke1750、電能分析軟件 FPA 2. 1 等。三相電能質(zhì)量分析儀接入點(diǎn)為 ＲTG 供電出線柜，圖 2 為三相電能質(zhì)量測試儀接線圖。

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，每臺(tái) ＲTG 完成該耗油量測試大概耗油 40 L，而其自帶的油量刻度計(jì)精度只能達(dá)到± 2 L，遠(yuǎn)不能達(dá)到測試所要求 ± 10 mL 的精度。

所以，在進(jìn)行耗油量測試時(shí)，每臺(tái) ＲTG 配備 3 個(gè)量程為 20 L 的計(jì)量油桶，預(yù)先準(zhǔn)備 60 L 柴油，將進(jìn)回油管從自帶油箱中拔出，接在計(jì)量油桶里，測試完畢后，再由量程為 5 L 的量杯測出剩余油量，即可得出其實(shí)際耗油量，采用該方法能確保測試精度達(dá)到 ± 10 mL。

2. 2 測試工況

2. 2. 1 測試工況動(dòng)作分解

為了*大程度地模擬實(shí)際工況，測試工況主要可分解為收箱、發(fā)箱和大車行走 3 個(gè)動(dòng)作。圖3、圖 4 分別為收箱示意圖和發(fā)箱示意圖，該箱區(qū)共分為 7 列，*左列為拖車道，考慮全年平均吊箱跨度為 4 列，所以，試驗(yàn)箱在拖車道與第 4 列之間吊運(yùn)。拖車道中集裝箱卡車用于模擬實(shí)際作業(yè)時(shí)的集裝箱卡車，以增加起箱和落箱時(shí)的難度。該堆場 ＲTG 設(shè)計(jì)能力均為堆五過六，考慮全年平均堆箱高度為 3. 4 箱，所以，第 4 列會(huì)預(yù)備 3 層集裝箱。第 1 列到第 3 列預(yù)備 3 層集裝箱，主要作用一是為了體現(xiàn)全年平均堆箱高度; 二是防止測試過程中司機(jī)偷懶，走捷徑完成收箱和發(fā)箱動(dòng)作。由于第 5 列和第 6 列與測試過程無關(guān)，所以，就無需準(zhǔn)備集裝箱，各動(dòng)作具體方案如下。

1) 收箱

小車位于拖車道上方→吊具下降對(duì)位著箱→吊具閉鎖→吊箱起升→小車前行到第 4 列→吊具下降對(duì)位著箱→吊具開鎖→吊具起升→小車后行到拖車道→小車前行到第 4 列，準(zhǔn)備下一步的發(fā)箱。圖 3 為收箱示意圖。

2) 發(fā)箱

吊具位于第 4 列上方→吊具下降著箱→吊具閉鎖→吊箱起升→小車退回拖車道→吊具下降對(duì)位著箱→吊具開鎖→吊具起升到拖車道上方→小車前行到第 4 列→小車后行到拖車道，準(zhǔn)備下一步的收箱。圖 4 為發(fā)箱示意圖。

3) 大車行走

大車往前行走 3 m，再返回到測試箱位，每次行走 6 m，該動(dòng)作主要是為了模擬實(shí)際工況中的大車行走過程。

2. 2. 2 測試工況說明

分別以柴油發(fā)電機(jī)組和市電電網(wǎng)為動(dòng)力的作業(yè)工況測試。

1) 測試開始前場橋開到測試箱位，小車位于拖車道上方，準(zhǔn)備收箱動(dòng)作;

2) 整個(gè)測試過程按收箱—發(fā)箱的順序循環(huán)進(jìn)行，1 次收箱和 1 次發(fā)箱均計(jì)為 1 次吊箱操作;

3) 整個(gè)測試過程持續(xù) 2 h，每次測試每臺(tái)場橋需完成 30 箱次操作量，即吊箱速度為 15 箱次/h，該速度與實(shí)際作業(yè)速度相近;

4) 每依次完成 1 次收箱和 1 次發(fā)箱動(dòng)作后，則進(jìn)行 1 次大車行走動(dòng)作，整個(gè)測試過程需完成15 次大車行走動(dòng)作;

5) 30 次吊箱必須在 2 h 內(nèi)完成，如果沒完成，則需重新進(jìn)行測試;

6) 如 30 次吊箱在 2 h 內(nèi)完成，對(duì)于以柴油發(fā)電機(jī)組為動(dòng)力的作業(yè)工況測試，則讓柴油發(fā)電機(jī)組保持怠速狀態(tài)，直到完成 2 h 的測試時(shí)間。對(duì)于以市電為動(dòng)力的作業(yè)工況測試，則讓場橋停止一切動(dòng)作，測試結(jié)束;

7) 測試結(jié)束，記錄總耗油量和總耗電量。

3 測試結(jié)果

3. 1 測試統(tǒng)計(jì)

為了使測試結(jié)果具有代表性，將 7 號(hào)、8 號(hào)和9 號(hào) ＲTG 的能耗測試數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總計(jì)算平均能耗量，表 1 為 3 臺(tái) ＲTG 平均能耗表。

3. 2 結(jié)果分析

“油改電”主要有 2 大目標(biāo)，即節(jié)約成本和減少污染。由于柴油價(jià)格和工業(yè)用電價(jià)格一直在波動(dòng)，本文取當(dāng)前柴油平均價(jià)格 7. 00 元/L 和工業(yè)用電平均價(jià)格每千瓦時(shí) 1. 20 元進(jìn)行成本分析。污染指標(biāo)則主要以 CO2 排放量為準(zhǔn)，其換算標(biāo)準(zhǔn)為: 1kW·h = 0. 000 122 9 t 標(biāo)煤，1 L 柴油 = 0. 001 253106 t 標(biāo)煤，1 t 標(biāo)煤 = 2. 101 0 t CO2［12］。表 2 為 3臺(tái) ＲTG 平均能耗折算表。

4 結(jié)論

1) 在設(shè)計(jì)的測試工況下，柴油發(fā)電單箱平均能耗為 1. 42 L，市電單箱平均能耗為 1. 70 kW·h;

2) 柴油發(fā)電單箱平均耗費(fèi)資金 9. 94 元，市電單箱平均耗費(fèi)資金 2. 04 元，市電相對(duì)柴油發(fā)電單箱平均節(jié)約 79. 5% ;

3) 柴油發(fā)電單箱平均排放 CO2 為 3. 74 × 10 － 3t，市電單箱平均排放 CO2 為 4. 39 × 10 － 4 t，市電相根據(jù)測試結(jié)果，可知 ＲTG 經(jīng) “油改電”后，能節(jié)約大量能源，降低企業(yè)成本，同時(shí)減少 CO2排放量。該測試方法盡管能較真實(shí)地模擬實(shí)際工況，但與實(shí)際工況可能有一定差別，為了獲得更真實(shí)的數(shù)據(jù)，可以繼續(xù)改進(jìn)測試工況，或直接以實(shí)際工況為研究對(duì)象，進(jìn)行長期監(jiān)測。對(duì)柴油發(fā)電單箱平均少排放 88. 3% 。