CN205114884U - 一种轮胎式龙门起重机的双动力节能系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及新能源应用领域，特别涉及一种轮胎式龙门起重机(RTG)的双动力节能系统。本实用新型包括系统控制器、电池组及管理系统、发电机组、单向DC/AC逆变电源、单向DC/DC直流电源和辅助变压器等；本实用新型采用一套电池组作为主动力电源，电池组可满足RTG在一段时间内的全电作业，实现动力源输出功率与RTG功率需求全程完全匹配，提高能源效率；实现RTG制动能量回收并循环利用；发电机组一旦工作便控制在最佳能效下输出功率，能源效率最高；实现发动机不过载、不冒黑烟；缩短发电机组运行时间、延长维护保养周期；在本实用新型中，可以提高RTG的能源利用效率，达到降低RTG整体能耗的效果，节能减排。

Description

一种轮胎式龙门起重机的双动力节能系统

技术领域

本实用新型涉及新能源应用领域，特别涉及一种轮胎式龙门起重机的双动力节能系统。

背景技术

伴随着世界经济的发展，工业生产及交通运输等对石油的依赖程度越来越高，随之而来的温室效应、生态恶化等环境问题日益突出，如何保持经济与环境和谐发展成为全球关注的焦点，码头的常规轮胎式龙门起重机(简称RTG)采用单一发电机组为动力，燃油效率不足30％；主要原因如下：

1)装机容量大：由于必须满足RTG短时最高负荷需求，发电机组功率必须按RTG最高需求设计，比RTG实际作业平均功率约大8倍；

2)燃油效率低：发电机组在最佳经济油耗区运转时，其能源效率是最佳的，轮胎式龙门起重机(RTG)工作时，为了确保控制系统及工作机构的正常供电，发电机组的输出功率必须高于RTG的动力需求，发电机组要不间断地在额定转速下运行，因为RTG不同工况的功率需求不同，发电机组需要实时调整输出功率使之与RTG的功率需求匹配，大部分时间都偏离最佳经济油耗区运转，能源效率低下。

3)无制动能量回收功能：RTG的起升机构下降、小车运行和大车行走机构减速制动时，因无储能系统，导致回馈的能量无法存储，必须通过能耗电阻实时消耗掉。

实用新型内容

为了克服上述不足，本实用新型的目的是提供一种轮胎式龙门起重机的双动力节能系统，可以提高RTG的能源利用效率，降低RTG的整体能耗，节能减排。

本实用新型解决其技术问题的技术方案是：

一种轮胎式龙门起重机的双动力节能系统，分别与辅助用电设备、工作机构连接，所述工作机构包括小车运行机构、大车行走机构和起升机构，所述小车运行机构包括小车运行机构变频器和小车运行机构电机，所述大车行走机构包括大车行走机构变频器和大车行走机构电机，所述起升机构包括起升机构变频器和起升机构电机；包括系统控制器、电池组及管理系统、发电机组、单向DC/AC逆变电源、单向DC/DC直流电源和辅助变压器；所述发电机组分别与所述电池组及管理系统、系统控制器、辅助变压器、单向DC/AC逆变电源和工作机构连接；所述辅助变压器与所述辅助用电设备连接；所述电池组及管理系统通过直流母线依次与所述工作机构、单向DC/AC逆变电源、单向DC/DC直流电源连接；所述单向DC/DC直流电源与控制电源连接。

作为本实用新型的一种改进，所述电池组的电压工作范围与所述工作机构的变频器电压工作范围相匹配。

作为本实用新型的进一步改进，所述电池组的充电功率大于所述工作机构的最大回馈能量功率。

所述发电机组的输出功率大于轮胎式龙门起重机RTG的功率需求，所述电池组输出功率大于轮胎式龙门起重机RTG的功率需求，所述发电机组与所述电池组形成双动力。

本实用新型采用一套电池组作为主动力电源，电池组可满足RTG在一段时间内的全电作业，实现动力源输出功率与设备功率需求全程完全匹配，提高能源效率；实现RTG制动能量回收并循环利用；发电机组一旦工作便控制在最佳能效下输出功率，能源效率最高；实现发动机不过载、不冒黑烟；缩短发电机组运行时间、延长维护保养周期；在本实用新型中，可以提高RTG的能源利用效率，达到降低RTG的整体能耗的效果，节能减排。

附图说明

为了易于说明，本实用新型由下述的较佳实施例及附图作以详细描述。

图1为本实用新型的结构连接框图；

图2为本实用新型中发电机组中发动机的万有特性曲线图(此处以柴油发动机为例)；

附图标记：1-系统控制器，2-电池组及管理系统，3-发电机组，4-单向DC/AC逆变电源，5-单向DC/DC直流电源，6-辅助变压器，7-起升机构变频器，8-小车运行机构变频器，9-大车行走机构变频器，10-起升机构电机，11-小车运行机构电机，12-大车行走机构电机。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图1、图2所示，本实用新型的一种轮胎式龙门起重机的双动力节能系统，分别与辅助用电设备、工作机构连接，工作机构包括小车运行机构、大车行走机构和起升机构，小车运行机构包括小车运行机构变频器8和小车运行机构电机11，大车行走机构包括大车行走机构变频器9和大车行走机构电机12，起升机构包括起升机构变频器7和起升机构电机10。

本实用新型的一种轮胎式龙门起重机的双动力节能系统包括系统控制器1、电池组及管理系统2、发电机组3、单向DC/AC逆变电源4、单向DC/DC直流电源5和辅助变压器6等；发电机组3分别与电池组及管理系统2、系统控制器1、辅助变压器6、单向DC/AC逆变电源4、工作机构连接；辅助变压器6与辅助用电设备连接；电池组及管理系统2通过直流母线依次与工作机构、单向DC/AC逆变电源4、单向DC/DC直流电源5连接；所述单向DC/DC直流电源5与控制电源连接。

如图1所示，在本实用新型中，电池组及管理系统2与RTG的变频器的直流母线并联，为RTG提供动力以及辅助电源、24V单向DC/DC直流电源5供电；另外，当RTG有逆变能量回馈时，通过直流母线给单向DC/AC逆变电源4供电或回收至电池组；单向DC/AC逆变电源4的输入端与直流母线并联，将直流电逆变转换成交流电输出，输出端连接辅助变压器6，辅助变压器6输出AC380V/220V50Hz三相四线电源，给RTG的照明、空调等辅助用电设备使用；24V单向DC/DC直流电源5的输入端与直流母线联接，输出端为RTG的控制电源供电；发电机组分两路输出，其中一路连接到RTG的起升机构变频器7的交流输入端，经整流后与直流母线并联，为RTG的工作机构、单向DC/AC逆变电源4、24V单向DC/DC直流电源5供电或给电池组充电；另一路连接到辅助变压器6的输入端，发电机组3投入正常工作时，直接为辅助用电设备供电。

发电机组3和电池组均可独立支持RTG正常作业，RTG以电池组为主动力源，输出功率与需求功率高度匹配；发电机组3间歇性工作，发电机组3一旦投入运转便控制在经济油耗区工作，发电机组要么在经济油耗区工作，要么怠速或熄火停机，节能减排的同时提高RTG动力可靠性。

进一步，电池组的电压工作范围与工作机构的变频器电压工作范围相匹配。

再进一步，电池组的充电功率大于所述工作机构的最大回馈能量功率。所述发电机组的输出功率大于RTG的功率需求，所述电池组输出功率大于RTG的功率需求，所述发电机组与所述电池组形成双动力。

本实用新型的工作原理详细说明如下：

根据电池的电量-电压特性设定电池组的电压工作范围(或通过DC/DC)使之与RTG的变频器的电压工作范围匹配，确保RTG整机控制系统的稳定；系统控制器1监控电池组的电压、电量等状态；并控制发电机组3启动、怠速、全速或熄火；当电池组的电量在设定工作范围内时，整机功率需求由电池组通过直流母线提供；当电池组的电量降至设定低位值时，启动发电机组3；发电机组3投入正常运转后，给RTG所有用电设备供电，富余能量给电池组充电；随着电池组的电量增加电压逐步升高，当电池组的电压升至设定高位值时，系统控制器1控制发电机组3怠速运转一段时间后熄火，关闭发电机组3。

发电机组3输出功率控制：如图2所示，柴油机转速在1500转/分钟时输出为200～300kW之间时燃油效率最佳，系统控制器1控制发电机组3的输出功率在200kW～300kW；当电池组电量较低启动发电机组时，由于电池组电压较低，充电电流较大，充电功率会大于发电机组3的额定输出功率，此时系统控制器1通过控制，限制电池组的最大充电电流，确保充电功率与RTG正常工作的功率需求之和不大于发电机组3的额定功率——即控制发电机组3的输出功率小于300kW；随着电池组的电压不断升高，充电电流逐步减小，当充电功率与RTG系统功率需求之和偏离发电机组3的经济油耗时——即低于200kW时，关闭发电机组3；发电机组3一旦投入工作，便始终在经济油耗区运行，燃油效率最高。

本实用新型中涉及的能量回收与控制：RTG每个工作循环均有一定比例的回馈能量，当回馈能量产生时，母线电压升高，回馈能量优先给单向DC/AC逆变电源4和24V单向DC/DC直流电源5供电，富余能量回收至电池组；所回收的能量在RTG下一工作循环时使用；由于每次充放电均存在一定损耗，理论上所回收的能量可无限循环回收再利用直至接近“0”但永不归“0”，实现能量循环回收利用。

在本实用新型中，发电机组3和电池组均可独立支持RTG作业，形成RTG的“双动力”电源，当电池组故障时，可切换为发电机组模式作业，提高RTG的可靠性；发电机组3间歇性运行，当电池组电量达到系统设定高位值时关闭发动机，RTG动力完全由电池组提供；当电池组电量降至设定低位值时，启动发电机组3，直接为RTG提供动力的同时富余能量为电池组充电；发电机组一旦投入运行，便始终运行在最佳经济油耗区，确保以最高效率运行；RTG的起升机构下降、小车运行和大车行走等工作机构制动减速时的回馈能量回收至电池组并实现循环利用。

本实用新型采用一套电池组作为主动力电源，电池组可满足RTG在一段时间内的全电作业，实现动力源输出功率与设备功率需求全程完全匹配，提高能源效率；实现RTG制动能量回收并循环利用；发电机组3一旦工作便控制在最佳能效下输出功率，能源效率最高；实现发动机不过载、不冒黑烟；缩短发电机组3运行时间、延长维护保养周期。

本实用新型具备以下特点：

1、发电机组3和电池组功率均可满足RTG的最大功率需求，可独立支持RTG正常工作，提高设备可靠性；RTG作业时以电池组为主动力电源，电池组的输出功率与RTG功率需求全程完全匹配，提高能源效率；

2、发电机组3间歇性工作，机组一旦投入工作，便控制在经济油耗区运转，燃油效率高，并确保发动机不过载、不冒黑烟；缩短发动机运行时间，延长维护保养周期。

3、实现RTG回馈能量的全回收并循环利用。

4、本实用新型应用于旧RTG改造时，可不更换原发电机动力系统和不改变原设备的性能参数及结构，降低改造成本；应用于新造RTG设备时，通过精确计算配置的发电机组和电池组参数，节能率更高。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种轮胎式龙门起重机的双动力节能系统，分别与辅助用电设备、工作机构连接，所述工作机构包括小车运行机构、大车行走机构和起升机构，所述小车运行机构包括小车运行机构变频器和小车运行机构电机，所述大车行走机构包括大车行走机构变频器和大车行走机构电机，所述起升机构包括起升机构变频器和起升机构电机；其特征在于，包括系统控制器、电池组及管理系统、发电机组、单向DC/AC逆变电源、单向DC/DC直流电源和辅助变压器；所述发电机组分别与所述电池组及管理系统、系统控制器、辅助变压器、单向DC/AC逆变电源和工作机构连接；所述辅助变压器与所述辅助用电设备连接；所述电池组及管理系统通过直流母线依次与所述工作机构、单向DC/AC逆变电源、单向DC/DC直流电源连接；所述单向DC/DC直流电源与控制电源连接。

2.根据权利要求1所述的一种轮胎式龙门起重机的双动力节能系统，其特征在于，所述电池组的电压工作范围与所述工作机构的变频器电压工作范围相匹配。

3.根据权利要求2所述的一种轮胎式龙门起重机的双动力节能系统，其特征在于，所述电池组的充电功率大于所述工作机构的最大回馈能量功率。

4.根据权利要求1所述的一种轮胎式龙门起重机的双动力节能系统，其特征在于，所述发电机组的输出功率大于轮胎式龙门起重机(RTG)的功率需求，所述电池组输出功率大于轮胎式龙门起重机(RTG)的功率需求，所述发电机组与所述电池组形成双动力。