塔式起重机运行能效测试方法的研究与应用

黄 冀，梁杰金，严 波，许志伟，陈春潮，罗 贞

（广西壮族自治区特种设备检验研究院，广西 南宁 530219）

节能减排是我国的一项基本国策。2014年1月1日正式实施的《中华人民共和国特种设备安全法》将节能环保列入特种设备工作原则，统筹协调特种设备安全与节能。在《国民经济和社会发展第十二个五年规划纲要》、《中华人民共和国节约能源法》、《高耗能特种设备节能监督管理办法》均明确提出能源消耗应降低的指标。节能减排作为一项长期基本国策，对各行各业都产生重要的影响。

近年来，我国建筑施工中对塔式起重机的需求量猛增，每年新增塔机数万台，塔机市场保有量已达到近40万台，而且大型塔机越来越多，每年在用塔机耗电量十分巨大，提高塔机能源利用效率意义重大[1]。

按照T/CCMA 0036-2015《塔式起重机能效测试方法》[2]给出的测试方法，针对小车变幅塔式起重机进行起升机构、变幅机构、回转机构运行的能效测试研究与应用，有助于推动塔式起重机节能技术的研究。

1 塔式起重机能效计算

1.1 供给能计算

供给能即为塔式起重机载重、空载运行所消耗的总能量。

式中Ed——一个工况的供给能，kJ；

Dj——一个工况的平均耗电量，kW。

为了尽量体现塔式起重机工作实际情况，同时便于实现，我们将测试工况选择最大幅度（工况A）、90%最大起重量（工况B）、60%最大起重量（工况C）三种代表性工况，每种测试工况下的工作循环包括带载起升、变幅、回转、下降动作，随后空载返回。分别取A、B、C工况的3个工作循环的算术平均值为每个工况供给能，其公式如下：

综合A、B、C工况：

式中Eda、Edb、Edc—— A、B、C工况3个工作循环的算术平均供给能，kJ;

Dj—— 一个工作循环的平均耗电量，kWh。

1.2 有效能计算

有效能是塔式起重机完成物体位移时理论上必须消耗的能量，计算每个工况时的有效能均只计算塔式起重机带载运行的有效能，空载运行有效能较小忽略不计。因此，每个工况的有效能计算公式如下：

工况A

工况B

工况C

综合A、B、C工况：

式中Eya、Eyb、Eyc—— A、B、C工况一个作业循环的有效能，kJ;

Q1、Q2、Q3—— 工况 A、B、C 的载荷质量，kg;

Q4——吊具质量，kg；

H——起升高度，m；

v1、v2、v3—— 工况 A、B、C 的起升速度，按v1＝H/t1，v2＝H/t2，v3＝H/t3计算，m/s；

v—— 空载时起升速度，按v=h/t4计算，m/s；

k—— 考虑变幅、回转耗能的系数，小车变幅塔机取k=1.1

1.3 能效ξ计算

2 塔式起重机运行能效测试方法

2.1 测试装置及测量仪表的安装

2.1.1 测量仪器

测试仪器包括：三相电能及功率质量分析仪、万用表、钳型电流表、测距仪、便携式测试灯、温湿度计、验电器及常用电工工具等。

2.1.2 测试点的设置

塔式起重机实际消耗电能测试电能表安装在塔机主供电线路总断路器之后，并置于塔机下方平台或桌面上，距塔机塔身最近一面直线距离不超过10m，测试点设置具体如图1所示。

图1 塔式起重机实际消耗电能测试点的设置

2.2 测试需满足的条件

应在相应产品标准规定的工作条件下进行测试，同时应满足以下要求。

1）风速应小于3m/s。

2）环境湿度应满足相关产品标准中的规定。

3）测试载荷质量与规定值的偏差不应大5%。

4）供电系统在塔式起重机馈线接入处的电压波动不应超过额定值的±10%。

5）三相电压不平衡率不应大于1.5%。

6）起升和下降的实际测试高度与规定值的偏差不应大于±5%。

2.3 测试过程

2.3.1 测试前准备

1)测试前塔式起重机应在空载的情况下进行不少于5次全程运行。

2)应采取措施保证测试过程中塔式起重机独立操作、不受干扰。

3)应对提升高度进行确认。

2.3.2 测试程序

对应工况下，吊具从初始位置（规定幅度处）吊起测试载荷，边起升边加速至额定起升速度，起升至规定高度，向内变幅相应距离，回转180°，将测试载荷放至规定位置，吊钩脱离吊重物，空钩原路返回，即按起升至规定高度→回转→变幅→下降顺序，将吊钩停止在距起点位置上方1.5m处，完成一个工作循环。每个工况都完成3个工作循环。

2.3.3 测试工况

工况A：最大幅度L1，测试用载荷Q1为此处最大起重量的90%，起升高度、变幅距离见表1。

表1 小车变幅塔机测试工况起升高度与变幅距离

工况B：测试用载荷Q2为最大起重量的90%，相应最大幅度L2，起升高度、变幅距离见表1。

工况C：测试用载荷Q3为最大起重量的60%，相应最大幅度L3，起升高度、变幅距离见表1。

3 测试案例

3.1 测试样机信息

将上述测试方法应用于某制造企业传统技术与新技术塔式起重机的能效比对中，测试样机信息如表2，测试现场如图2所示。

图2 测试现场

3.2 样机测试工况

QTZ5611塔式起重机能效测试工况如表3所示。

表2 传统技术与新技术塔式起重机信息对照表

表3 QTZ5611塔式起重机能效测试工况

3.3 测试结果

QTZ5611塔式起重机能效测试结果见表4。

采用上述测试方法在综合A、B、C工况下得知，采用新技术样机比采用传统技术样机节能49.14%－30.82%＝18.32%。测试结果与厂家预期一致。

表4 QTZ5611塔式起重机能效测试结果

4 结 论

小车变幅塔式起重机运行能效测试方法有助于推动塔式起重机节能技术的研究，帮助用户选择正确的节能塔式起重机，并由此指导和促进塔式起重机生产企业研究、应用节能技术，生产低能耗的产品，促使企业有计划地开发节能高效产品、推动产品能效水平的提高。

[参考文献]

[1]吴学松，刘 伟，吴 静，等.塔式起重机能效测试方法与节能探讨[J].建筑机械化，2015，(8)：28-31.

[2]T/CCMA 0036-2015，塔式起重机能效测试方法[S].

[3]朱传帅.动臂塔式起重机回转液压系统节能研究[D].大连：大连大学，2014.

[4]胡晓博.塔机（门座式起重机）的能耗分析与节能设计研究[D].西安：长安大学，2014.