柴油发电机组动力房的选型及设计优化方案

1.功率的选择

（1）主用机组

在机组功率的选择上，作为主用动力，可同时满足大车、小车和起升装置的使用要求。集装箱轮胎吊通常采用200～500kW柴油发电机组供电。

轮胎吊电控系统主要由以下几个部分组成：

起升驱动器为起升电动机提供连续变化的电压和频率。根据负载的不同，起升最大速度在20m/s和45m/s之间连续变化。起升电动机额定功率为连续工作制，440V、170kW、4极电动机。此驱动器为起升电动机和一个大车共用。

小车驱动器分别驱动一个小车电动机。小车电动机为连续工作制，440V、15kW、4极电机。小车速度不管负载多少，速度最大到70m/min。

大车根据负载的不同，速度在25m/min和120m/min间变化。大车由两个连续工作制，440V、45kW电动机驱动。柴油机侧大车电动机由独立的一个驱动器提供连续变化的电压频率来驱动。电气房侧大车电动机和起升电动机共用一个驱动器。通过两个接触器选择大车或起升输出。

依据以上功率要求，需要根据起重机的起升重量，大车的速度来决定配置机组功率的大小。设计院会在根据轮胎吊的吨位要求，运行速度等进行匹配计算，使机组的功率使用尽可能的最大化。此处不具体列出相关计算，根据经验，常用机组一般选择400kW左右。

（2）备用机组

备用机组使用的目的是轮胎吊转场使用，根据大车功率的要求去计算，按照6倍的感性负载，一般选择100～250kW左右。即可满足转场使用的大车动力装置的使用要求。视设备的应用不同及RTG吨位情况而定。

（3）待机专用机组

由于轮胎吊生产系统要求司机必须随时查询、接收系统指令，因此只要有生产任务，无论作业与否，整个柴油发电机组都要处于运行状态。据统计每台轮胎吊平均每月运行400～600h，空载运行近200～300h，空载率高达50%以上，每月每台轮胎吊空载油耗近3000～4500L，既造成了大量能源消耗，又污染了环境。为使轮胎吊节油，可采取加装轮胎吊待机专用小型柴油发电机组的方法。

2.机组的选择

（1）柴油机的选型

作为在港口使用的机械设备，机组的柴油机无特殊要求，一般而言，现在采用市场主流的进口主柴油发动机，工业型、水冷式、带式驱动闭路散热（散热器要求经过耐盐雾处理）、四冲程、电子控制直喷式、涡轮增压的柴油发动机为主，并具有数字调速装置。一般情况下，港口倾向于选用康明斯、卡特及沃尔沃等品牌为主。作为常用机组运作，这些品牌的机组可以可靠的长期运行，减少了港口因为检修维护带来的时间损失。

主柴油机要求带有电子调速器，其调速性能保证在工作负载突加到额定值使柴油机的转速保持在运行速度的±0.3%以内。而在稳态时柴油机的运转速度保持在±0.5%以内。

（2）发电机的选型

在发电机的选择方面，港口一般的要求发电机具备以下参数：

1）励磁方式：永磁同步；

2）空载电压调整范围：95%～100%额定电压；

3）电压稳态调整率：≤0.5%；

4）电压瞬态调整率：≤±10%；

5）电压恢复时间：≤1s；

6）电压波动率：≤1%；

7）绝缘等级：H级。

发电机在空载额定电压时，线电压的波形畸变率应不大于2%。

另外，发电机在额定工况条件下，能正常连续工作，发电机的防护等级为IP23，带空气滤网，不带网罩。以防止加装网罩带来的通风量不足。

由于是在海岸环境下使用，发电机同样需要考虑防潮湿及盐雾环境带来的损害，所以发电机也需要装有防冷凝加热器，工作电压为220V。同时，还要考虑为机组加装绕组温度继电器及温控盒，该装置为防止绕组过热报警装置，能够有效地防止滤网堵塞时造成通风不畅引起的过温。

当客户需要绕组温度显示时，还可以选配绕组RTD，绕组RTD默认为PT100传感器，还可以选择一款多功能仪表，方便参数读取，同时还可以装配轴承RTD。

发电机外壳同时需要防盐雾，一般要求漆膜厚度达到240μm。

机组的使用要求：主发电机机组的功率能在满载情况下，同时启动起升机构和小车机构，并在作业循环时间图表规定的时间内加速至全速运行；主发电机机组保证整机在全负载下突然加速或减速时电压、频率的波动不超出变频装置、可编程序控制器（PLC）装置及照明系统等电器设备对电源波动的技术要求。

3.动力房设备的应用形式

轮胎吊是在室外使用，柴油发电机组需要放置在合适的防护箱（动力房）中，因码头环境情况对噪声的敏感度不高，但对动力房的防雨，海边防盐雾，耐腐蚀的要求较高，防音箱的制造要求及喷涂要求相对较高，见下节详细介绍。

防音箱式柴油发电机组（港口一般称呼为动力房，以下简称动力房），安装在轮胎吊两个门框之间的横梁上，机组的排烟系统引至起重机龙门架的顶端排放，动力房安装横梁的下部布置日用油箱，实现机组的供油如图11-4所示。

依据机组的功率大小及用途的不同，按房体的结构形式具体可分为：

作为轮胎吊主要动力来源使用时，发电机组的房体体积大，需要安装到两个门架之间的鞍梁上，如图11-4所示。机房进风在顶部，消声器也布置在顶部。

当机组作为备用电源时，通常是安装在两个轮胎之间的横梁上，如图11-5所示，方便操作，不占用空间。

图11-4 动力房的布置

1—消声器 2—柴油机 3—发电机 4—进风箱 5—油箱 6—检修平台 7—排烟管

作为辅助电源的情况下，主要考虑满足集装箱轮胎吊的转场所需功率即可。

图11-5 备用电源的布置

另外一种情况是作为主用设备的应急备用机组，其功率等同主用机组。实际应用中一般较少使用这种选择，因为会造成设备的浪费，并增加成本。

柴油发电机组动力房的典型布置如图11-6所示。

4.控制系统的设计(www.xing528.com)

在动力房内设置开关和控制柜如图11-7所示，布置在房体端部（发电机端），控制柜和开关可以采用左右布置或者上下布置。控制柜包括发动机“启动”、“停车”开关、动力房/司机室启动转换开关；控制屏至少包括转速表、发动机运转小时表、水温表、机油温度表、机油压力表、燃油量表以及相应的报警装置和必要的电气控制仪表等。设有一套AC-DC充电器，在发动机小发电机发生故障时能自动转换对电瓶进行充电。电缆出线口设置在房体下部，方便用户接入控制电缆和电力电缆。主电源回路按IEC标准用标志色标注相序。

图11-6 动力房典型布置

（1）启动方式

RTG发电机组的启动都需要有两种方式：就地启动和远程启动。远程控制是由于RTG的使用的特殊性要求，在作业时，操作人员位于门梁下的司机室内，远离动力房，需要在司机室内方便的启动机组并读取机组相关数据。

为了适应控制元器件在海岸环境的使用，在控制开关箱内配置了防潮加热器，保证电气元件长期处于干燥的工作环境，延长了使用寿命。如有必要，还需在控制箱内加装排风装置，增加箱内的空气循环。

在控制上，配置高性能的液晶显示控制器，可以方便读取柴油机的水温、油位、油温、油压、转速等各种参数，同时在控制面板上，还配置了主要报警参数的报警灯和蜂鸣器。同时这些参数也同步到司机室。操作人员可以在使用过程中调阅参数，接收报警信号。还可以针对不同的用户需求，选用不同型号的控制器单元。方便地拓展控制系统的应用。如码头有市电和发电机组切换的需要时，该控制器系统还可以实现市电和发电机组的无缝切换。

图11-7 动力房开关和控制柜

（2）控制方式

目前常用的有PLC控制和控制器两种方式。

1）PLC控制 早期的部分轮胎吊采用PLC的控制方式，实现方式是采用S7-200PLC完成控制系统的实现。通过电压继电器，电流、电压、转速模块完成检测保护信号的输入。通过中间继电器完成外接信号的实现。

优点：由于采用PLC模块，逻辑实现的功能大部分在PLC中实现，功能调试时，通过计算机监控比较容易查看运行控制系统运行状态，增删功能简单，不用考虑实际接线，如果需要增加功能只需在程序内增加逻辑功能即可，通过PLC现场通信，运行机组，可以方便地查找故障点。

缺点：由于要求实现大量的功能，造成了该控制系统很安全，但很多保护也造成潜在的故障点。如果某一线路出现问题可能会带来很多误报警，将增加调试维护的难度。

同时由于使用了大量的元器件，增加了控制箱内的元器件布置难度，该系统的控制箱体积过于庞大，查线、更换导线不易。特别是端子排部分，位置狭小，更换导线不易，对出现的故障也不易查线。

2）控制器 由于发动机GCS系列慢慢退出市场，发动机控制板ECM的接口界面变为用CAN BUS通信的1939通信协议，原有的继电器控制方式已经不能适应新的发动机控制，目前主流的控制方式是采用控制器直接控制发动机的方式。

控制器根据通信协议直接读取柴油机的参数，直接显示到液晶屏上，也可传输到用户司机室的控制面板上，考虑到方便读取机组的运行数据和参数，可根据需要适当在外部增加旋钮、指示灯、电压、电流和油压表的布置方式。

目前较多采用的是PLC加控制器的组合控制方式，结合控制器可以直接读取柴油机的关键参数，更加方便使用，图11-8所示为某项目发电机组控制电路图。

图11-8 某项目发电机组控制电路图

5.柴油发电机组动力房的设计

（1）底架的设计

因为动力房安装在RTG的鞍梁上，鞍梁距离地面有一定的高度，在设计机座时，发电机组安装的机座必须具有足够的刚度。

机座一般分为带油箱底座和框架底座两种。带油箱底座的一般作为辅助油箱使用，要求满足4-8h使用的油量。框架底座满足安装机组及其附件的安装刚度要求，还需增加底板集油槽，电缆过线孔等，个别常用框架底架还需在适当位置增开进风口，以满足箱体上的进风不足的问题；机架除了具有较高的刚度外，还需要配置集油槽，油槽下部预留接口，通过管路和其他排污管路集中排放到距离地面的排污槽内，以方便机油集中排放。

房体布置在悬空的横梁上，必须防止油水和废液漏出，机组下装一个能容纳机油和冷却水的油水盘，油水盘的最低点装有排放阀，管路或电缆不通过油水盘，动力装置下面有4根排放管引至离地1.4m处，这4根管分别为柴油机油底壳废油排放管、柴油机水箱废水排放管、主油箱排放管、机架底部油水盘的废油水排放管，所有排放阀采用耐油阀。

（2）房体的设计

底架和房体是可以分拆的，房体一般要求起到防雨，降低噪声及耐盐雾的作用。箱体上具有进风口、排风口，满足发电机组的进风量及排风量的要求。

按照进风方式的不同，动力房的结构通常有两种方式：

1）顶部进风方式 顶部加装防雨进风箱如图11-9所示，是目前动力房上常采用的一种进风方式，机组工作时，空气从进风罩的下方侧面进入，对使用在环境特别恶劣的场合时有很好的防护作用。在罩体进风口的内部敷设了防尘网，起到过滤风沙和防虫的作用。

图11-9 动力房结构图

进风口采用在侧门上开进风口的进风方式：在侧门上设计进风口，如图11-10所示，内部敷设了不锈防虫网，加装了防水罩，由于机房的宽度设计一般要求较为紧凑，因此房体侧门进风方式会限制机组的进风量；作为主要机组设备，一般较少采用此类进风方式，目前，动力房常用第一种进风方式，即顶部进风，可以不受动力房尺寸的限制。

2）出风口 动力房出风口因靠近轮胎吊的主梁，在直排风的情况下，会造成部分空气回流，影响柴油发电机组的性能，通常采用的方式是增加导风罩，使热风向上排出，这样既不影响排风，也能顺利地将热风向上导出，需要注意的是应在导风罩下部增加排水孔，防止积水。

图11-10 动力房进风口的设计图

1—高压房 2—柴油发电机 3—行走机构

还有一种排风方式是在机组房体端部两侧内预留空间，增加人字形导风槽，使热风向两侧排出。在排风口处加装百叶窗，防止雨水进入动力房内，如图11-11所示。

图11-11 动力房排风口的设计图

1—控制屏观察窗 2—排风口 3—门上进风口 4—底座油箱

3）检修平台 平台、走道和梯子的布置便于维修人员携带工具和其他设备安全抵达需要进行检查、维修和更换零部件的地方，其布置应有足够的操作空间。

柴油发电机组的控制屏及主开关一般设计在机组的尾部（发电机后端），操作人员站立处设置固定平台，下敷设格栅板，此平台和爬梯相连通，机箱端部设置有透视窗，可以观察控制仪表，方便操作人员观察及操作。

机房安装在距离地面几米的鞍梁上，轮胎吊需每天工作时使用，维护频率较高，平时要从机房的周围对机组进行检查，所以需要在房体两侧增加平台，方便观察、操作和维护机组，机房两侧的平台需要增加栅格防护装置，并增加防护栏杆，两侧平台也称检修平台。内部靠近吊车一侧的平台，因内部工作空间（吊具工作区域内）限制，需要在轮胎吊工作时收起，为了确保操作安全，一般会在内侧平台加装限位开关，确保平台收起后才能启动发电机组发电。

轮胎吊外侧平台和两端的过道一般可以采用固定式，固定过道和平台多采用格栅板铺地，保证安全的同时，还可以方便观察机房下部情况，格栅板采用可拆方式固定。平台宽度一般保证以一人通过为宜，保证＞550mm的净空间。也有部分码头，要求外侧的平台也同时收起，做成活动式平台。平台栏杆一般采用三档式，依据栏杆标准的要求制作如图11-12所示。

4）检修门 因机组固定在鞍梁上，动力房门的设计原则应遵循：如遇机组损坏，在不将动力房吊下的前提下可将发电机、发动机、散热器等分别从侧向取出进行各部件的修理。实际应用中，将门的立柱做成可拆卸式，门的铰链做成可拆式铰链，以方便机组大修和维护。还有部分项目采用消防用卷帘门的设计，方便开关的同时，也满足了方便检修的需求。

图11-12 检修平台

动力房顶的设计应满足排水的坡度；房顶及动力房的四壁均不能漏水。

在降噪处理方面，因为轮胎吊的使用是在户外，用户对噪声的要求不高，满足85dB（A）即可，通常采用的降噪方式是在动力房的内壁敷设阻燃的吸音材料，排气系统增加一些工业型消声器，可以达到有效的消音处理，使发动机噪声不超过国家标准的有关规定。