塔式起重機(jī)運(yùn)行能效測(cè)試方法的研究與應(yīng)用

黃 冀，梁杰金，嚴(yán) 波，許志偉，陳春潮，羅 貞

（廣西壯族自治區(qū)特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院，廣西 南寧 530219）

節(jié)能減排是我國(guó)的一項(xiàng)基本國(guó)策。2014年1月1日正式實(shí)施的《中華人民共和國(guó)特種設(shè)備安全法》將節(jié)能環(huán)保列入特種設(shè)備工作原則，統(tǒng)籌協(xié)調(diào)特種設(shè)備安全與節(jié)能。在《國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十二個(gè)五年規(guī)劃綱要》、《中華人民共和國(guó)節(jié)約能源法》、《高耗能特種設(shè)備節(jié)能監(jiān)督管理辦法》均明確提出能源消耗應(yīng)降低的指標(biāo)。節(jié)能減排作為一項(xiàng)長(zhǎng)期基本國(guó)策，對(duì)各行各業(yè)都產(chǎn)生重要的影響。

近年來，我國(guó)建筑施工中對(duì)塔式起重機(jī)的需求量猛增，每年新增塔機(jī)數(shù)萬臺(tái)，塔機(jī)市場(chǎng)保有量已達(dá)到近40萬臺(tái)，而且大型塔機(jī)越來越多，每年在用塔機(jī)耗電量十分巨大，提高塔機(jī)能源利用效率意義重大[1]。

按照T/CCMA 0036-2015《塔式起重機(jī)能效測(cè)試方法》[2]給出的測(cè)試方法，針對(duì)小車變幅塔式起重機(jī)進(jìn)行起升機(jī)構(gòu)、變幅機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)運(yùn)行的能效測(cè)試研究與應(yīng)用，有助于推動(dòng)塔式起重機(jī)節(jié)能技術(shù)的研究。

1 塔式起重機(jī)能效計(jì)算

1.1 供給能計(jì)算

供給能即為塔式起重機(jī)載重、空載運(yùn)行所消耗的總能量。

式中Ed——一個(gè)工況的供給能，kJ；

Dj——一個(gè)工況的平均耗電量，kW。

為了盡量體現(xiàn)塔式起重機(jī)工作實(shí)際情況，同時(shí)便于實(shí)現(xiàn)，我們將測(cè)試工況選擇最大幅度（工況A）、90%最大起重量（工況B）、60%最大起重量（工況C）三種代表性工況，每種測(cè)試工況下的工作循環(huán)包括帶載起升、變幅、回轉(zhuǎn)、下降動(dòng)作，隨后空載返回。分別取A、B、C工況的3個(gè)工作循環(huán)的算術(shù)平均值為每個(gè)工況供給能，其公式如下：

綜合A、B、C工況：

式中Eda、Edb、Edc—— A、B、C工況3個(gè)工作循環(huán)的算術(shù)平均供給能，kJ;

Dj—— 一個(gè)工作循環(huán)的平均耗電量，kWh。

1.2 有效能計(jì)算

有效能是塔式起重機(jī)完成物體位移時(shí)理論上必須消耗的能量，計(jì)算每個(gè)工況時(shí)的有效能均只計(jì)算塔式起重機(jī)帶載運(yùn)行的有效能，空載運(yùn)行有效能較小忽略不計(jì)。因此，每個(gè)工況的有效能計(jì)算公式如下：

工況A

工況B

工況C

綜合A、B、C工況：

式中Eya、Eyb、Eyc—— A、B、C工況一個(gè)作業(yè)循環(huán)的有效能，kJ;

Q1、Q2、Q3—— 工況 A、B、C 的載荷質(zhì)量，kg;

Q4——吊具質(zhì)量，kg；

H——起升高度，m；

v1、v2、v3—— 工況 A、B、C 的起升速度，按v1＝H/t1，v2＝H/t2，v3＝H/t3計(jì)算，m/s；

v—— 空載時(shí)起升速度，按v=h/t4計(jì)算，m/s；

k—— 考慮變幅、回轉(zhuǎn)耗能的系數(shù)，小車變幅塔機(jī)取k=1.1

1.3 能效ξ計(jì)算

2 塔式起重機(jī)運(yùn)行能效測(cè)試方法

2.1 測(cè)試裝置及測(cè)量?jī)x表的安裝

2.1.1 測(cè)量?jī)x器

測(cè)試儀器包括：三相電能及功率質(zhì)量分析儀、萬用表、鉗型電流表、測(cè)距儀、便攜式測(cè)試燈、溫濕度計(jì)、驗(yàn)電器及常用電工工具等。

2.1.2 測(cè)試點(diǎn)的設(shè)置

塔式起重機(jī)實(shí)際消耗電能測(cè)試電能表安裝在塔機(jī)主供電線路總斷路器之后，并置于塔機(jī)下方平臺(tái)或桌面上，距塔機(jī)塔身最近一面直線距離不超過10m，測(cè)試點(diǎn)設(shè)置具體如圖1所示。

圖1 塔式起重機(jī)實(shí)際消耗電能測(cè)試點(diǎn)的設(shè)置

2.2 測(cè)試需滿足的條件

應(yīng)在相應(yīng)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的工作條件下進(jìn)行測(cè)試，同時(shí)應(yīng)滿足以下要求。

1）風(fēng)速應(yīng)小于3m/s。

2）環(huán)境濕度應(yīng)滿足相關(guān)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中的規(guī)定。

3）測(cè)試載荷質(zhì)量與規(guī)定值的偏差不應(yīng)大5%。

4）供電系統(tǒng)在塔式起重機(jī)饋線接入處的電壓波動(dòng)不應(yīng)超過額定值的±10%。

5）三相電壓不平衡率不應(yīng)大于1.5%。

6）起升和下降的實(shí)際測(cè)試高度與規(guī)定值的偏差不應(yīng)大于±5%。

2.3 測(cè)試過程

2.3.1 測(cè)試前準(zhǔn)備

1)測(cè)試前塔式起重機(jī)應(yīng)在空載的情況下進(jìn)行不少于5次全程運(yùn)行。

2)應(yīng)采取措施保證測(cè)試過程中塔式起重機(jī)獨(dú)立操作、不受干擾。

3)應(yīng)對(duì)提升高度進(jìn)行確認(rèn)。

2.3.2 測(cè)試程序

對(duì)應(yīng)工況下，吊具從初始位置（規(guī)定幅度處）吊起測(cè)試載荷，邊起升邊加速至額定起升速度，起升至規(guī)定高度，向內(nèi)變幅相應(yīng)距離，回轉(zhuǎn)180°，將測(cè)試載荷放至規(guī)定位置，吊鉤脫離吊重物，空鉤原路返回，即按起升至規(guī)定高度→回轉(zhuǎn)→變幅→下降順序，將吊鉤停止在距起點(diǎn)位置上方1.5m處，完成一個(gè)工作循環(huán)。每個(gè)工況都完成3個(gè)工作循環(huán)。

2.3.3 測(cè)試工況

工況A：最大幅度L1，測(cè)試用載荷Q1為此處最大起重量的90%，起升高度、變幅距離見表1。

表1 小車變幅塔機(jī)測(cè)試工況起升高度與變幅距離

工況B：測(cè)試用載荷Q2為最大起重量的90%，相應(yīng)最大幅度L2，起升高度、變幅距離見表1。

工況C：測(cè)試用載荷Q3為最大起重量的60%，相應(yīng)最大幅度L3，起升高度、變幅距離見表1。

3 測(cè)試案例

3.1 測(cè)試樣機(jī)信息

將上述測(cè)試方法應(yīng)用于某制造企業(yè)傳統(tǒng)技術(shù)與新技術(shù)塔式起重機(jī)的能效比對(duì)中，測(cè)試樣機(jī)信息如表2，測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)如圖2所示。

圖2 測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)

3.2 樣機(jī)測(cè)試工況

QTZ5611塔式起重機(jī)能效測(cè)試工況如表3所示。

表2 傳統(tǒng)技術(shù)與新技術(shù)塔式起重機(jī)信息對(duì)照表

表3 QTZ5611塔式起重機(jī)能效測(cè)試工況

3.3 測(cè)試結(jié)果

QTZ5611塔式起重機(jī)能效測(cè)試結(jié)果見表4。

采用上述測(cè)試方法在綜合A、B、C工況下得知，采用新技術(shù)樣機(jī)比采用傳統(tǒng)技術(shù)樣機(jī)節(jié)能49.14%－30.82%＝18.32%。測(cè)試結(jié)果與廠家預(yù)期一致。

表4 QTZ5611塔式起重機(jī)能效測(cè)試結(jié)果

4 結(jié) 論

小車變幅塔式起重機(jī)運(yùn)行能效測(cè)試方法有助于推動(dòng)塔式起重機(jī)節(jié)能技術(shù)的研究，幫助用戶選擇正確的節(jié)能塔式起重機(jī)，并由此指導(dǎo)和促進(jìn)塔式起重機(jī)生產(chǎn)企業(yè)研究、應(yīng)用節(jié)能技術(shù)，生產(chǎn)低能耗的產(chǎn)品，促使企業(yè)有計(jì)劃地開發(fā)節(jié)能高效產(chǎn)品、推動(dòng)產(chǎn)品能效水平的提高。

[參考文獻(xiàn)]

[1]吳學(xué)松，劉 偉，吳 靜，等.塔式起重機(jī)能效測(cè)試方法與節(jié)能探討[J].建筑機(jī)械化，2015，(8)：28-31.

[2]T/CCMA 0036-2015，塔式起重機(jī)能效測(cè)試方法[S].

[3]朱傳帥.動(dòng)臂塔式起重機(jī)回轉(zhuǎn)液壓系統(tǒng)節(jié)能研究[D].大連：大連大學(xué)，2014.

[4]胡曉博.塔機(jī)（門座式起重機(jī)）的能耗分析與節(jié)能設(shè)計(jì)研究[D].西安：長(zhǎng)安大學(xué)，2014.