RTG 起重机能耗分析外文翻译资料

英语原文共 8 页

RTG 起重机能耗分析

Vicky Papaioannou，Stefano Pietrosanti，William Holderbaum，Victor M. Becerra，Rayner Mayer

University of Reading,whiteknights,Reading,RG6 6AG,UK

摘要: 本文的目的是研究和分析橡胶轮胎龙门式起重机的各种电机所使用的能量，出于这个原因，有一台橡胶轮胎龙门式起重机在Felixstowe港口装备，并于正常运行期间收集数据八天，已经根据有效和空闲模式以及各种电机使用能量方面的情况分析了这些数据。根据该分析，可以确定平均约一半的能量消耗是可以恢复的。据估计，这一比例能量的恢复每年可以在费利克斯托港节省32,600升燃料和8100吨二氧化碳。

关键词：能量分析 RTG 起重机

1. 简介

每天集装箱港口在移动大量集装箱时会消耗大量能源。每个被提升的集装箱都必须回到低位，而这种惯性能量可以恢复。在集装箱起重机的能量由电网供电，这种可以恢复的能量，能在同一台起重机上重复使用，也能放回电网或使用在港口的其他地方。如果是在橡胶龙门式起重机的情况下，能量通常不会恢复但会消散在转储电阻器中。当RTG由柴油供电时，它会通常在一年中的一段时间内使用超过120,000升的柴油燃料。在大型港口，根据费利克斯托港的数千公斤二氧化碳排放量，可能有多达100台RTG起重机这将消耗数百万升柴油燃料。这个为了能够在起重机上局部回收能量用于提升下一个集装箱。

设计一个合适的和有效的RTG起重机储能系统，了解其在典型操作周期下的能源使用模式是必要的。在过去十年中，研究工作一直在安装各种储能系统等超级电集装箱，电池和飞轮系统到RTG起重机。结果通过实验测试表明在RTG起重机上安装储能系统可以减少燃料消耗，柴油发动机尺寸

和增加发动机寿命，然而，分析RTG起重机的不同电机的能源使用的领域调查还不够充分。

雷丁大学与Felixstowe港口合作收集和分析柴油驱动与最近的电动RTG起重机等数据。从标准测试和服务操作收集了数据，论文的贡献如下：

从八天的运作数据中得出概述，给出了那一天的哪一部分起重机在实际工作；

能量如何在不同的电动机之间分配;关于起重机的各种电动机的能量分析已经被实施；最后，根据具体工作量计算得出总可回收能量的百分比范围。

论文的结构如下：

首先，描述RTG起重机系统。然后，对集装箱重量和升降进行简要的统计分析，解释了数据收集和数据分析。接下来，展示有关于图形和数字的成果，就时间和能量分布以及与各种相关的起重机的电动机能量而言，包括对损耗的估算和潜在的可恢复能量。最后在下结论之前简要讨论结果和它们的分析过程。

1. 问题描述

在大型港口，使用RTG起重机将集装箱从拖拉机单元转移到集装箱行。在许多情况下每台起重机都是由柴油交流发电机驱动。电是整流的，直流网络用于向所有的电动机分配电力驱动电梯，小车和RTG运动当集装箱降下时，电动机产生电力和电力供应回到直流电网。若缺乏能量存储系统，这种过剩能量被倾倒入电阻器组。如果能量储存合适且到位，则过量能量可以储存，回收并用于下一次提升。典型的起重机每天移动数百个集装箱，这可能会带来显着的节能效果。在典型操作下合适的仪表化RTG起重机获得的数据可以被用来确定现有电动机能源的使用效率，并研究提高起重机效率的选择。终端运营商主要关心的是成本，当地和全球环境影响的社会问题，特别是全球减少二氧化碳的排放量在限制气候变化的重要性，而集装箱港口就是能源使用大户。

3.描述RTG起重机系统

装运港是集装箱通过的通道。从集装箱船转移到陆地运输基础设施（火车、卡车），反之亦然。集装箱存储在港口堆场，在等待转移到船舶或卡车运走，和负责堆放集装箱的机器是轮胎式龙门吊，设计用于跨越堆场。这些起重机通常配备四对车轮，使它们能够在终端周围移动；这种类型的移动称为“机架移动”。

图1显示了在费利克斯托港使用的轮胎式龙门吊。从图2中的简化图显示了起重机的安全连接，使用吊具连接至集装箱；吊具由八根线连接到一组滑轮和位于小车上的一种鼓轮，司机控制室一般位于小车上面，通过该方式吊具与起重机相连。

小车在垂直方向上水平移动相对于集装箱长度，这种运动是众所周知的“小车运动”；

吊具的向上和向下运动是通过发动机旋转连接到提升机的主鼓来完成，这被称为“提升运动”；

“龙门运动”被定义为起重机沿着集装箱堆使用四套橡胶车轮整体的运动。

所有执行器均为电动机，按降序排列: 无轨电车、龙门电机及提升机，后者占起重机总能耗的四分之一以上，驱动电机的电能由柴油发电机 (柴油动力 RTG 起重机) 或电网 (e-RTG 起重机)提供。

图 1.RTG 起重机在费利克斯托港作业 图2 RTG 起重机的绘制及其沿三个维度的运动

提升机、手推车和龙门电机连接到直流母线上，直流母线通过整流器由一次能源供电，如图3所示。当电机需要电源时 (例如，提升集装箱时)，直流母线电压会降低，当电机重新通电时 (例如，在降低集装箱时)，直流母线电压会增加。再生能量被输入直流母线，允许其他电机使用部分回收能量，而所有剩余的能量然后被倾倒到制动电阻，当直流母线电压达到阈值时，制动电阻会激活。大部分可回收能量来自集装箱降低后损失的势能。

图3显示了起重机中的主要电气元件，包括: 一种三相电源，既可以是柴油发电机组，也可以是与电网的连接;为直流总线供电的整流器;电机和驱动，代表一个或多个可作为电力负荷或源的电机;一个倾卸电阻，它耗散多余的能量 (所有回收的能量，如果没有安装存储系统)，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，并直接连接到直流总线 。

4.方法

4.1. 数据收集

数据记录仪已被用来收集数据从可编程逻辑控制器 (plc)，控制 RTG 起重机的运动。

图3.RTG 起重机的主要电气元件，增加了储能系统图

为了收集吊车日常生活的信息，对费利克斯托港的吊车进行了8个典型工作日的监测。这些数据包括进入直流链路整流器的能量以及每个起重机电机的电流和电压。其他信息包括有关扭曲锁状态的数据，该状态指示当摊铺机被锁定和解锁时。可以对这些数据进行处理，以确定

进出每个电机的能量流动。收集了8天的数据，以包括高活动日和低活动日。虽然数据涵盖8天的时间，但为了准确计算能源使用情况和节能潜力，仅在吊车积极使用的日子内进行了分析。监测的吊车是在费利克斯托夫港发现的最常见的 RTG 吊车模型。

4.2. 能源计算

定义 er，eh，eg为整流器能量、提升能量和龙门能量。每个电机消耗或产生的电能是通过使用欧拉积分规则 （1）在一段时间内整合电力来计算的。

其中 E是电能，P是电机消耗或产生的电能，h 是采样间隔，t₀ 是操作的初始时间，tf 是操作的最后时间。由于电机为三相，电力的表达式如下公式所示。

其中 Vrms 是在电机终端测量的电压的 rms 值，Irms 是交流相电流进入电机的rms 值。由于大部分能量是在整流器与提升机和龙门电机之间交换的，其余的能量消耗已被集中到变量 el 中。这个值主要包括整流器和直流母线的损耗、手推车能量和所有不能分配给主电机的剩余能量。其计算方法如下。

在这里，E_r 是整流能量， E_ch是消耗的提升能量，E_cg 是消耗的龙门能量。闲置能量被定义为吊车处于闲置模式时消耗的能量。

4.3. 按工作时数分列的天数分类

根据表1所述的作业时数，在8个工作日收集的数据分为典型操作、活动少和活动日很低。稍后将使用这一分类讨论每个单独的工作组的结果。由于收集的数据中代表了不同数量的工作量，因此在 pof 中的 RTG 起重机涵盖了所有工作日方案。

表 1天数分类

5. 活动的统计分析

如第4.1 节所述，在运行过程中从起重机 plc 收集了数据。在现有资料中，还可以测量集装箱重量、电梯之间的时间间隔、电梯的持续时间、能源需求和其他吊车活动参数。

5.1. 集装箱重量

测量了负荷重量，并对收集到的数据进行了分析，以提取确定吊车能耗所需的统计资料。图4显示，集装箱重量在4天内的分布集中在两个峰附近，分别为10吨和27吨。这是由于集装箱内运输的货物类型: 一些集装箱含有沉重和密集的材料，另一些集装箱持有轻货或空无一人。表2显示了从测量权重中提取的统计值。

5.2. 电梯之间的间隔

另一个关键信息是电梯之间的时间间隔。与起重机相关的电力系统的规模在很大程度上取决于在高功率需求之间通过的时间。结合对负载和电梯持续时间的测量，这些信息可以帮助评估电力需求的特征。在可比的能级下，与连续的低功耗负载相比，短、频繁的高功率负载可能更难管理。因此，测量了铺平机锁与后续重新锁 (指示集装箱正在移动) 之间的间隔，结果如图5和表2所示。很明显，大多数电梯发生在前一次电梯后不到一分钟，然后分布会随着间隔的增加而减少。5分钟以上的间隔已被丢弃，因为它们表明起重机一直处于闲置状态，而且与电梯移动次数相比，它们的数量也很少。RTG 起重机通常在几分钟后进入闲置模式 (取决于所安装的型号和节能设备)，因此，为了研究起重机的活动水平，分析仅限于较短的间隔。此外，在评估吊车的能耗时，较长的间隔并不相关，因为它们与吊车的活动无关 (轮班、与港口物流有关的延误)。

5.3. 集装箱升降机的持续时间

起重机的一次能源必须在集装箱提升期间提供高功率，因为提升电机是起重机中额定最高的电机。大量由52吨决定 (集装箱加摊铺机) 被举了长达 650多年，以高峰功率需求 400千瓦。然后，估计典型电梯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。小型和繁忙的终端将有集装箱放置在高堆栈，而较大的端口与低活动将更喜欢较低的堆栈;堆栈的高度将影响提升时间分布。在费利克斯托夫港，测量的持续时间如图6所示，很明显，这些数值集中在20秒左右。

集装箱吊起的速度取决于集装箱的重量，较轻的集装箱以每分钟52米的垂直速度吊起，而满载 (40 吨) 的集装箱的速度限制在每分钟26米 (根据制造公司 (zpmc) cra 的说法手册);这导致提升集装箱时提升的时间略有增加，如图7所示。

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:

集装箱重量与提升容集装箱所需的能量成正比。一些重的集装箱显示重量的分布将导致更高的能源消耗。

由于闲置时间较短，频繁的集装箱运动与起重机的高能耗有关。这是由于电梯之间的间隔较短，因此，如果这个值很低，能耗就会很高。

码头面积小、吨位高的港口往往以集装箱堆栈高为特点，导致升力时间长。通过测量电梯的持续时间，可以比较等效吨位港口的能耗，因为它知道提升机电机所需的功率与平均升力持续时间成正比。然后，测量的提升持续时间分布可以帮助预测能耗。

本节中提供的统计值可用于解释同一端口中端口之间或不同时间框架之间的能耗差异。以后将可以明显看出，典型港口的主要因素将是每单位时间移动的集装箱数量，即电梯之间的间隔。

图 4.直方图的集装箱数量与实测重量， 图 5.直方图电梯之间的间隔时间，

收集了4 天数据 在 4 天内收集的数据

表 2关于集装箱重量、电梯间隔的持续时间和电梯持续时间的

统计信息，4天内收集的数据

图6.直方图的电梯数量与测量的持续时间，图7.电梯持续时间的分布,亮度随指在 4 天内收集的数据 定的年数的提升时间而增加

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、空闲和关闭。起重机在工作时，正在积极执行一项任务，如吊起/降低集装箱。空闲模式是

资料编号：[5119]

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