[发明专利]调速节油柴油发电机组供电轮胎式龙门集装箱起重机

说明书

技术领域

本发明涉及轮胎式龙门集装箱起重机，特别涉及一种采用变速运行柴油发电机组实现供电和超级电容实现能量缓冲和部分回收的节能环保新型轮胎式龙门集装箱起重机。

背景技术

作为交流供电常用、备用和应急发电用的柴油发电机组被广泛的应用于港口、船舶、通讯等众多领域。在实际应用中，很大一部分柴油发电机组是作为移动设备的工作电源，用以拖动可再生发电类负载(如在港口领域集装箱码头应用非常广泛的轮胎式门式集装箱起重机)。在这些移动设备中，其庞大的柴油发电机组不仅耗油高，而且噪音大、黑烟多。特别是近年来，全球范围内能源供应日趋紧张，能源价格急剧攀升，环保要求日益提高，这种“猛喝油”“冒黑烟”现象已经直接制约了影响我国乃至全球交通行业的健康可持续发展。

常规的轮胎式门式集装箱起重机一般采用300KW～600KW主柴油发电机组供电，只要处于工作状态，无论是否起降集装箱，发电机组都处于运行状态。统计结果显示场桥平均每月运行400小时，空载运行近200小时，空载率高达50％以上，即使在非空载工况下，也仅在起升过程中需要提供额定功率。

另外，轮胎式门式集装箱起重机在发展中还面临装机容量太大的问题，这主要是由于所选的柴油发动机必须满足提升瞬间的大量能量需求，这使得其选型越来越困难，也进一步增加了小负荷工作时的耗能和排放。下放时多余的能量释放到制动电阻，也使得整机的热污染进一步加重。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的任务是提供一种新的利用变速运行柴油发电机组实现供电和超级电容实现能量缓冲和部分回收的节能环保新型轮胎式龙门集装箱起重机，通过降低低负荷时柴油机转速和利用超级电容组实现缓冲和部分储能，有效实现节能和降低排放的目的。

为实现上述目的，本发明所提供的一种轮胎式龙门集装箱起重机，该轮胎式龙门集装箱起重机采用变速运行柴油发电机组实现供电，包括：起升机构、小车机构和大车机构；其特征在于，所述轮胎式龙门集装箱起重机可以根据负载的变化调节柴油发电机组的运行速度，以实现节能运行，还包括：电气系统，该电气系统包括：柴油机、同步发电机、电力电子可逆整流装置、超级电容组、变频器、中央控制单元、柴油机调速器和励磁调节器，设备运行中需要的交流能量由电力电子逆变设备实现；由可调速运行的柴油发电机组及其调速设备发出的三相交流电源经过用于柴油发电机组发电量控制的电力电子可逆整流装置转换为直流电源，直接通过直流供电供给拖动各机构运行的变频器，将直流电源转换为频率可调的交流电源，用于驱动起升机构、大车机构和小车机构；

所述超级电容组并联在直流侧母线上，用于在负载增大时实现柴油机提速的缓冲能量和用于在直流母线功率短时间内增加速率超过阈值时提供混合动力，该超级电容组由多台电压等级为125V以下的超级电容单体串联而成，所述超级电容单体的电容量为200法拉以下，由它构成的超级电容组的总电容量在10法拉以下即可满足工况需求；受限于超级电容的制作工艺，现在使用的超级电容组一般由多台电压等级为48V的超级电容单体串联而成，其超级电容单体的电容量为80法拉，如果将下放过程的能量全部由超级电容组吸收，设下放距离为13米，当下放40吨箱时，不考虑能量损失，则其下放势能为5096000J，电容组工作电压在逆变器保护低电压和高电压之间，不是一般性设为600V～800V，则所需要的电容量为36.4F。为了满足需求的工作电压，需要将电容单体串联再并联实现，则需要将17个电容单体串联以满足电压需求，这使得每一回路电容量为4.71F，欲全部吸收下放能量需要136个电容单体才能实现。

在本发明的方案中采用一组17个电容串联，可以提供4.71F电容量，其储存的能量为659400J，设上升速度为20m/min，则可以提供其上升1.69m折合5.13s的能量缓冲时间，该时间远大于柴油机组的时间常数，从而可以大幅削减成本同时满足系统正常运行需求。设电容单体价格为5000元，则仅此一项节约成本60万左右。

所述中央控制单元由智能工业控制系统构成，该系统与柴油机、同步发电机、电力电子可逆整流装置连接，用于检测直流母线上的电流电压状况进而实时计算其功率状况，并以此为基础作为柴油发电机组调速依据控制发电机的转速和转矩，该转速与转矩的设置将依据于柴油发电机组转矩曲线，通过转速给定实现柴油发电机组在不同的转速下运行，转矩控制使得柴油发电机组运行于该转速允许的转矩范围之内，使其工作于最经济的工况；同时，该中央控制单元将依据运行工况计算所需要的励磁电压实现励磁给定。所述的中央控制单元应用可编程逻辑控制器实现控制功能。