二十四、集装箱门式起重机起升配重节能装置应用

1.技术概要

在港口吊具和上架（以下简称吊具）升降系统上加装配重平衡装置。通过配重及其控制系统实现起升或下降时吊具及其上架的位能与平衡块之间位能互相转换，使得集装箱门式起重机起升时的实际起重量等于总起重量减去平衡块重量。如以平衡块重量为8t来算，按照吊具及其上架重量为10.5t计，以额定起重量为40t的集装箱门式起重机为例，加装起升配重节能装置后实际起重量从加装前的50.5t降低为42.5t，是加装起升配重节能装置前实际起重量的84%。发动机-发电机组的功率主要是依据起升机构的最大载荷需求来设计配置的，加装起升配重节能装置后起升系统消耗的功率可以减少约16%，达到明显的节能效果。

2.适用范围

该技术适用于各类集装箱码头。

3.技术内容

（1）集装箱门式起重机三大机构能耗分析

集装箱门式起重机的作业能耗主要有起升，大车，小车三大机构产生，单台集装箱门式起重机三大机构运行时间如图1所示，单台集装箱门式起重机三大机构运行能耗如图2所示。

图1集装箱门式起重机三大机构运行时间（单位：小时）

图2集装箱门式起重机三大机构运行能耗（单位：KWH）

由图1、图2可知，集装箱门式起重机的作业主要由起升机构完成，能耗也主要是由起升机构消耗。假设能耗与载荷重量成线性关系，起升机构消耗占比为75%，因此减少起升机构载荷，就能降低集装箱门式起重机能源消耗，达到节能效果。

（2）配重节能原理

集装箱门式起重机的配重节能装置是在吊具和上架（以下简称吊具）加装配重平衡装置，配重示意图如图3所示。

图3配重示意图

①集装箱门式起重机加装了起升配重节能装置以后，能实现起升时吊具位能与平衡块位能互相转换，使得集装箱门式起重机空载起升时的实际起重量等于吊具重量减去平衡块重量。按照吊具与吊架重量为10.5t，平衡块重量为8t来计算，集装箱门式起重机空载起升时的实际重量为2.5t。以额定起重量为40t的集装箱门式起重机来计算，加装起升配重节能装置后实际起重量为42.5t，是加装起升配重节能装置前实际起重量50.5t的84%。

②集装箱门式起重机起升配重节能装置不受集装箱门式起重机动力源类型的影响，它是一套柔性连接的机械系统，只要集装箱门式起重机起升机构运行，它就能起到预期的节能效果，不仅可应用于各种供电模式的集装箱门式起重机，也可推广应用于其它起重机械节能领域。

③配重导轨装置简洁、可靠。配重导轨采用柔性钢丝绳导轨，替代刚性导轨，减轻整机重量。同时采用超越离合器配合配重块自重，始终使配重柔性钢丝绳导轨处于张紧状态，避免集装箱门式起重机大车运行时，配重块摆动幅度过大。

④配重挂脱钩装置操作方便、安全可靠。配重块只有在挂脱钩平台上才能实现挂脱钩操作。配重块运行中采用机械保护机构，能有效避免配重块发生脱钩现象。

4.案例分析

（1）技术应用单位

上海国际港务（集团）股份有限公司、上海沪东集装箱码头有限公司。

（2）技术应用情况

上海国际港务（集团）股份有限公司、上海沪东集装箱码头有限公司针对自有48台集装箱门式起重机开发了起升配重节能装置，技改资金每台约为30万元。

（3）效益分析

2015年4月，由上海市能效中心完成现场实地检测，经过对多组工况多次检测，项目整体节电量为30.02%，节油量为15.15%。

具体计算如下：

假设：重箱平均箱重为M

空箱重量为2.5t

吊具（含上架）重量10.5t

集装箱门式起重机每t的操作能耗系数为K

①重载节能计算：

②空载节能计算：

经过计算得出重载作业（重箱24t时）节能23%，空载作业节能76%，综合节能达到30%。

对于“油改电”集装箱门式起重机，以一台集装箱门式起重机全年平均作业箱量13.2万TEU计，未安装集装箱门式起重机起升配重节能装置作业1.2kWh/TEU，单台集装箱门式起重机年耗电15.84万kWh，依据上海能效中心检测，项目总体节电量为30.02%计算，单台集装箱门式起重机年节电4.76万kWh，折合标准煤15.7tce，减少CO2排放39t。节约费用4.18万（0.88元/kWh）。

对于柴油集装箱门式起重机，以一台集装箱门式起重机全年平均作业箱量13.2万TEU计，未安装集装箱门式起重机起升配重节能装置作业0.68kg/TEU，单台集装箱门式起重机年消耗柴油89.76t，依据上海能效中心检测，项目总体节油量为15.15%计算，单台集装箱门式起重机年节油13.60t柴油，折合标准煤19.8tce，减少CO2排放49t。节约费用7.6万（5600元/t）。

上海港集团有限公司沪东公司已完成全部集装箱门式起重机高架滑触线油改电改造，因此，48台“油改电”集装箱门式起重机年节能量共计754tce，减少CO2排放1879t。

5.推广建议

该技术不受集装箱门式起重机动力来源类型的影响，只要集装箱门式起重机起升机构运行，就可起到预期的节能效果。建议应用企业根据自身情况，探索将该技术广泛推广应用于市电供电、混合动力供电、LNG混合动力供电和能量反馈等各类节能型集装箱门式起重机。