CN203855317U - 岸边集装箱起重机能效测量系统 - Google Patents

Abstract

“基于载荷状态级别采用加权平均的岸边集装箱起重机能效测量系统”，属于特种设备岸边集装箱起重机能效测量领域。系统包括岸边集装箱起重机装置、供电电路和电能测量装置。所述岸边集装箱起重机装置包括支架体系、小车行走机构、起升机构、吊具及重物和计算机管理系统。所述供电电路，为三相三线制供电电路。所述电能测量装置连接至供电电路。依托本实用新型系统，可以实现基于载荷状态级别采用加权平均法对能效进行测量。在一个测试周期内，选取多个典型载荷值进行循环试验，依据典型载荷相应的起吊次数所占总次数的比值确定加权系数，然后将一个测试周期内的测试结果等效转化到一个作业周期内，计算得到等效有效能、等效供给能和能效。

Description

岸边集装箱起重机能效测量系统

技术领域

本实用新型涉及特种设备岸边集装箱起重机能效测量领域。 

背景技术

岸边集装箱起重机作为特种设备的一类，是国民经济建设的重要基础设备，其安全性能和运行状况直接关系到人民群众的生命财产安全和经济情况。随着人们对资源和环境认识的不断提高，《中华人民共和国节约能源法》、《中华人民共和国环境保护法》等一大批法律法规相继出台。《中华人民共和国节约能源法》明确提出了“对高耗能的特种设备，按照国务院的规定实行节能审查和监管”的要求。在此形势下，节能减排必将成为岸边集装箱起重机的发展趋势，也是企业降低运行成本的重要技术手段。作为用电大户的岸边集装箱起重机具有非常大的节能潜力。要做好节能减排工作，首先应当研发岸边集装箱起重机的能效测量系统。 

发明内容

本实用新型目的在于公开一种岸边集装箱起重机能效测量系统，可应用于实现基于载荷状态级别采用加权平均的能效测量方法。 

本实用新型给出的技术方案为： 

一种岸边集装箱起重机能效测量系统，其特征在于，包括：岸边集装箱起重机装置、供电电路和电能测量装置，其中： 

所述岸边集装箱起重机装置又包括支架体系、小车行走机构、起升机构、吊具及重物和计算机管理系统， 

所述支架体系包括立柱和大梁，大梁垂直固定于立柱上，大梁设置有轨道； 

所述小车行走机构包括小车、小车电机和水平移动距离编码器，小车通过其轮系与大梁上的轨道咬合，所述水平移动距离编码器安装于小车的轮系上，水平移动距离编码器与计算机管理系统连接； 

所述起升机构包括钢丝绳、起升电机和起升高度编码器，所述钢丝绳的一端通过定滑轮将吊具及重物悬挂于小车上，钢丝绳的另一端与起升电机输出端连 接；所述起升高度编码器安装于定滑轮上，起升高度编码器与计算机管理系统连接； 

所述计算机管理系统包括相互连接的处理器和液晶显示器，处理器具有简单处理功能，处理器分别与水平移动距离编码器、起升高度编码器连接，处理器接收来自于水平移动距离编码器、起升高度编码器采集的数据，并由液晶显示器展示出水平及垂直位移对应的速度、距离参数； 

所述供电电路，为三相三线制供电电路，结构包括高压开关柜、主变压器、起升控制柜和小车控制柜，所述起升控制柜和小车控制柜并行连接，所述起升控制柜、小车控制柜分别连接起升电机、小车电机；主变压器与起升控制柜、小车控制柜之间是由三相三线制供电电路连接，码头外电源通过高压开关柜连接到主变压器输入端； 

所述电能测量装置，该电能测量装置连接至供电电路；所述电能测量装置由主机、电压传感器、电流传感器、显示器、以及若干导线组成，电压传感器、电流传感器分别与主机输入端连接，主机输出端与显示器连接。 

本实用新型的有益效果： 

本实用新型系统可以科学、有效、准确的反应能效情况，所进行的岸边集装箱起重机能效的测量能够准确、真实的反应岸边集装箱起重机的能效情况。测量结果可为制造单位对现有产品的节能改造和新产品的开发提供指导，也可为用户选购岸边集装箱起重机提供能效参考。依托本实用新型系统，可以实现基于载荷状态级别采用加权平均法对能效测量。测量方法：在一个测试周期内，选取多个典型载荷值进行循环试验，依据典型载荷相应的起吊次数所占总次数的比值确定加权系数，然后将一个测试周期内的测试结果等效转化到一个作业周期内，计算得到等效有效能、等效供给能和能效。 

附图说明

图1为测量起始状态的现场示意图。 

图2为测量周期水平位移运动状态的现场示意图。 

图3为测量周期垂直升降运动状态的现场示意图。 

图4为电能测量装置与供电电路的接线方式示意图。 

图5本实用新型整体架构原理示意图。 

图6为本实用新型的检测流程示意图。 

标记说明：标记说明：大车行走机构1，立柱2，大梁3，小车4，钢丝绳5，吊具6，重物7。 

具体实施方式

如图1至图5所示，以下实施例结合附图进一步介绍本实用新型技术方案以及整个系统的工作过程。 

整个本岸边集装箱起重机能效测量系统根据功能设计，包括：作为测量平台的岸边集装箱起重机装置、用于接入码头电源的供电电路、用来测量消耗总电量的电能测量装置，其中： 

所述岸边集装箱起重机装置作为动力设备，它又包括支架体系、小车行走机构、起升机构、吊具及重物和计算机管理系统， 

所述支架体系包括立柱2和大梁3，支架体系通过立柱用于固定和传递纵向的力，大梁垂直固定于立柱上，大梁设置有轨道，供小车行走机构在大梁上行走从而完成吊具及重物的水平位移。 

所述小车行走机构包括小车4、小车电机(图中未示)和水平移动距离编码器(图中未示)，小车通过其轮系与大梁上的轨道咬合，所述水平移动距离编码器安装于小车的轮系上，用于采集小车水平移动距离，水平移动距离编码器与计算机管理系统(图1至图3中未示)连接。 

所述起升机构包括钢丝绳5、起升电机(图中未示)和起升高度编码器(图中未示)，所述钢丝绳的一端通过定滑轮(图中未示)将吊具及重物悬挂于小车上，钢丝绳5的另一端与起升电机输出端连接，从而完成吊具及重物垂直升降运动；所述起升高度编码器安装于定滑轮上，用于采集吊具及重物的起升高度，起升高度编码器与计算机管理系统连接。 

所述计算机管理系统包括具有简单处理功能的处理器和液晶显示器，处理器接收来自于水平移动距离编码器、起升高度编码器采集的数据，并由液晶显示器展示出水平及垂直位移对应的速度、距离参数。 

为了实际作业需要，所述支架体系底部设置大车行走机构，通过立柱固定在大车行走机构上。大车行走机构设置停靠在平整地面上。该大车行走机构测量前用于整个岸边集装箱起重机沿地面轨道移动，调整确定最优的固定位点，因此大 车行走机构所消耗的能量不计入能量消耗总数内。所述供电电路，为三相三线制供电电路，结构包括高压开关柜、主变压器、起升控制柜、小车控制柜和大车控制柜，所述起升控制柜、小车控制柜和大车控制柜作为岸边集装箱起重机装置的三个并行连接的动力设备输入端，所述起升控制柜、小车控制柜和大车控制柜分别连接起升电机、小车电机和大车电机；主变压器与这些动力设备输入端之间是由三相三线制供电电路连接，码头外电源通过高压开关柜连接到主变压器输入端。所述电能测量装置，该电能测量装置连接至三相(电路A、B、C三相)三线制供电电路，对其进行测量，能够测量和记录起升控制柜、小车控制柜输入电量，其接线方式见图4。物理构成由主机、电压传感器(ch1、ch2)、电流传感器(ch1、ch2)、显示器、以及若干导线组成，电压传感器、电流传感器分别与主机输入端连接，主机输出端与显示器连接，与三相三线制供电电路的连接关系为： 

电压传感器ch1测量A相和B相之间的线电压，即：电压传感器ch1的正极接电路A相，负极接电路B相。 

电压传感器ch2测量C相与B相之间的线电压，即：电压传感器ch2的正极接电路C相，负极接电路B相。 

电流传感器ch1测量A相电流，电流传感器ch2测量C相电流，即：电流传感器ch1接电路A相，电流传感器ch2接电路C相。 

本实用新型岸边集装箱起重机能效测量系统，可应用于基于载荷状态级别采用加权平均的能效测量方法。方法介绍如下： 

(1)基于载荷状态级别采用加权平均法对测量试验中的载荷质量进行优化。 

按照起重机设计寿命期间有关载荷值的大小和相应的起吊次数占总次数的比值情况，岸边集装箱起重机的载荷状态级别分为四级，用Q1、Q2、Q3、Q4表示，如表1所示。 

表1载荷状态级别 

可见，岸边集装箱起重机设计的时候是充分考虑其预期寿命内载荷使用情况的。一般情况下，用户也是按照该载荷情况进行使用的。那么，能效的测量也应当基于实际情况确定测量试验中的载荷质量。因此，采用加权平均法的能效测量方法，该方法提出加权平均有效能Q_Y、加权平均供给能Q_G的新概念及其计算公式。所谓“加权平均有效能”是指一个测试周期内，各典型载荷工况下的有效能与加权系数k_i的乘积之和。所谓“加权平均供给能”是指一个测试周期内，各典型载荷工况下的供给能与加权系数k_i的乘积之和。能效η等于加权平均有效能Q_Y与加权平均供给能Q_G之比。其核心思想是不是单纯以60％额定载重量作为试验载荷测试一个作业周期的能耗，而是取多个典型载荷作为试验载荷进行多次循环试验，将其等效到一个作业周期。 

如下表所示，列出了载荷的几个典型状态，额定载重量的30％、50％、60％、80％、100％，典型载荷G_i可以据此进行选择。根据载荷状态级别中的“说明”，对定性的描述性语句进行量化。(1)对载荷情况进行量化。所谓“较轻载荷”是指载荷以额定起重量的30％为主，小于额定起重量50％；“中等载荷”是指以额定载重量的50％和60％为主；“较重载荷”是指以额定载重量的80％为主。(2)对典型载荷对应的起吊次数占总次数的比值情况进行量化。“经常”量化为占总次数的75％，“较多”量化为占总次数的60％，“有时”量化为占总次数的15％，“较少”量化为占总次数的5％，“很少”量化为占总次数的2％。如下表5.7所示。 

表2载荷状态级别所对应的典型载荷及相应起吊次数占总次数的比值 

在测量时不是简单的取固定载荷作为试验载荷，而是分别选取几种典型载荷作为试验载荷进行测量，并根据预期寿命内典型载荷起吊次数占总次数的比值情况采用加权平均的方法将整个测量周期等效为一个作业周期。 

(2)有效能的计算公式。若试验载荷质量为G_i，则岸边集装箱起重机一个工作循环有效能Q_Yi的计算公式可以优化为： 

$\begin{array}{c}{Q}_{\mathrm{Yi}}=9800G_0{H}_0+500G_0{v}_0^2+\\ 9800G_0\mathrm{\μ}{S}_0+500G_0{v}_0^{\′2}+\\ 9800(G_i+G_0)H_i+500(G_i+G_0)v_i^2+\\ 9800(G_i+G_0)\mathrm{\μ}{S}_i+500(G_i+G_0)v_i^{\′2}\end{array}$

式中： 

Q_Yi一个做作业周期的有效能，单位为焦耳(J)； 

G_i集装箱载荷质量，单位为吨(t)； 

G₀吊具质量，单位为吨(t)； 

H₀空载时，吊具起升的高度，单位为米(m)； 

H_i有载时，集装箱起升的高度，单位为米(m)； 

v₀空载时，起升吊具的速度，单位为米每秒(m/s)； 

v'₀空载时，小车运行的速度，单位为米每秒(m/s)； 

v_i有载时，起升集装箱的速度，单位为米每秒(m/s)； 

v_i'有载时，小车运行的速度，单位为米每秒(m/s)； 

S₀空载时，小车运行的距离，单位为米(m)； 

S_i有载时，小车运行的距离，单位为米(m)； 

μ钢轮与钢轨之间的摩擦系数，取0.015； 

(3)进行测量试验时，起升高度和小车移动距离应当为具体数值，不应是个范围，可规定其取值为最大值的60％，这样既可以定性的反映能效的变化趋势，又可以有效避免同一台岸边集装箱起重机每次测量所得能效值都不同的情况发生。 

(4)测量流程可以参见图6所示。每个机构每种典型载荷每种工况下至少重复测试三次，从本实用新型中的岸边集装箱起重机装置的计算机管理系统显示器上读取速度、距离等运行数据，通过本实用新型中的电能测量装置测量供给能，取三次正常测量值的算术平均值。具体测试步骤如下： 

A)起升机构以额定速度空载(即仅带吊具)升降，起升高度应等于额定起升高度的60％； 

B)小车以额定速度空载(即仅带吊具)运行，小车运行的距离应等于额定距离的60％； 

C)以额定速度起升载荷，载荷质量取典型起升载荷G1，起升高度与A)中高度相同； 

D)起升载荷G₁至A)中所述高度，小车以额定速度带载运行，小车运行的距离与B)中距离相同； 

E)载荷质量依次取典型起升载荷G₂、G₃、…和G_max代替G₁，重复步骤C)和D)。 

首先，通过本实用新型中的测量平台显示器展示出的各个参数数据进行有效能的计算。载荷质量为G_i时，岸边集装箱起重机一个工作循环有效能Q_Yi的计算公式为： 

$\begin{array}{c}{Q}_{\mathrm{Yi}}=9800G_0{H}_0+500G_0{v}_0^2+\\ 9800G_0\mathrm{\μ}{S}_0+500G_0{v}_0^{\′2}+\\ 9800(G_i+G_0)H_i+500(G_i+G_0)v_i^2+\\ 9800(G_i+G_0)\mathrm{\μ}{S}_i+500(G_i+G_0)v_i^{\′2}\end{array}$

式中： 

Q_Yi一个做作业周期的有效能，单位为焦耳(J)； 

G_i集装箱载荷质量，单位为吨(t)； 

G₀吊具质量，单位为吨(t)； 

H₀空载时，吊具起升的高度，单位为米(m)； 

H_i有载时，集装箱起升的高度，单位为米(m)； 

v₀空载时，起升吊具的速度，单位为米每秒(m/s)； 

v'₀空载时，小车运行的速度，单位为米每秒(m/s)； 

v_i有载时，起升集装箱的速度，单位为米每秒(m/s)； 

v_i'有载时，小车运行的速度，单位为米每秒(m/s)； 

S₀空载时，小车运行的距离，单位为米(m)； 

S_i有载时，小车运行的距离，单位为米(m)； 

μ钢轮与钢轨之间的摩擦系数，取0.015； 

加权平均有效能的计算，岸边集装箱起重机一个测试周期加权平均有效能Q_Y的计算公式为： 

$\begin{array}{c}{Q}_Y=\mathrm{\Σ}{\mathrm{\η}}_i{Q}_{\mathrm{Yi}}=9800G_0{H}_{0}500G_1{v}_0^2+\\ 9800G_0\mathrm{\μ}{S}_0+500G_1{v}_0^{\′2}+\\ \mathrm{\Σ}{k}_i[9800(G_i+G_0)H_i+500(G_i+G_0)v_i^2]+\\ \mathrm{\Σ}{k}_i[9800(G_i+G_0)\mathrm{\μ}{S}_i+500(G_i+G_0)v_i^{\′2}]\end{array}$

其次，供给能采用本实用新型中的电能测量装置进行测试，一个测试周期加权平均供给能Q_G的计算公式如下： 

Q_G＝Q_G0+∑η_iG_Gi＝3.6×10⁶(D₀+∑k_iD_i) 

式中：Q_G为一个测试周期加权平均供给能，J；D₀为空载工况下步骤A)和B)测得的值，kW·h；D_i-当起升载荷为G_i时，一个工作循环内步骤C)和D)测得的值，kW·h。 

最后，能效的计算。能效的计算公式如下： 

$\mathrm{\η}=\frac{Q_Y}{Q_G}\×100\%=\frac{\mathrm{\Σ}{k}_i{Q}_{\mathrm{Yi}}}{\mathrm{\Σ}{k}_i{Q}_{\mathrm{Gi}}}\×100\%=\frac{\mathrm{\Σ}\frac{C_i}{C_T}{Q}_{\mathrm{Yi}}}{3.6\×10^6\×\mathrm{\Σ}\frac{C_i}{C_T}{D}_i}\×100\%$

式中：η为能效；Q_Y为一个测试周期内的加权平均有效能；Q_G为一个测试周期内的加权平均供给能。 

Claims (1)

1.一种岸边集装箱起重机能效测量系统，其特征在于，包括：岸边集装箱起重机装置、供电电路和电能测量装置，其中： 

所述岸边集装箱起重机装置又包括支架体系、小车行走机构、起升机构、吊具及重物和计算机管理系统， 

所述支架体系包括立柱和大梁，大梁垂直固定于立柱上，大梁设置有轨道； 

所述小车行走机构包括小车、小车电机和水平移动距离编码器，小车通过其轮系与大梁上的轨道咬合，所述水平移动距离编码器安装于小车的轮系上，水平移动距离编码器与计算机管理系统连接； 

所述起升机构包括钢丝绳、起升电机和起升高度编码器，所述钢丝绳的一端通过定滑轮将吊具及重物悬挂于小车上，钢丝绳的另一端与起升电机输出端连接；所述起升高度编码器安装于定滑轮上，起升高度编码器与计算机管理系统连接； 

所述计算机管理系统包括相互连接的处理器和液晶显示器，处理器具有简单处理功能，处理器分别与水平移动距离编码器、起升高度编码器连接，处理器接收来自于水平移动距离编码器、起升高度编码器采集的数据，并由液晶显示器展示出水平及垂直位移对应的速度、距离参数； 

所述供电电路，为三相三线制供电电路，结构包括高压开关柜、主变压器、起升控制柜和小车控制柜，所述起升控制柜和小车控制柜并行连接，所述起升控制柜、小车控制柜分别连接起升电机、小车电机；主变压器与起升控制柜、小车控制柜之间是由三相三线制供电电路连接，码头外电源通过高压开关柜连接到主变压器输入端； 

所述电能测量装置，该电能测量装置连接至供电电路；所述电能测量装置由主机、电压传感器、电流传感器和显示器组成，电压传感器、电流传感器分别与主机输入端连接，主机输出端与显示器连接。