RTG起重机的能源使用情况分析外文翻译资料

英语原文共 8 页，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

RTG起重机的能源使用情况分析

摘要：本文的目的是研究和分析橡胶龙门式起重机的各种电机所使用的能量。 出于这个原因，在Felixstowe港口装备了一台轮胎式起重机（RTG）起重机，并在正常运行期间收集了八天的数据。

这些数据已经根据繁忙和空闲模式以及各种电机的能源使用情况进行了分析。 从这个分析中可以确定，平均约有一半的能源消耗是可以回收的。 据估计，恢复这一比例的能源可能会在费利克斯托港每年节约32,600 L燃料和减少8100吨二氧化碳的排放。

关键词：能量分析 RTG起重机

1.简介

集装箱港口每天运送数千个集装箱时会使用大量能源，当每个集装箱提升能量消耗的降低，这种惯性能量才能被回收。在由电网供电的集装箱起重机中，回收的能源可以在同一台起重机上重复使用，放回电网或在港口的其他地方使用。在橡胶轮胎式起重机（RTG）传统起重模式下，能量通常不会被恢复，而是在电阻中消耗掉。当RTG采用柴油驱动时，在一年内通常使用超过120,000升柴油[21]。根据费利克斯托港的规定，大型港口可能会有多达100台RTG起重机，这些起重机将耗费数百万升柴油，导致数千公斤的二氧化碳排放量。通过分析人们可以在起重机上局部回收能量，以用于提升下一个集装箱。为RTG起重机设计合适和高效的储能系统，有必要了解其正常运行周期下的能源使用模式。

在过去的十年里，已经开始研究将各种储能系统[7]如超级电容器[4]，蓄电池[13]和飞轮系统安装到RTG起重机[5,8,9,12]的方向。通过实验测试发现，RTG起重机上储能系统的安装能够降低燃料消耗，减小柴油机尺寸并延长发动机寿命[12]。尽管如此，分析RTG起重机不同电动机的能源使用的领域还没有得到充分的调查。

雷丁大学与费利克斯托港合作收集和分析柴油机和最近电动操作的RTG起重机的数据。数据已从标准测试和服务运营中收集。论文的内容如下：

• 从8天的运行数据中可以看出起重机实际工作的一天中的哪一部分;
• 不同电机之间的能量分配方式;
• 对起重机的各种电机进行了能量分析;
• 最后根据具体日期的工作量计算总可回收能量的百分比范围。

该论文的结构如下：首先描述了RTG起重机系统。然后，介绍集装箱重量和集装箱起重机的简要统计分析，解释数据收集和数据分析的方法。接下来，图形和数字显示关于时间和能量分布以及与起重机各种电机相关的能量的结果，包括估计损失和潜在的可回收能量。最后在结束之前简要讨论结果及其分析。

2.问题陈述

在集装箱大型港口使用RTG起重机从牵引车单元转移到集装箱中。在许多情况下，每台起重机都由驱动交流发电机的柴油机提供动力。电力经过整流，直流电网被用于分配电力给所有驱动电机，RTG起重机的推车和运动的电动机。当集装箱下降时，电动机产生电力并将电力供应回直流网络。在没有能量存储系统的情况下，这些过量的能量被转储到电阻器组中。如果适当的能量存储到位，这些多余的能量可以储存，回收并用于下一次升降[14]。这可能导致显着的节能，因为大多数RTG起重机每天移动数百个集装箱。在正常的运行情况下，从适当仪器化的RTG起重机获得的数据可用于确定现有电机如何有效利用能源，并研究提高起重机效率的方案。尽管终端运营商主要关注成本，社会关注的问题涉及当地和全球的环境影响。由于集装箱港口是大型能源用户，减少二氧化碳排放对于限制气候变化特别重要。

3.RTG起重机系统的描述

航运港口是通过集装箱船运往陆路运输基础设施（火车，货车）的集装箱，反之亦然[1]。在等待转运到船舶或货车的过程中，集装箱以堆垛的形式存放在堆垛中，负责堆垛集装箱的机器是RTG起重机，该起重机设计用于跨越堆垛。这些起重机通常配有四对轮子，可以在终端附近移动;这种类型的运动被称为“龙门运动”。

图1显示了Felixstowe港使用的RTG起重机。从图2中的简图中可以看出，吊车使用吊具安全地安装在集装箱上;吊具通过连接到位于手推车上的一组滑轮和滚筒的八根电线连接到起重机，手推车通常位于手推车内。

• 小车在相对于集装箱长度的垂直方向上水平移动。这种类型的运动被称为“小车运动”;
• 吊具的向上和向下运动通过连接到吊车马达的主滚筒的旋转来完成。这被称为“提升运动”;
• 整个起重机沿着集装箱堆使用四组橡胶轮的运动定义为“龙门运动”。

所有的执行器都是电动马达，它们在功耗方面的排名依次为：小车马达，龙门马达和起重马达，后者占起重机总能耗的四分之一以上[ 2,3,15]。驱动电机的电能由柴油发电机（用柴油发电的RTG起重机）或电网（在e-RTG起重机中）提供[10,11,17]。如图3所示，起升机构，小车和龙门机构连接到直流母线上，直流母线由主要能量源通过整流器供电。当电机需要功率（例如提升容器）时，直流母线电压下降，当电动机再生能量时（例如降低容器时）它会增加。再生能量输入直流母线，允许其他电机使用部分回收能量，剩余的能量则转储到制动电阻器中，当直流母线电压达到阈值时激活。大部分可回收能源来自降低后容器损失的潜在能量。

起重机中的主要电气元件如图3所示，包括：三相电源，其可以是柴油发电机组或与电网的连接;给DC总线供电的整流器;电动机和驱动器，代表一个或多个电动机

可以充当电力负载或电源;一个能够消耗多余能量的转储电阻（如果没有安装存储系统，所有的回收能量），最后是一个飞轮储能系统（FESS），这是一个存储技术的例子，可以添加到起重机并直接连接到直流母线[9,18,20]。

图3 RTG起重机的主要电气元件的示意图，其中增加了储能系统[20]。

4.方法

4.1数据采集

数据记录器用于从控制RTG起重机运动的Programmablelogic控制器（PLC）收集数据。为了收集起重机日常生活中的信息，费利克斯托港口的一台起重机被监测为正常的工作日。这些数据包括进入直流链路整流器的能量以及每台起重机的电流和电压。附加信息包括涉及当吊具锁定和解锁其中表明扭锁的状态的数据。可以处理这些数据，以确定流入和流出每个电机的能量。已经收集了八天的数据，以包括高活动日和低活动日。虽然数据涵盖了8天的时间段，但为了准确计算能源使用量和节能潜力，分析仅在起重机被频繁使用的几天进行。监测的起重机是在费利克斯托港发现的最常见的RTG起重机模型。

4.2. 能量计算

将Er，Eh，Eg分别定义为整流器能量，提升能量和龙门能量。 每个电动机消耗或产生的电能通过使用欧拉积分规则（1）随时间对电力进行积分来计算。

其中E是电能，P是电动机消耗或产生的电力，h是采样间隔，t0是操作的初始时间，tf是操作的最后时间。 由于电动机是三相的，电功率的表达式由下式给出[16]：

其中VRMS是在电机端子处测量的电压的RMS值，IRMS是进入电机的AC相电流的RMS值。

考虑到大部分能量在整流器和起重机和龙门机床之间进行交换，其余的能源消耗已经集中到变量El中。该值主要包括整流器和直流母线的损耗，电车能量以及所有其他不能分配给主电机的能量。它的计算方法如下：

其中Er是整流器能量，Ehc是消耗的升降机能量，Egc是消耗的龙门能量。空闲能量定义为起重机处于空闲模式时所消耗的能量。

4.3 根据工作时数分类天数

根据表1所述的运行小时数，8个工作日内收集到的数据分为正常，低活度和非常低的活度日期。这种分类将在稍后用于讨论每个分组工作日的结果。由于在收集的数据中表示了大量的工作量，因此PoF中的RTG起重机涵盖了所有工作日的情况。

表1：

5.活动的统计分析

如第4.1节所述，运行期间从起重机PLC收集了数据。 在可获得的信息中，还可以测量集装箱重量，升降机之间的时间间隔，升降机的持续时间，能量需求和其他起重机活动参数。

5.1 容器重量

测量负载重量并分析收集的数据以提取确定起重机能耗所需的统计信息。 图4显示，集装箱重量4天以上的分布集中在两个峰值附近，分别为10和27吨。 这是由于货物在集装箱内运输的类型：一些集装箱包含重且致密的材料，另一些集装箱则装载轻质货物或空载。 表2显示了从测量权重中提取的统计值。

表2：

5.2升降间隔

另一个关键信息是起升和下降之间的时间间隔。与起重机相关的电力系统的大小高度取决于在高功率需求情况之间经过的时间量。加上负载的测量和电梯的持续时间，这些信息可以帮助评估电力需求的特性。在可比较的能量水平上，与连续的低功率负载相比，短而频繁的高功率负载可能难以管理[19]。为此，测量了吊具锁与随后的重新锁定之间的间隔（表明集装箱正在移动），结果如图5和表2所示。很明显，大部分电梯出现的次数少于之前一分钟后，随着间隔增加，分布随之减少。超过5分钟的间隔已经被丢弃，因为它们表明起重机已经空转，并且与升降机移动次数相比，它们的数量也很少。 RTG起重机在几分钟后通常会进入空闲模式（取决于安装的型号和节能设备），因此分析仅限于短时间间隔以研究起重机的活动水平。此外，更长的时间间隔不适用于评估起重机的能源消耗，因为它们与起重机的活动无关（变化的班次，与港口物流有关的延误）。

5.3集装箱升降时间

由于起重机是起重机中额定功率最高的电机，起重机的主要能源必须在集装箱吊运期间提供高功率。高达52吨的集装箱（集装箱和吊具）被吊起达65秒，峰值功率需求高达400 kW [6]。然后，估计正常升降机的持续时间变得非常重要，这取决于集装箱需要达到的高度。小型和繁忙的码头将集装箱放置在较高的堆垛中，而较小的活动较大的港口则倾向于较低的堆垛;堆的高度将影响升力持续时间分布。在费利克斯托港，测量的持续时间如图6所示，很明显，这些值集中在20秒左右。集装箱提升的速度取决于集装箱的重量，较轻的集装箱以每分钟52米的垂直速度提升，而在满载（40吨）时，速度限制为26米/分钟（根据制造公司（ZPMC）起重机手册）;如图7所示，当提升质量较高的容器时，这会导致升力持续时间稍微增加。

图6

图7

5.4能源需求和起重机活动

起重机的能耗与其活动水平相关，具有以下关系：

• 容器重量与提升容器所需的能量成正比。权重的分布显示更多的重量
• 由于闲置时间较短，集装箱频繁移动与起重机的高能耗有关。这是由于电梯间隔很短，所以如果此值较低，则能耗较高。
• 码头面积小，吨位高的港口通常具有高集装箱堆垛的特点，这就导致了高起吊持续时间。通过测量升降机的持续时间，可以比较相同吨位港口的能耗，因为了解升降机电机所需的功率与平均升降时间成正比。测得的电梯持续时间分布可以帮助预测能源消耗。

本节介绍的统计值可用于解释港口之间或同一港口不同时间段之间的能源消耗差异。稍后将证明，正常港口的主要因素将是每单位时间移动的集装箱数量，即升降机之间的间隔。

6.RTG起重机的时间和能量分配

RTG起重机有三种工作模式：工作，空转和关闭。当起重机正在工作时，它正在积极执行诸如升降集装箱的任务。当起重机启动但不执行任何任务时，空闲模式是“等待”模式。最后，当起重机关闭时，控制使能开关关闭，电动机关闭，起重机不执行任何任务。起重机在等待卡车时或起重机操作员处

全文共10948字，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

资料编号：[16108]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word

您可能感兴趣的文章

• 2.3港口吞吐量预测外文翻译资料
• 使用多标准移动通信分层遗传算法的阻抗 匹配网络的宽带优化外文翻译资料
• 移动RFID标签阅读与非重叠串联阅读器在输送带的应用外文翻译资料
• 利用数字图像进行的全场应变测量方法外文翻译资料
• 自然灾害中并发事件的多种应急资源的分配外文翻译资料
• 基于主机的卡仿真：开发，安全和生态系统影响分析外文翻译资料
• 实现基于Android智能手机的主机卡仿真模式作为替代ISO 14443A标准的Arduino NFC模块外文翻译资料
• 探索出行方式选择和出行链模式复杂性之间的关系外文翻译资料
• 信息系统研究、教育和实践的基本立场及其影响外文翻译资料
• 仓储和MH系统决策模型的设计优化与管理外文翻译资料