CN101857082A - 船舶用电推进系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种船舶的载货能力高而且能够进行最低速度以下的船舶速度的控制的船舶用电推进系统。本发明的船舶用电推进系统具有可变速发动机(2)、通过可变速发动机(2)发电的同步发电机(3)、与同步发电机(3)连接的同步电动机(5)或感应电动机(6)、以及由同步电动机(5)或感应电动机(6)驱动的固定桨距推进器(7)。

Description

船舶用电推进系统

技术领域

本发明涉及船舶用的电推进系统。

本发明尤其涉及这样的船舶用电推进系统：通过组合可变速发动机、同步发电机以及同步电动机或感应电动机，极其节省空间，而且，能够进行从最低速度(dead slow)以下至最大船速的船舶速度的控制。

背景技术

作为船舶用的发动机，最一般地使用柴油发动机，过去一直在使用发动机和螺旋推进器直接连接的直接驱动型的船舶用推进装置。

船舶必须能够控制航行时的速度。作为船舶速度的控制方法，过去一直在使用发动机本身的旋转速度可变的可变速发动机或者由于能够任意地变更推进器的安装角度而能够变更桨距的可变桨距推进器。

另外，在船舶的后退时，过去一直利用旋转方向可反转的可反转发动机或者通过改变桨距而能够前进、中立、后退的上述可变桨距推进器。

图8和图9显示现有的直接驱动型的船舶用推进装置的结构。

图8显示连接可反转发动机和固定桨距推进器的现有的直接驱动型的船舶用推进装置。

该形式的船舶用推进装置通过使发动机可反转而能够使船舶前进、中立、后退。另外，通常，由于可反转的发动机的旋转速度也是可变的，因而该形式的船舶用推进装置能够将船舶的速度控制成高速、中速、微速。

图9显示了将不可反转发动机和可变桨距推进器组合的现有的直接驱动型的船舶用推进装置。

该形式的船舶用推进装置能够通过改变推进器的桨距来控制船舶的前进、中立、后退以及高速、中速、微速。

上述图8、9中的任一个的直接驱动型的船舶用推进装置都直接连接发动机和螺旋推进器。这样直接连接发动机和螺旋推进器的船舶用推进装置的从船的主发动机至推进器的轴系装置具有以下的结构。

即，如果从船的主发动机起按顺序记述轴系装置，则具有主发动机、减速齿轮、中间轴、中间轴承、联轴器、推进器轴、船尾管、船尾管轴承、轴封装置、轴架、轴架轴承、推进器。由于从动力的传递效率的观点出发，优选轴系装置直线地排列，因而轴系装置通常直线地配置在船尾附近的龙骨上。

因此，对于直接驱动型的船舶用推进装置，主发动机即发动机陷入至货物空间，这成为使船舶的载货能力下降的原因。

与此相对，提出了这样的电推进型的船舶用推进装置：不直接连接发动机和螺旋推进器，由发动机产生电，由该电驱动螺旋推进器。

在电推进型的船舶用推进装置的情况下，主发动机和推进器的布局自由，没有必要像前述的直接驱动型船舶用推进装置那样直线地设置轴系装置。

图10和图11显示现有的电推进型的船舶用推进装置的结构。

图10显示连接恒定转速发动机、同步发电机、变换器、感应电动机以及固定桨距推进器的现有的电推进型的船舶用推进装置。

该现有的电推进型的船舶用推进装置为了使同步发电机产生恒定频率的电而采用恒定转速发动机，另外，为了控制感应电动机的速度并将船舶的速度控制成高速、中速、微速而具备变换器。

作为对同步发电机采用恒定转速发动机的理由，如果由同步发电机产生恒定频率(50Hz或60Hz)的电，则能够由变换器变换，另外，为了产生恒定频率的电，采用最适地调整燃料消耗和输出的恒定转速发动机是合适的。

另外，还存在着因为能够将50Hz或60Hz的频率的电作为船舶的其他动力而利用的理由。

图11显示连接恒定转速发动机、同步发电机、同步电动机以及可变桨距推进器的另一个现有的电推进型的船舶用推进装置。

该现有的电推进型的船舶用推进装置同样为了使同步发电机产生恒定频率的电而采用恒定转速发动机，为了将船舶的速度控制成高速、中速、微速而具备可变桨距推进器。

此外，本发明采用可变速发动机，以代替现有的在恒定频率的电的发电时最适地调整燃料消耗和输出的恒定转速发动机，由于在现有技术中完全不存在，因而没有关于本申请发明的现有技术文献的记载。

发明内容

对于直接连接发动机和螺旋推进器的现有的直接驱动型的船舶用推进装置，如上所述，主发动机即发动机陷入至货物空间，这成为使船舶的载货能力下降的原因。

与此相对，与直接驱动型的船舶用推进装置相比，由发动机产生电并且由该电驱动螺旋推进器的电推进型的船舶用推进装置的主发动机和推进器的布局变得自由。

然而，对于连接恒定转速发动机、同步发电机、变换器、感应电动机以及固定桨距推进器的现有的电推进型的船舶用推进装置，其问题是，变换器占据很大的容积，虽然主发动机和推进器的布局变得自由了，但由于装载变换器而使船舶的载货能力下降。

图12显示搭载变换器的现有的电推进型的船舶用推进装置的一个示例。

如图12所示，依照电推进型的船舶用推进装置，能够配置成：在船尾突出部上设置恒定转速发动机15和同步发电机16，在第二甲板上设置变换器17，在龙骨上设置感应电动机21，驱动固定桨距推进器22。

然而，由于不但变换器17本身很大，而且配电盘18、电阻器19、变压器20等附随设备也是必要的，因而如图所示，作为电设备用空间，占有很大的容积。

另外，由于变换器非常高价，因而成为使船舶的制造成本高涨的原因。

另一方面，对于连接恒定转速发动机、同步发电机、同步电动机以及可变桨距变换器的另一个现有的电推进型的船舶用推进装置，由于可变桨距推进器高价而且构造复杂，因而存在着使船舶的制造成本高涨的问题。

另外，现有的电推进型的船舶用推进装置存在着在最低速度以下的船舶速度或低负荷运转中能量效率低而且发动机的燃烧不好的问题。

在最低速度以下的船舶速度中，存在着虽然是极微速的范围但仍有必要进行加速或减速的情况。例如在靠岸或离岸时的船舶的操纵时。另外，例如，在像湾内航行或者港内航行那样以低负荷运转的情况下，虽然将发动机旋转抑制得极其低但仍有必要反复进行加速和减速。

可是，恒定转速发动机设计成在恒定的窄的旋转范围内旋转，通常，该旋转范围对应于低中速或中高速的输出而设计发动机输出。

然而，由于在最低速度以下的船舶速度中，只有比上述旋转范围的最低转速更低的能量才被认为是必要的，因而发动机维持最低转速废弃了所产生的能量的一部分，存在着能量浪费的问题。

另外，在以靠岸或离岸等的最低速度以下的船舶速度或者像湾内、港内运转那样的低负荷运转进行加速和减速的情况下，在恒定转速发动机维持在其旋转范围的最低转速的状态下，有时加负荷或减去负荷。

由于恒定转速发动机调整为压缩和爆发的正时最适于恒定的旋转速度，因而如果在最低转速附近进行加速和减速，则到发动机的负荷变动，存在着燃料不在最适宜的爆发点点火而产生燃烧不良的问题。

因此，现有的电推进型的船舶用推进装置存在着在最低速度以下的船舶速度中控制困难的问题。

于是，本发明要解决的课题在于提供船舶的载货能力高而且能够进行最低速度以下的船舶速度的控制的船舶用电推进系统。

本发明的船舶用电推进系统具有：

可变速发动机；

通过所述可变速发动机发电的同步发电机；

与所述同步发电机连接的感应电动机；以及

由所述感应电动机驱动的固定桨距推进器。

能够是这样的结构：所述可变速电动机和所述同步发电机配置在船尾附近的龙骨的上方，

所述感应电动机配置在船外吊舱内，

所述固定桨距推进器由所述感应电动机驱动。

能够是这样的结构：还具有配置在船尾突出部内的辅助发电机。

另外，还能够是这样的结构：所述可变速发动机和所述同步发电机配置在船尾突出部或船尾附近的上甲板上，

所述感应电动机配置在船尾附近的龙骨的上方，

所述固定桨距推进器由所述感应电动机驱动。

能够是这样的结构：所述可变速发动机和所述同步发电机配置在船尾突出部或船尾附近的上甲板上，

所述感应电动机配置在船外吊舱内，

所述固定桨距推进器由所述感应电动机驱动。

能够是这样的结构：还具有辅助发电机，所述可变速发动机和所述同步发电机的成套单元以及所述辅助发电机配置成嵌套状。

还能够是这样的结构：所述感应电动机具有极变换装置。

本发明的船舶用电推进系统具备可变发动机、同步发电机、同步电动机或感应电动机以及固定桨距推进器。

可变速发动机设计成具有恒定的输出宽度并且能够在恒定宽度的旋转范围内以适度的燃烧状态产生输出。如果可变速发动机的转速变化，则由同步发电机产生的电的频率和电压变化。

本发明的船舶用电推进系统对应于期望的船舶速度而使可变速发动机的转速变化，与此对应，由同步发电机产生的电的频率和电压变化，由此，控制同步电动机或感应电动机的旋转速度。

当然，本发明的船舶用电推进系统中，由于发电的电的频率对应于船舶的速度而变化，因而存在着所产生的电不能作为船舶的其他动力而利用的缺点。然而，船舶的其他动力能够通过使用小的辅助发动机来解决。与该缺点相反，依照本发明，能够得到可省略大容积而且高价的变换器或者高价的可变桨距推进器的大优点。

由于能够省略变换器，因而也能够省略变换器所附随的电设备，能够将电推进系统整体配置在船尾的狭窄的空间中，从而能够使船舶的载货能力大幅度地增大。

在省略可变桨距推进器的情况下，通过省略高价而且具有复杂的机构的该推进器，能够使船舶的制造成本下降并且使船舶的可靠性提高。

另外，依照本发明的船舶用电推进系统，在最低速度以下的船舶速度中能量并不浪费，而且，通过将可变速发动机的输出范围设定成与最低速度以下的船舶速度对应，能够避免发动机的燃烧不良的问题。

并且，由于在电动机中具备极变换装置，因而即使在最低速度以下的极微速中也能够无障碍地反复加速、减速。而且，由于能够由极变换装置以极微速且高转矩裕量来驱动推进器，因而能够得到还适合于大径的推进器或者需要高转矩的破冰船等的船舶用电推进系统。

附图说明

图1是根据本发明的一个实施方式的船舶用电推进系统的结构图。

图2是本发明的船舶用电推进系统的一个配置构造图。

图3是本发明的船舶用电推进系统的另一个配置构造图。

图4是本发明的船舶用电推进系统的又一个配置构造图。

图5是本发明的船舶用电推进系统的又一个配置构造图。

图6是图5的配置构造的平面图。

图7是本发明的船舶用电推进系统的又一个配置构造图。

图8是显示现有的直接驱动型的船舶用推进装置的结构的图。

图9是显示现有的直接驱动型的船舶用推进装置的结构的图。

图10是显示现有的电推进型的船舶用推进装置的结构的图。

图11是显示现有的电推进型的船舶用推进装置的结构的图。

图12是现有的电推进型的船舶用推进装置的配置构造图。

符号说明

1船舶用电推进系统

2可变速发动机

3同步发电机

4极变换装置

5同步电动机

6感应电动机

7固定桨距推进器

8龙骨

9船外吊舱

10辅助发电机

11船尾突出部

12第二甲板

13上甲板

15恒定转速发动机

16同步发电机

17变换器

18配电盘

19电阻器

20变压器

21感应电动机

22固定桨距推进器

具体实施方式

以下，使用附图来说明本发明的实施方式。

图1显示根据本发明的一个实施方式的船舶用电推进系统的结构图。

如图1所示，本实施方式的船舶用电推进系统1具备可变速发动机2、同步发电机3、极变换装置4、同步电动机5或感应电动机6以及固定桨距推进器7。

图1(a)是具有可变速发动机2、同步发电机3、极变换装置4、同步电动机5以及固定桨距推进器7的结构，图1(b)是具有可变速发动机2、同步发电机3、极变换装置4、感应电动机6以及固定桨距推进器7的结构。

可变速发动机2设计成能够在恒定宽度的旋转范围内以适度的燃烧状态产生输出。

同步发电机3构成为由可变速发动机2驱动来进行发电。

同步电动机5或感应电动机6与同步发电机3电气地连接，根据同步发电机3的电频率以旋转速度可变的方式被旋转驱动。

极变换装置4是变换同步电动机5或感应电动机6的极数的装置。如果同步电动机5或感应电动机6的极数例如从6极变换至12极，则在相同频率的电下，同步电动机5或感应电动机6的转速减半，固定桨距推进器7的旋转速度减速至一半。

此外，在能够使可变速发动机2的输出范围设计为对应于最低速度以下的速度的情况下，可以省略极变换装置4。

依照本实施方式的船舶用电推进系统1，如果对应于期望的船舶的速度而使可变速发动机2的转速变化，则与此对应，由同步发电机2所产生的电的频率变化，由此，控制同步电动机5或感应电动机6的转速，能够控制固定桨距推进器7的旋转速度而得到期望的船舶的速度。

因此，变换器或可变桨距推进器并非必要。

另外，在后退的情况下，电气地使同步电动机5或感应电动机6反转即可，即仅通过开关的切换就能够实现，机械的反转机构并非必要。

在本实施方式的船舶用电推进系统1中，通过将可变速发动机2的输出范围设定成与最低速度以下的船舶速度对应，能够通过可变速发动机2的转速的控制而与最低速度以下的船舶速度对应。

如果是可变速发动机2所设定的输出范围内的转速，则即使在最低速度以下的船舶速度中也能够避免发动机的燃烧不良的问题。

另外，由于具备极变换装置4，通过维持可变速发动机2的转速不变并且由极变换装置4变换同步电动机5或感应电动机6的极数，能够得到更进一步的极微速的旋转而进行靠岸或离岸时的船舶的精细的船舶操纵。

此外，在维持可变速发动机2的转速不变并且由极变换装置4使同步电动机5或感应电动机6的极数变为例如2倍的情况下，固定桨距推进器7的转速减半，另一方面，固定桨距推进器7的转矩裕量大幅度地增大。

所谓转矩裕量是指即使在负荷变动的情况下也能够维持转速的能力。依照本发明，由于转矩裕量增大而能够得到还适合于大径推进器、破冰船等的船舶用电推进系统。

依照本发明的船舶用电推进系统，能够使推进装置用空间最小而使船舶的载货能力提高。

图2显示本发明的船舶用电推进系统的一个配置构造。

图2显示船舶的船尾部分。在图中，可变速发动机2和同步发电机3配置在船尾附近的龙骨8上方，同步电动机5或感应电动机6配置在船外吊舱9内，固定桨距推进器7安装在船外吊舱9中，由同步电动机5或感应电动机6驱动。

其中，所谓“龙骨上方”包括龙骨的上面的情况和根据上下关系看而在龙骨的上方的某些支承台上的情况。

用于产生船舶的一般用的电的辅助发电机10能够设在船尾突出部11内。

可变速发动机2和同步发电机3成为尽可能小型的成套单元，可变速发动机2和同步发电机3所产生的电由图中未显示的电缆输送至船外吊舱9内的同步电动机5或感应电动机6，驱动同步电动机5或感应电动机6，从而驱动固定桨距推进器7。

依照该实施方式，由于在发动机和推进器之间不存在轴系装置，因而能够将可变速发动机2和同步发电机3尽可能放在船尾上，而且，由于第二甲板12仅在船尾突出部11上配置有辅助发电机10，因而能够最大限度地利用第二甲板12，而且，由于同步电动机5或感应电动机6配置在船外的吊舱9中，因而能够使船内的推进装置用空间最小，使船舶的载货能力大幅度地提高。

图3和图4显示本发明的船舶用电推进系统的另一个配置构造。

图3的配置构造构成为：将可变速发动机2和同步发电机3配置在船尾突出部11上，将同步电动机5或感应电动机6配置在船尾附近的龙骨8上，固定桨距推进器7由同步电动机5或感应电动机6驱动。

图4的配置构造除了将可变速发动机2和同步发电机3配置在船尾附近的上甲板13上这点以外都与图3的配置相同。

如图3和图4所示，依照本发明的船舶用电推进系统，能够将可变速发动机2和同步发电机3配置在任意的位置，由此，能够使底甲板上的货物室的容积最大化并且使船舶的货物空间的设计变得自由。

图5和图6显示本发明的船舶用电推进系统的又一个配置构造。

图5显示船尾部分的侧面，图6显示相同配置构造的船尾部分的平面。

如图5、6所示，该配置构造构成为：将可变速发动机2和同步发电机3配置在船尾突出部11上，将同步电动机5或感应电动机6配置在船外吊舱9内，固定桨距推进器7由同步电动机5或感应电动机6驱动。

如从图5明显看出的，该配置构造通过将可变速发动机2和同步发电机3配置在船尾突出部11上并且将同步电动机5或感应电动机6配置在船外吊舱9内，从而能够使货物室的容积最大化。

而且，依照本实施方式的配置构造，如图6所示，通过将可变速发动机2和同步发电机3的成套单元以及辅助发电器10配置成嵌套状，能够使发电机等的长度方向的尺寸最小化，由此，能够使船舶用电推进系统1整体的空间最小化，能够使货物空间最大化。

图7显示本发明的船舶用电推进系统的又一个配置构造。

图7的配置构造除了将可变速发动机2和同步发电机3配置在船尾附近的上甲板13上这点以外都与图5所示的配置构造相同。

根据该配置构造，通过将可变速发动机2和同步发电机3配置在船尾附近的上甲板13上并且将同步电动机5或感应电动机6配置在船外吊舱9内，能够使货物室的容积最大化。

Claims (7)

1.一种船舶用电推进系统，具有：

可变速发动机；

通过所述可变速发动机发电的同步发电机；

与所述同步发电机连接的感应电动机；以及

由所述感应电动机驱动的固定桨距推进器。

2.根据权利要求1所述的船舶用电推进系统，其特征在于，所述可变速发动机和所述同步发电机配置在船尾附近的龙骨的上方，

所述感应电动机配置在船外吊舱内，

所述固定桨距推进器由所述感应电动机驱动。

3.根据权利要求2所述的船舶用电推进系统，其特征在于，还具有配置在船尾突出部内的辅助发电机。

4.根据权利要求1所述的船舶用电推进系统，其特征在于，所述可变速发动机和所述同步发电机配置在船尾突出部或船尾附近的上甲板上，

所述感应电动机配置在船尾附近的龙骨的上方，

所述固定桨距推进器由所述感应电动机驱动。

5.根据权利要求1所述的船舶用电推进系统，其特征在于，所述可变速发动机和所述同步发电机配置在船尾突出部或船尾附近的上甲板上，

所述感应电动机配置在船外吊舱内，

所述固定桨距推进器由所述感应电动机驱动。

6.根据权利要求5所述的船舶用电推进系统，其特征在于，还具有辅助发电机，

所述可变速发动机和所述同步发电机的成套单元与所述辅助发电机配置成嵌套状。

7.根据权利要求1至6中的任一项所述的船舶用电推进系统，其特征在于，所述感应电动机具有极变换装置。

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