Технические науки/ Электротехнические комплексы и системы

Бова Е.В., Толокнова О.М., к.т.н. Саушев А.В., д.т.н. Шошмин В.А.

Государственный университет морского и речного флота

имени адмирала С.О. Макарова, Россия

Анализ электропотребления портальных кранов

на основе имитационного моделирования

В докладе рассматривается влияние на электропотребление портовых перегрузочных машин технологических и организационных факторов, которые анализируются на основе имитационного моделирования процесса погрузочно-разгрузочных работ.

Порты, по сравнению с промышленными предприятиями, обладают рядом особенностей, как по составу потребителей электрической энергии, так и по условиям формирования систем электроснабжения. Это, прежде всего, сезонность работы, особые условия функционирования электроустановок, режим их работы и линейное размещение основного энергоемкого оборудования вдоль относительно узкой полосы причального фронта, а также организация погрузочно-разгрузочных работ. Портальные краны являются основным видом перегрузочной техники в портах и определяют режим потребления электроэнергии, так как их установленная мощность составляет (65-85)% всей мощности порта [1]. От их эксплуатационных показателей во многом зависит пропускная способность причалов, продолжительность стоянки судов и производительность морского транспорта в целом.

Для эффективной работы механизмов крана необходимо, чтобы его потребности в электроэнергии выполнялись вовремя и в полном объеме. При этом важной задачей является установление зависимости этой потребности от соответствующих технологических и организационных факторов.

Влияние на электропотребление перегрузочных машин технологических и организационных факторов анализируется на основе имитационного моделирования погрузочно-разгрузочных работ. Поскольку работа крана является цикличной, то в качестве случайной величины выбрана осредненная за время цикла нагрузка. Эта нагрузка дает возможность определить расчетную нагрузку крана [2]. При моделировании рассчитываются циклограммы работы механизмов крана для каждого варианта перемещения груза, определяется длительность его цикла и фактические продолжительности включения каждого электродвигателя, а также определяются моменты на валу для всех операций и режимов [1]. Заметим, что поведение электрифицированной системы определяется свойствами ее элементов – электродвигателя и рабочих машин, мощность, моменты и силы которых зависят от их устройства, принципа действия и определяются по известным из электротехники и механики законам преобразования энергии.

Далее рассчитываются нагрузочные диаграммы каждого электропривода крана. Их значения затем суммируются до получения графиков активных и реактивных нагрузок за цикл. Суммарный график (рис. 1) при этом получается неравномерным по своей структуре, так как при выполнении механизмами рабочих операций в ряде случаев происходит совмещение нескольких операций, например, поворота и подъема. Некоторая периодичность присутствует, но всегда в суммарном графике присутствует ярко выраженный максимум потребления мощности в момент времени, когда происходит работа нескольких механизмов крана одновременно.

Рис. 1. График суммарной мощности электродвигателей

Далее по полученному суммарному графику нагрузки определяются: средние активные и реактивные нагрузки; среднеквадратичные отклонения графиков; удельные показатели коэффициента использования грузоподъемности; удельный расход энергии на переработку груза в зависимости от параметров его перемещения (высота подъема и опускания, угол поворота и изменения вылета стрелы); принятая технология и организация грузовых работ на различных причалах портов.

Результаты моделирования показывают, что для одной электромеханической системы (портальный кран) показатели электропотребления отличаются в зависимости от значения не учитываемых в настоящее время факторов: высоты подъема и опускания груза; варианта переработки груза; вида используемого грузозахватного приспособления; квалификации портовых рабочих и других технологических и организационных факторов. Это подтверждает неудовлетворенность определения расчетной электрической нагрузки по некоторым обобщенным коэффициентам, принимаемым, как правило, без учета свойств и условий функционирования конкретной электроустановки [2].

Полученные результаты позволяют сделать следующие выводы:

рост грузооборота водного транспорта неизбежно требует развития портов, исходя из их места в транспортном процессе;

для заданных технологических и производственных условий и применяемой техники существует объективно обусловленная характеристиками этих исходных факторов потребность в электроэнергии;

для каждой потребности в электроэнергии, ориентированной во времени и пространстве, должна существовать определенная система электроснабжения, которая характеризуется минимумом затрат на свое создание, эксплуатацию и развитие в соответствии с изменяющейся потребностью в электроэнергии.

Литература:

1. Толокнова О.М., В.А.Шошмин. Электроснабжение береговых установок / О.М. Толокнова, В.А. Шошмин. – СПб.: СПГУВК, 2009. – 81 с.

2. РТМ 36.18.32.4-92. Указания по расчету электрических нагрузок – М.: ВНИПИ ТЯЖПРОМЭЛЕКТРОПРОЕКТ, 1992. – 71 с.