港口柴油發電機組的選型及設計
作為在港口使用的機械設備，發電機組的柴油機無特殊要求，一般而言，現在采用市場主流的進口主柴油發動機，工業型、水冷式、帶式驅動閉路散熱（散熱器要求經過耐鹽霧處理）、四沖程、電子控制直噴式、渦輪增壓的柴油發動機為主，并具有數字調速裝置。一般情況下，港口傾向于選用康明斯發電機組品牌為主。作為常用發電機組運作，這些品牌的發電機組可以可靠的長期運行，減少了港口因為檢修維護帶來的時間損失。
一、港口起重設備概述
港口的貨物搬運、集裝箱吊裝等操作都會廣泛應用到各類的港口起重機械，常見的港口起重機包括：門座式起重機、固定式起重機、船用起重機/浮式起重機等，具有傳動平穩，效率高，操作方便和故障率低的特點。
目前，應用港口柴油發電機的碼頭起重設備有兩種：分別為集裝箱龍門起重機（簡稱輪胎吊）和岸邊集裝箱起重機（簡稱岸橋）。
1．岸邊集裝箱起重機
岸邊集裝箱起重機是集裝箱船與碼頭前沿之間裝卸集裝箱的主要設備。岸邊集裝箱起重機的側面，形狀像一個懸臂梁，因為它服務的對象是運輸集裝箱的船舶。個別碼頭還利用岸橋的大跨距和大后伸距直接進行堆場作業。
岸邊集裝箱起重機由小車行走機構＋起升機構＋大車行走機構＋俯仰機構組成，進行裝卸船作業。
結構特點：橋架伸出碼頭外面的部分可以俯仰，以便船舶靠離碼頭。對高速型岸邊起重機吊具還需要裝配減速裝置。
驅動和供電方式：一般多采用直流電動機調速系統，各機構采用直流電動機驅動。供電方式有三種，交流電動機-直流發電機方式，晶閘管整流方式，柴油機-直流發電機供電方式。
岸橋的裝卸能力和速度直接決定碼頭作業的生產率，因此岸橋是港口集裝箱裝卸的主力設備。岸橋伴隨著集裝箱運輸船舶大型化的蓬勃發展和技術進步而在不斷更新換代，科技含量越來越高，正朝著大型化、高速化、自動化和智能化，以及高可靠性、長壽命、低能耗、環保型方向發展。
2．輪胎式集裝箱龍門起重機
集裝箱龍門起重機指專門用于集裝箱堆場進行堆碼和裝卸作業的吊裝設備，有輪胎式和軌道式兩種。由于具有機動靈活、可轉場作業、便于分期分批購置、初始投資少等優點，成為眾多集裝箱碼頭選擇的對象，我國大陸的絕大多數集裝箱碼頭都是以輪胎式龍門起重機rtg作業為主。
rtg是目前世界上應用最廣泛的集裝箱碼頭堆場裝卸設備，在用及訂單上的數量均占場橋總量的85％左右。
輪胎式門式起重機是70年代以來逐漸發展起來的一種堆場裝卸設備，它既有通常的軌道式門式起重機的大堆場、高作業效率的性能，又具備一般輪胎式流動機械的機動性，可以大范圍靈活調動，有空間利用率高、生產效率高和全堆場機動的特點。
可采用柴油發電機組或電纜卷筒供電方式，電氣系統采用交流變頻驅動，具有調速性能良好，保護功能完善等優點。控制系統目前較多采用的是plc加控制器的組合控制方式。
集裝箱式柴油發電機組動力房
二、輪胎式集裝箱龍門起重機動力房
輪胎式集裝箱龍門起重發電機組成是由前后兩個門框和橫梁組成門架，橡膠充氣輪胎組成行走機構，小車沿門框上橫梁來回行走，進行堆碼作業或裝卸底盤車集裝箱貨物。多采用柴油發電機或者市電直接驅動；柴油發電機組安裝在鞍梁上，可方便地為起吊設備提供動力驅動保障。市電一般采取兩側安裝固定的電纜架，如圖1所示。
輪胎吊主要由4部分組成：起升機構、小車機構、大車機構和動力裝置，另外還有吊具系統。
岸邊集裝箱起重機將集裝箱從船上卸至碼頭前沿掛車上，拖至堆場后，由軌道式集裝箱龍門起重機進行裝卸堆碼作業，或者相反。
為適應岸邊集裝箱起重機生產率的要求，一般采用一個泊位兩臺岸邊機＋三臺軌道機，其中兩臺供前方船舶裝卸作業，一臺供后方進箱和提箱用。
起重機安放在碼頭后沿的集裝箱堆場，可縱、橫和自回轉行走，并用于作業20＇gp、40＇hq等國際標準集裝箱，額定起重量為40.5t（吊具下）。該集裝箱龍門起重機支承在8只充氣橡膠輪胎上，以柴油發動機驅動的發電機為動力。起重機裝有一個橫向運行于龍門架上部軌道的起重小車，能在起重機支腿間靈活地進行集裝箱貨物的裝卸作業。
圖1 輪胎式集裝箱龍門起重機結構簡圖
1．功率的選擇
（1）主用發電機組
在發電機組功率的選擇上，作為主用動力，可同時滿足大車、小車和起升裝置的使用要求。集裝箱輪胎吊通常采用200～500kw柴油發電機組供電。
輪胎吊電控系統主要由以下幾個部分組成：
起升驅動器為起升電動機提供連續變化的電壓和頻率。根據負載的不同，起升最大速度在20m/s和45m/s之間連續變化。起升電動機額定功率為連續工作制，440v、170kw、4極電動機。此驅動器為起升電動機和一個大車共用。
小車驅動器分別驅動一個小車電動機。小車電動機為連續工作制，440v、15kw、4極電機。小車速度不管負載多少，速度最大到70m/min。
大車根據負載的不同，速度在25m/min和120m/min間變化。大車由兩個連續工作制，440v、45kw電動機驅動。柴油機側大車電動機由獨立的一個驅動器提供連續變化的電壓頻率來驅動。電氣房側大車電動機和起升電動機共用一個驅動器。通過兩個接觸器選擇大車或起升輸出。
依據以上功率要求，需要根據起重機的起升重量，大車的速度來決定配置發電機組功率的大小。設計院會在根據輪胎吊的噸位要求，運行速度等進行匹配計算，使發電機組的功率使用盡可能的最大化。此處不具體列出相關計算，根據經驗，常用發電機組一般選擇400kw左右。
（2）備用發電機組
備用發電機組使用的目的是輪胎吊轉場使用，根據大車功率的要求去計算，按照6倍的感性負載，一般選擇100～250kw左右。即可滿足轉場使用的大車動力裝置的使用要求。視設備的應用不同及rtg噸位情況而定。
（3）待機專用發電機組
由于輪胎吊生產系統要求司機必須隨時查詢、接收系統指令，因此只要有生產任務，無論作業與否，整個柴油發電機組都要處于運行狀態。據統計每臺輪胎吊平均每月運行400～600h，空載運行近200～300h，空載率高達50％以上，每月每臺輪胎吊空載油耗近3000～4500l，既造成了大量能源消耗，又污染了環境。為使輪胎吊節油，可采取加裝輪胎吊待機專用小型柴油發電機組的方法。
2．發電機組的選擇
（1）柴油機的選型
主柴油機要求帶有電子調速器，其調速性能保證在工作負載突加到額定值使柴油機的轉速保持在運行速度的±0.3％以內。而在穩態時柴油機的運轉速度保持在±0.5％以內。
不同計算方式得出的發電機系統容量不同，具體如下：
●按照供電系統穩定負荷計算，見式（1）：
sc1= pε/ ηεcosψ （1）
式中，pε 為總負荷，kw；
ηε 為所帶負荷的綜合效率，一般取0.82～0.88；
cosψ 為功率因數，一般取0.8。
●按尖峰電流計算，見式（2）：
sc2= kj（ s0+smax ）/ kg （2）
式中，kj為電動機功率下降的系數，一般取0.9～0.95；
s0為smax投入運行前已投入運行的負荷容量，kva；
smax為最大單臺電動機或成組電動機的啟動容量，kva；
kg 為發電機允許的短時過載系數，一般取1.4～1.6。
●按母線允許壓降計算，見式（3）：
sc3= kj（ 1-δu）xd′ sst / δu （3）
式中，δu 為發電機母線允許電壓降，一般取0.2；xd′為發電機瞬態電抗，一般取0.2；sstδ為導致發電機最大電壓降的電動機的最大啟動容量，kv·a。
（2）發電機的選型
在發電機的選擇方面，港口一般的要求發電機具備以下參數：
●勵磁方式：永磁同步；
●空載電壓調整范圍：95％～100％額定電壓；
●電壓穩態調整率：≤0.5％；
●電壓瞬態調整率：≤±10％；
●電壓恢復時間：≤1s；
●電壓波動率：≤1％；
●絕緣等級：h級。
發電機在空載額定電壓時，線電壓的波形畸變率應不大于2％。
另外，發電機在額定工況條件下，能正常連續工作，發電機的防護等級為ip23，帶空氣濾網，不帶網罩。以防止加裝網罩帶來的通風量不足。
由于是在海岸環境下使用，發電機同樣需要考慮防潮濕及鹽霧環境帶來的損害，所以發電機也需要裝有防冷凝加熱器，工作電壓為220v。同時，還要考慮為發電機組加裝繞組溫度繼電器及溫控盒，該裝置為防止繞組過熱報警裝置，能夠有效地防止濾網堵塞時造成通風不暢引起的過溫。
當客戶需要繞組溫度顯示時，還可以選配繞組rtd，繞組rtd默認為pt100傳感器，還可以選擇一款多功能儀表，方便參數讀取，同時還可以裝配軸承rtd。
發電機外殼同時需要防鹽霧，一般要求漆膜厚度達到240μm。
發電機組的使用要求：主發電機發電機組的功率能在滿載情況下，同時啟動起升機構和小車機構，并在作業循環時間圖表規

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