CN105228895A - 推进系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种适用于作业机器，尤其是海洋船舶的推进系统。推进系统包括配置来提供动力输出的传动装置和至少一个第一能量转换机器。推进系统还包括可操作来选择性地驱动传动装置和/或至少一个第一能量转换机器的至少一个动力单元。还设置了可操作来选择性地驱动传动装置或由传动装置驱动的至少一个第二能量转换机器。还设置了动力传递装置，以便在第一能量转换机器与第二能量转换机器之间传递动力。

Description

推进系统
技术领域
本发明涉及一种适用于作业机器的推进系统。在一个实施例中，推进系统包括通过机械和/或备用路径向传动装置提供动力的动力单元，且该传动装置提供动力输出。在另一个实施例中，推进系统包括驱动行星齿轮箱的动力单元。该推进系统尤其适用于海洋船舶。
背景技术
用于作业机器的推进系统通常包括一个或多个动力单元，例如，燃气涡轮机和发动机。这种作业机器包括诸如海洋船舶、飞行器或陆用车辆等交通工具。来自于动力单元的动力输出可以例如向客舱载荷、操作员生活区或作业工具提供所需的载荷。示例性作业工具包括起重机、钻机、船头或船尾螺旋桨、抓具、铲斗和反铲。如果作业机器是交通工具，则动力可以提供推进力以使交通工具移动。
为了满足作业机器运行状况下所需的期望载荷，可以选择来自于动力单元的潜在动力输出范围。在对这些动力单元进行高效操作方面，还存在有环境和成本降低的益处。特别地，动力单元可以选择来在交通工具的巡航速度下以最大效率运行，该速度是交通工具在其可运行的大部分时间内移动的速度。
作为示例，海洋油轮具有在大多数时间内以巡航速度航行的运行状况。这些油轮可能不包括传动装置，或者可以具有相对简单的传动，其通过轴在动力单元与螺旋桨之间传递动力来提供。因此，选择适当尺寸的动力单元以在巡航速度下有效运行可以是非常简单的。然而，如果船舶的运行状况发生相对变化，则可能无法在最高效率下操作动力单元。
作为另一个示例，拖船的运行状况包括大量时间用在需要低动力的操纵上；大量时间用在需要中等动力的中速行进上；以及大量时间用在需要高动力的其他船舶的推进或牵引上。已经发现，拖船在它们绝大部分的运行时间内是处于提供推进力的动力单元的额定载荷的20％以下。
海洋船舶通常包括机械或电气推进系统。电气推进系统可以包括驱动发电机的一个或多个动力单元，其向至少一个电动机提供动力以驱动一个或多个螺旋桨。图1示出了现有技术的船舶10，在这种情况下是锚作拖船补给船，其包括机械推进系统11。机械推进系统通常包括诸如柴油发动机等动力单元12以旋转驱动轴13。驱动轴13向齿轮箱14提供动力，而齿轮箱14的输出连接到螺旋桨轴15。在本示例中是定距螺旋桨的螺旋桨16连接到螺旋桨轴15，以向船舶10提供推进力。动力单元12还可以向发电机提供动力，而发电机可用于向操作员生活区17、船头螺旋桨18、船尾螺旋桨19以及起重机20提供动力。
如图2所示，齿轮箱14通常相对简单，并且可以包括附接到驱动轴13的输入齿轮21以及附接到螺旋桨轴15的输出齿轮22。输入齿轮21和输出齿轮22可以在副轴装置中互锁。输出齿轮直径23可以取决于齿轮箱14所要求的齿轮比。因此，如果需要大幅度降低驱动轴13和螺旋桨轴15之间的旋转速度，则输出齿轮直径23可以相对较大。由于输出齿轮22通常位于船舶10的龙骨24中，因此龙骨24可能不得不相对较宽以容纳输出齿轮22。然而，相对较宽的龙骨会因为例如增加的阻力而对船舶10的运行效率产生不利影响。如果齿轮箱14具有较高的减速比，则龙骨24的宽度将取决于最大的输出齿轮直径23。
海洋船舶还可以包括变距螺旋桨，而不是定距螺旋桨，以提高运行效率。动力单元可以在更加有效的动力输出下运转，同时螺旋桨螺距发生改变，从而改变船舶速度。然而，与定距螺旋桨相比，这种变距螺旋桨可能具有如下缺点，例如，高成本及复杂性。此外，当利用液压致动机构来改变螺旋桨螺距时，来自于该致动机构的油可能引起水污染。例如，变距螺旋桨可能需要较大套筒来容纳致动机构，与定距螺旋桨相比，这样做导致了阻力的增加。另外，变距螺旋桨的效率可以仅在某个螺距角上处于最佳水平，并随着螺距角的变化可以显著降低。另外，由于螺距变化时螺旋桨直径发生了变化，因此，可能无法有效地将护罩或导管装配在变距螺旋桨周围。在一些应用中，护罩或导管式定距螺旋桨可以具有显著的效率优点。护罩可以用来通过降低径向损失并提高轴向推进力来提高螺旋桨输出效率。然而，当包含护罩时，要提供与变距螺旋桨提供的灵活性相同的灵活性可能是困难的。
可以使用混合推进系统来改善灵活性、冗佘性和效率。美国专利US-A-2010/0144219公开了一种海洋船舶混动推进系统，其包括多个内燃机、多个发电机、多个电动机以及多个螺旋桨。发动机可以提供动力给发电机和/或螺旋桨。发电机可以提供能量以储存在电池中或送至电动机。电动机可以提供能量给螺旋桨。
然而，美国专利US-A-2010/0144219没有披露如何能够结合电动机和发动机的输出来提供输出到单个螺旋桨。此外，该专利也没有公开如何控制螺旋桨的速度。当发动机和电动机都向螺旋桨提供动力时，这种现有技术系统也没有为发动机提供向发电机供应动力的装置。因此，电池可能会耗尽能量来驱动电动机。当发动机处于全速运转时，该系统也无法提供螺旋桨速度的灵活性。此外，也没有提供用于将螺旋桨速度提高来超过电动机和发动机向螺旋桨提供最大动力的速度的装置。
发明内容
本发明提供了一种用于提供动力输出的推进系统；所述推进系统包括：配置成提供动力输出的传动装置；至少一个第一能量转换机器；至少一个可操作来选择性地驱动传动装置和/或至少一个第一能量转换机器的动力单元；至少一个可操作来选择性地驱动传动装置或由传动装置驱动的第二能量转换机器；以及用于在第一能量转换机器与第二能量转换机器之间传递动力的动力传递装置。
本发明还提供了一种操作推进系统的方法，所述推进系统包括：配置成提供动力输出的传动装置；至少一个第一能量转换机器；至少一个可操作来选择性地驱动传动装置和/或至少一个第一能量转换机器的动力单元；至少一个可操作来选择性地驱动传动装置或由传动装置驱动的第二能量转换机器；以及用于在第一能量转换机器与第二能量转换机器之间传递动力的动力传递装置；所述方法包括：连接动力单元以便驱动传动装置；或连接动力单元以驱动至少一个第一能量转换机器；或连接动力单元以驱动传动装置和至少一个第一能量转换机器。
本发明还提供了一种海洋船舶，其包括用于推进船舶的推进系统，所述推进系统包括：向动力单元输出轴提供旋转输出的动力单元；附接到动力单元输出轴的第一运动连接元件；以及向传动输出轴提供旋转输出的至少一个行星齿轮箱，所述传动输出轴连接到推进元件；其中，第一运动连接元件可操作地连接到至少一个行星齿轮箱。
本发明还提供了一种推进系统，其包括：第一动力单元和第二动力单元；配置成向传动轴传送动力的传动装置；至少一个第一能量转换机器；以及动力单元传动装置；其中，所述动力单元传动装置包括：多个可操作地将动力单元传动装置连接到第一动力单元和第二动力单元、传动装置和至少一个第一能量转换机器的传动轴；用于选择性地可操作地将第二动力单元连接到动力单元传动装置的第一转矩联接器；以及用于选择性地可操作地将传动装置连接到动力单元传动装置的第二转矩联接器。
仅仅通过示例的方式，推进系统的实施例现在参考附图描述，且如图所示。
附图说明
图1是现有技术船舶的侧视图；
图2是图1的船舶中所用的示例性传动装置布置的正视图；
图3是本发明的推进系统的示意图；
图4是本发明的传动装置的示意图；
图5是本发明包括多个行星齿轮箱的传动装置的示意图；
图6是本发明的另一个推进系统的示意图；
图7是本发明的另一个推进系统的示意图；
图8是示出了机械操作模式的图3的推进系统的示意图；
图9是示出了备用操作模式的图3的推进系统的示意图；
图10是示出了组合操作模式的图3的推进系统的示意图；
图11是示出了反向操作模式的图3的推进系统的示意图；以及
图12至图16是通过系统输出速度的顺次增加来说明图3的推进系统的操作的列线图。
具体实施方式
本发明一般涉及一种推进系统，其包括通过机械路径和/或通过备用路径(如液压或电气路径)可操作地连接到传动装置的至少一个动力单元。本发明还涉及一种推进系统，其中，动力单元驱动行星齿轮箱或为行星齿轮箱提供动力。本发明还涉及一种推进系统，其包括两个动力单元和动力单元传动装置，该动力单元传动装置适合于通过机械路径和/或通过备用路径分配两个动力单元的动力输出。该推进系统尤其适用于海洋船舶。
在以下说明中，术语“可操作地连接“是指一个部件例如通过使用联接装置来驱动另一个部件。该联接装置可包括啮合齿轮、连接轴、变矩器、离合器、传动装置和任何其它适合用于传送动力的装置。
以下示例性的实施例特别涉及推进系统在海洋船舶(诸如船)中的使用。然而，该推进系统可用在任何其他形式的作业机械中，诸如陆地交通工具。
图3示出了一种示例性推进系统25，其包括动力单元26、第一能量转换机器27、第二能量转换机器28和传动装置29。动力单元26可以是任何合适的类型，例如内燃机或燃气涡轮机。动力单元26能够在一定速度范围内提供可变的动力输出。例如，动力单元26可以是柴油发动机。可提供多个动力单元26并且可按如下所述可操作地将其并联连接。
动力单元26可操作地连接到第一能量转换机器27和传动装置29。这种可操作的连接使得动力可沿动力单元26、第一能量转换机器27和传动装置29之间的任何方向传送。这种可操作的连接可以是如图所示的机械连接。动力单元26可包括可旋转的动力单元输出轴30。
动力单元输出轴30可经互锁齿轮可操作地连接到第一能量转换机器27和传动装置29。第一齿轮31可以安装在动力单元输出轴30上。第一齿轮31可与第二齿轮32彼此互锁(啮合)，所述第二齿轮32安装在为传动装置29提供输入或从传动装置29提供输出的轴(未示出)上。第三齿轮33可以安装在动力单元输出轴30上。第三齿轮33可与第四齿轮34彼此互锁，所述第四齿轮安装在为第一能量转换机器27提供输入或从第一能量转换机器27提供输出的第一机器轴35上。可替代地，第二齿轮和第四齿轮32、34可与安装在动力单元输出轴30上的单个齿轮互锁。
可替代地，可以提供任何合适的运动连接元件来代替第一齿轮31、第二齿轮32、第三齿轮33以及第四齿轮34，以将动力单元输出轴30可操作地连接到传动装置29和/或第一能量转换机器27。例如，运动连接元件可以包括传动带、链条和/或齿轮。
可替代地，动力单元26可包括一个或多个动力输出。动力单元26可经第一输出轴可操作地连接到第一能量转换机器27并且经第二输出轴可操作地连接到传动装置29。第一输出可包括主驱动输出轴。第二输出可包括辅助动力输出轴。
也可提供传动装置联接器36以使得动力单元26能够选择性地可操作地连接到第一能量转换机器27和/或传动装置29。如图1所示，传动装置联接器36可包括位于第一齿轮31与第三齿轮33之间的动力单元输出轴30中的离合器。也可以在动力单元输出轴30中提供其他联接器，例如在动力单元26与第三齿轮33之间。(多个)联接器可以是机械联接器或流体联接器并且可包括任何适用于选择性地传递转矩的装置。
第一能量转换机器27和第二能量转换机器28可包括任何适用于可逆地转换或传递能量的装置。具体而言，第一能量转换机器27和第二能量转换机器28可适用于将一种形式的能量(特别是机械能)转换成另一种形式的能量(特别是电能或流体能量)，反之亦然。例如，第一转换机器27和第二能量转换机器28可以是可逆液压机(例如泵或电动机)或可逆电机(例如，电动机或发电机)。可替代地，第一能量转换机器27和第二能量转换机器28可包括能够传递机械能的可逆机械化机器。可提供多个第一和第二能量转换机器中的每一个并且可将其按照如下所述并联连接。
第一能量转换机器27和第二能量转换机器28可操作地相互连接以使得彼此能够相互供应或接收动力。这种可操作连接可由动力传递装置37提供。动力传递装置37也可使得能够对第一能量转换机器27与第二能量转换机器28之间传递的动力进行控制。例如，可以控制动力传递，从而使得第一能量转换机器27的输入速度可以不同于第二能量转换机器28的输出速度。
第一能量转换机器27和第二能量转换机器28以及动力传递装置37可一起形成变速器。具体而言，变速器可实现输入与输出比的无级变化。变速器可以是双向的，从而使得动力输入可到达第一能量转换机器27并且动力输出可来自第二能量转换机器28，反之亦然。
第一能量转换机器27和第二能量转换机器28可包括可逆液压机，例如可变排量液压机等。可逆液压机将来自旋转轴的机械能转换成流体能量，反之亦然。可替代地，第一能量转换机器27和第二能量转换机器28各自可以包括平行布置的液压泵和液压马达，从而使得其可各自独立发挥作用。动力传递装置37可以包括液压系统，该液压系统用于在第一可逆液压机与第二可逆液压机之间传递液压流体，并由此传递能量或动力。液压系统可包括本领域已知的任何合适的装置，例如包括软管、泵、发动机、阀、储存器、过滤器、蓄能器、密封件、连接件、充电泵、充电电路和/或类似物。以下公开了液压系统的示例性装置。
可替代地，第一能量转换机器27和第二能量转换机器28可以是可逆式电机，例如可逆式电动机或发电机等。可逆式电机将来自旋转轴的机械能转换成电能，反之亦然。可逆式电机可以是直流式或交流式并且可以为任何合适的类型，例如异步电动机、同步电动机、开关磁阻电动机和变频感应电动机。
动力传递装置37可以包括电气系统，该电气系统用于在第一可逆式电机与第二可逆式电机之间传递电流，并由此传递能量和动力。电气系统可以是本领域中已知的任何合适的装置，例如包括逆变器、整流器、电缆、隔离器、蓄电池、动力控制电子器件等。动力传递装置可以向客舱载荷、操作者生活区、作业工具和/或等等提供动力。电气系统的示例性布置在下文中公开。
传动装置29从动力单元26和/或第二能量转换机器28接收动力并且可向传动装置输出38供应动力。如图所示，传动装置输出38可以包括或可操作地连接到传动装置输出轴39，其中推进元件40可以附接于传动装置输出轴39。推进元件40可以包括一个或多个螺旋桨、推进器、轮子和其他移动车辆的形式。因此，传动装置29可以具有至少三个输入和/或输出轴。传动装置29可提供任何路径的动力传递，例如，来自动力单元26的动力可引导至第二能量转换机器28和传动装置输出38。
传动装置29可以为本领域已知的任何合适的类型，例如，行星、自动、无级变速等。如图3和图4所示，传动装置29可以是行星系统，该行星系统包括多个在同一个平面上传递动力的可旋转齿轮。如下所述，传动装置可以包括多个串联布置的行星齿轮箱。
具体来说，传动装置29可以包括被环形齿轮42围绕的太阳齿轮41。环形齿轮42可以包括围绕环形盘的内边缘的向内齿。多个行星齿轮43可以位于太阳齿轮41与环形齿轮42之间并与它们互锁。多个行星齿轮43可以围绕它们的轴附接于托架44。可设置传动装置锁45(例如，以离合器的形式)以防止托架44旋转。可替代地，太阳齿轮41、多个行星齿轮43、托架44和环形齿轮42中的任意两者可通过传动装置锁45锁定在一起。
第二能量转换机器28可操作地连接到太阳齿轮41，例如，通过第二机器轴46。在太阳齿轮41与第二能量转换机器28之间，在第二机器轴46中可以设置第二机器联接器(未示出)，例如，离合器或变矩器。第二机器联接器可以使得太阳齿轮41与第二能量转换机器28之间的可操作连接断开。可替代地，这种可操作连接可通过切换第二能量转换机器28而断开，从而使得没有动力从动力传递装置传递到太阳齿轮41，反之亦然。例如，如果第二能量转换机器28是可变排量液压马达，那么，容纳于其内的旋转斜盘可旋转来使得没有动力传递。
托架44可以可操作地通过动力单元输出轴30、传动装置联接器36、第一齿轮31和第二齿轮32连接到动力单元26。托架44可与第二齿轮32呈副轴布置。传动装置29可具有齿轮箱宽度47，该齿轮箱宽度47可以是行星齿轮箱的宽度。
环形齿轮42可提供传动装置输出38，该传动装置输出38可操作地连接到传动装置输出轴39。特别地，外齿轮可设置在环形齿轮42的外边缘并且外齿轮可与附接至传动装置输出轴39的另一齿轮互锁。
传动装置29可以包括多个串联布置的行星齿轮箱。如图5所示，第一行星齿轮箱48、第二行星齿轮箱49和第三行星齿轮箱50可串联布置。第二行星齿轮箱49以与本文如前所述的行星系统类似的方式布置。第一行星齿轮箱48和第三行星齿轮箱50布置在第二行星齿轮箱49的任一侧，以便使第二机器轴46到传动装置输出轴39的齿轮比减小或增大。
第一行星齿轮箱48、第二行星齿轮箱49和第三行星齿轮箱50的每一个都可以包括太阳齿轮51，52，53、托架(未示出)、多个行星齿轮54，55，56以及环形齿轮57，58，59。第一行星齿轮箱48和第三行星齿轮箱50的环形齿轮57和环形齿轮59可固定来使得它们不能进行旋转。第二行星齿轮箱49的环形齿轮58可旋转。
第二机器联接器60可设置在第二机器轴46中，第二机器轴46可操作地连接到第一行星齿轮箱48的太阳齿轮51。第一行星齿轮箱48的托架可操作地连接到第二行星齿轮箱49的太阳齿轮52，例如，通过轴61。第二行星齿轮箱49的托架通过第一齿轮19和第二齿轮20以及动力单元输出轴30可操作地连接到动力单元26。可以设置传动装置锁62，以选择性地防止第二行星齿轮箱49的托架旋转。第二行星齿轮箱49的环形齿轮58可以可操作地连接到第三行星齿轮箱50的太阳齿轮53，例如，通过轴63。第三行星齿轮箱50的托架可以可操作地连接到传动装置输出轴39。
可设置多个动力单元26并且将其可操作地并联连接。图6示出了本发明的推进系统64，其包括第一动力单元65和第二动力单元66、第一可逆液压机67和第二可逆液压机68以及向电气系统70提供动力的发电机69。电气系统70可向作业工具、推进器、客舱载荷等提供动力。传动装置29与图5中所示的相同，并且相同的附图标号示于图6中。
在图6中，动力传递装置37包括液压管路71，72，其从第一可逆液压机67向第二可逆液压机68传递流体并且由此传递能量，反之亦然。动力传递装置37可以包括其他液压组件，例如储存器和充电泵。
动力单元65、66可以可操作来通过动力单元传动装置73为传动装置29、第一可逆液压机67和发电机69提供动力。动力单元传动装置73可以包括第一传动轴74、第二传动轴75、第三传动轴76、第四传动轴77和第五传动轴78、第一转矩联接器79和第二转矩联接器80以及第一传动齿轮81、第二传动齿轮82、第三传动齿轮83、第四传动齿轮84和第五传动齿轮85。
第一传动轴74可以可操作地连接到第一动力单元65和第一转矩联接器79。第一转矩联接器79可以可操作地连接到第四传动轴77，在其上可安装第一传动齿轮81和第四传动齿轮84。第四传动轴77可以可操作地连接到第一可逆液压机67。第一传动齿轮81可以与第二传动齿轮82互锁，第二传动齿轮82可以安装在第二传动轴75上。第二传动轴75可以可操作地连接到发电机69。第二传动齿轮82还可与第三传动齿轮83互锁，第三传动齿轮83可以安装在第三传动轴76上。第三传动轴76可以可操作地连接到第二动力单元66和第二转矩联接器80。第二转矩联接器80可以可操作地连接到第五传动轴78，在其上可安装第一齿轮31。第五传动齿轮85可安装在第三传动轴76上或者第二转矩联接器80的第三传动轴76侧，并且可以与第四传动齿轮84互锁。
第一转矩联接器79可以选择性地将第一传动轴74与第四传动轴77接合。第二转矩联接器80可以选择性地将第三传动轴76与第五传动轴78接合。第一转矩联接器79和第二转矩联接器80可以为用于选择性地传递转矩的任何合适设备，例如，离合器或变矩器。第一转矩联接器79可以使得动力单元65选择性地与动力单元传动装置73接合。第二转矩联接器80可以使得第五传动轴78选择性地与动力单元传动装置73的其余部分接合。第二转矩联接器80可以沿着与如本文之前所述的传动装置联接器36相似的线路运行。
图7示出了本发明的推进系统86，其大致类似于图6中的推进系统64。在推进系统86中，第二传动轴75可以可操作地连接到第一能量转换机器27，第一能量转换机器27可以包括彼此串联连接的第一可逆电机87和第二可逆电机88。第二机器轴46可以可操作地连接到第二能量转换机器28，第二能量转换机器28可以包括第三可逆电机89和第四可逆电机90。特别地，第四可逆电机90可以直接连接到第二机器轴46。第三可逆电机89可以提供输出至齿轮91，齿轮91与安装在第二机器轴46上的另一齿轮92互锁。第一可逆电机87、第二可逆电机88、第三可逆电机89和第四可逆电机90可以选择性地可操作地连接到第二机器轴46或第二传动轴75。
动力传递装置37可包括第一导体93，其用于在第一逆变器/整流器94与第一可逆电机87和第二可逆电机88之间传递变频交流电流。第二导体95可设置来用于在第二逆变器/整流器96与第三可逆电机89和第四可逆电机90之间传递变频交流电流。第一逆变器/整流器94和第二逆变器/整流器96可与主直流总线97交换动力。主直流总线97还可提供动力至逆变器/隔离器98，以提供固定频率的交流电流至电气推进系统99中。电气推进系统99可包括客舱载荷、推进器、蓄电电池、作业工具和/或类似物。第二推进系统86还可送入/出主直流总线97。
推进系统25、64、86可包括任意数量的动力单元26、65、66，所述动力单元中的每一个可以选择性地可操作地连接到传动装置29和/或第一能量转换机器27。
工业实用性
推进系统25可具有至少四种操作模式。参照图3的推进系统25在下文中对这些模式进行描述，但是，这些模式也可用在图6和图7的推进系统64、86中。
机械模式
如图8所示，在机械模式100中，采用用于将动力从动力单元26传递到传动装置输出轴39的机械路径。传动装置联接器36可接合来使得通过动力单元输出轴30将动力从动力单元26传递到传动装置29。传动装置29不从第二能量转换机器28接收动力。然而，在机械模式100中，动力可从动力单元26传递到第一能量转换机器27，以便向动力传递装置37提供动力。该动力可以传递到客舱载荷、操作者生活区、作业工具和/或类似物。
特别地，旋转的动力单元输出轴30可旋转第一齿轮31且因此旋转第二齿轮32。旋转的第二齿轮32可以旋转托架44。可以将传动装置锁45分离，以使得托架44旋转。随着托架44旋转，多个行星齿轮43也可旋转且因此使环形齿轮42旋转。旋转的环形齿轮42因而将动力传递至传动装置输出轴39。太阳齿轮41也可旋转，但是，动力可能不会传递至第二能量转换机器28。这可能例如是由于第二机器轴46中的第二机器联接器发生了分离。
备用动力模式
如图9所示，在备用动力模式101中，采用用于将动力从动力单元26传递到传动装置输出轴39的备用路径。传动装置联接器36保持分离状态，使得传动装置29不会接收以机械方式来自动力单元26的动力。动力单元26可将动力供应到第一能量转换机器27，其作为起到动力发生器(即液压泵或发电机)的作用。动力传递装置37可将动力传递到第二能量转换机器28(其起到电动机(即液压电动机或电机)的作用)以及传动装置29。传动装置29然后可将动力传递到传动装置输出38和推进元件40上。特别地，传动装置锁45可接合来防止托架44旋转。因此，通过旋转行星齿轮43，可将动力从旋转第二机器轴46和太阳齿轮41传递到环形齿轮42。环形齿轮42也可旋转，从而将动力传递到传动输出轴39。
组合动力模式
如图10所示，在组合动力模式102中，动力可通过上述机械路径和备用路径的组合从动力单元26供应到传动装置输出轴39。可将传动装置联接器36接合，而传动装置锁45可分离。特别地，动力可依次通过第三齿轮33、第四齿轮34、第一机器轴35、第一能量转换机器27、动力传递装置37、第二能量转换机器28、第二机器轴46、太阳齿轮41和多个行星齿轮42传递到环形齿轮42。动力也可依次通过动力单元输出轴30、接合的传动装置联接器36、第一齿轮31、第二齿轮32、托架44和多个行星齿轮43传递到环形齿轮42。环形齿轮42可将组合动力从两条路径传递到传动装置输出轴39。
反向动力模式
如图11所示，在反向动力模式103中，动力可通过如本文先前所述的机械路径传递到传动装置输出轴39。当多个行星齿轮43旋转时，它们也可旋转太阳齿轮41和第二机器轴46。第二能量转换机器28可起到动力发生器的作用，从而向动力传递装置37提供动力。动力传递装置37可向第一能量转换机器27提供动力，从而旋转第一机器轴35。第一能量转换机器27因此可向动力单元输出轴30提供补充动力。可将动力单元26的动力输出减少与第一能量转换机器27所提供的补充动力相同的值。因此，动力单元输出轴30可保持与动力单元26的减少的输出相同的旋转动力。可替代地，动力传递装置37可将动力引导至动力传递装置37的各部件。例如，当动力传递装置37为电气系统时，电力可提供到电池或类似物。
不同模式的实施
图12至图16是示出了系统输出速度104增加时推进系统25的操作的列线图。系统输出速度轴线105可表示传动装置输出轴39的旋转速度并且示出为动力单元输出轴30的旋转输出速度的百分比。第二能量转换机器速度轴线106可表示第二能量转换机器28的输入/输出的旋转速度，其中，100％为在一个旋转方向上的全速，而-100％为在相反旋转方向上的全速。
第二能量转换机器速度107可表示第二能量转换机器28、第二机器轴46和太阳齿轮41的实际旋转速度(假设每个之间的速度比为1∶1)。动力单元输出速度108可表示托架44、动力单元输出轴30和动力单元26的旋转速度(假设第一齿轮19和第二齿轮20之间的速度比为1∶1)。系统输出速度104可表示环形齿轮42和传动装置输出轴39的旋转速度(假设两者之间的速度比为1∶1)。示出了第二能量转换机器速度107、动力单元输出速度108和系统输出速度104的线之间的水平距离可表示太阳齿轮42、托架44和环形齿轮42之间的齿轮比。
图12示出了当第二能量转换机器速度107、动力单元输出速度108和系统输出速度104为零时(例如当推进系统25未运行时)的推进系统25。
通过使用备用动力模式101，系统输出速度104可从零增加。备用动力模式101可通过接合传动装置锁45且分离传动装置联接器36而被使用。在备用动力模式101中，增加动力单元输出速度108(即，增加动力单元26的动力输出)，直到达到最大动力单元输出速度109，以此来增加系统输出速度104。第一能量转换机器27可通过动力传递装置37将动力传递到第二能量转换机器28。第二能量转换机器28可驱动传动装置29，而传动装置29驱动传动装置输出轴39且由此提供系统输出速度104。
图13示出了在最大动力单元输出速度109下运行的推进系统25，最大动力单元输出速度109可为动力单元26的动力输出处于最大值时的速度。此时，第二机器速度107也可处于最大值。
图14示出了系统输出速度104的进一步增加，这可通过使用反向动力模式103且同时保持最大动力单元输出速度109而实现。反向动力模式103可通过解锁传动装置锁45且接合传动装置联接器36而被使用。动力可从第二能量转换机器28传递到第一能量转换机器27。通过将来自第一能量转换机器27的动力提供到动力单元输出轴30且同时减少动力单元26的动力输出，可以维持最大动力单元输出速度109。
为了进一步增加系统输出速度104，可以降低第二机器速度107。因此，增加的动力可传递到环形齿轮42且由此系统输出速度104也增加。
图15示出了第二机器速度107到达零值的点。推进系统25仅可保持在机械模式100下。动力单元26可设计成此时在峰值效率下运行，并且此时的系统输出速度104可为巡航速度110。
为了将系统输出速度104进一步增加来超过巡航速度110，可使用组合动力模式102。如图16所示，系统输出速度104可通过增加相反方向上的第二机器速度107而增加。
尽管上文所述的用于增加系统输出速度104的操作方法可能是优选的，但也可使用上文所述模式的任何其他合适的组合。为了降低系统输出速度104，以上公开的操作方法的相反方法可接着进行。可替代地，可使用上文所述模式的任何其他合适的组合来降低系统输出速度104。
参照包括多个动力单元26、65、66的推进系统，可依次使用每个动力单元26、65、66，以增加系统输出速度104。
参照图6中所示的推进系统64，动力可在本文先前所述的不同模式100、101、102、103下以不同方式从第一动力单元65和第二动力单元66传递。可将第一转矩联接器79分离，而第二转矩联接器80可接合，从而使得动力仅从第二动力单元66传递到第一可逆液压机67和传动装置29。可将第一转矩联接器79和第二转矩联接器80接合，从而使得动力从第一动力单元65和第二动力单元66传递到第一可逆液压机67和传动装置29。动力可持续地从第一动力单元65和/或第二动力单元66提供到发电机69，以便向电气系统70供应动力。
使用多个动力单元65、66使得能使用更低的额定动力单元65、66。此外，使用多个动力单元65、66使得用于机械模式100下的不同巡航速度110的至少两个效率水平变得可能。例如，第一巡航速度可设定在第二动力单元66的输出的最优效率下，且第二巡航速度可设定在第一动力单元65和第二动力单元66的组合输出的最优效率下。
参照图7中所示的推进系统86，就向第一能量转换机器27和第二能量转换机器28供应动力或由其供应动力而言，可以实现增强的灵活性。
推进系统25、64、86使得动力单元26、65、66可以选择来让它们的最优发动机输出处于巡航速度下。可替代地，最优发动机输出可设定为维持高于80％的载荷因子，该载荷因子仍可相对有效。使用多个动力单元26、65、66可增强灵活性，这是因为它们提供了多个发生高效运行的巡航速度110。此外，通过使用多个动力单元26、65、66，可减小动力单元尺寸，从而可能改善重量分布并降低成本。
多个推进系统25、64、86也可设置来使得多个推进元件40提供推力。推进系统25、64、86的每一个可通过动力传递装置37彼此连接。因此，动力可在一个推进系统25、64、86中产生并传递到另一个推进系统25、64、86。
由于动力传递装置37可包括用于单独运行第二能量转换机器28的蓄电池，因此，可以改善冗佘性。相较于纯粹的电气驱动系统，安全性和电力损失可能会降低，这是因为动力可通过更有效的机械路径传递。
此外，推进系统25、64、86的效率和灵活性的联合改善可允许使用定距螺旋桨，同时还保持与变距螺旋桨所获得的灵活性和效率相同的灵活性和效率。因此，也可使用护罩来进一步改善效率。
通过简单地调整动力单元26、65、66的尺寸和/或数量，推进系统25、64、86也可容易地缩放至大型的和更小型的作业机器。例如，这种推进系统25、64、86可在拖船或大型油轮中实施。
此外，一个或多个用于传动装置29的行星齿轮箱的使用使得包含这种推进系统25、64、86的轮船能够具有更小的龙骨宽度，该宽度在先前已知的轮船用传动装置中是可能的。如图4中所示，传动装置29可具有齿轮箱宽度47。在传动装置29为行星齿轮箱的情形下，当达到相同的齿轮比时，齿轮箱宽度47可以比本文先前所公开的输出齿轮直径23相对要小。这可能是由于行星齿轮箱的紧凑特性，即使是采用了较大的齿轮比。因此，通过在轮船中使用行星齿轮箱，可减小龙骨宽度。

Claims (38)

1.一种用于提供动力输出的推进系统，所述推进系统包括：
配置成提供所述动力输出的传动装置；
至少一个第一能量转换机器；
可操作来选择性地驱动所述传动装置和/或所述至少一个第一能量转换机器的至少一个动力单元；
可操作来选择性地驱动所述传动装置或由所述传动装置驱动的至少一个第二能量转换机器；以及
用于在所述第一能量转换机器与所述第二能量转换机器之间传递动力的动力传递装置。
2.如权利要求1所述的推进系统，其中，所述至少一个第一能量转换机器和所述至少一个第二能量转换机器为可逆液压机或电机。
3.如权利要求2所述的推进系统，其中，所述动力传递装置为液压的或电气的。
4.如前述权利要求中任一项所述的推进系统，其中，所述至少一个动力单元可操作来通过至少一个驱动轴、至少一个传动装置联接器和至少一个运动连接元件选择性地驱动所述传动装置。
5.如前述权利要求中任一项所述的推进系统，其中，所述至少一个动力单元可操作来通过至少一个驱动轴和至少一个运动连接元件选择性地驱动所述至少一个第一能量转换机器。
6.如权利要求4和权利要求5所述的推进系统，其中，所述运动连接元件为齿轮，且所述推进系统包括：
安装在动力单元输出轴上的第一齿轮和第三齿轮；
与所述第一齿轮互连且向所述传动装置提供可旋转输入的第二齿轮；
安装在第一机器轴上且与所述第三齿轮互连的第四齿轮，所述第一机器轴向/从所述至少一个第一能量转换机器输入或输出。
7.如前述权利要求中任一项所述的推进系统，其中，所述传动装置包括至少一个行星齿轮箱。
8.如权利要求7所述的推进系统，其中，所述至少一个行星齿轮箱包括太阳齿轮、附接到托架的多个行星齿轮以及可旋转环形齿轮。
9.如权利要求8所述的推进系统，其中，所述太阳齿轮可旋转地连接到所述至少一个第二能量转换机器，所述环形齿轮可旋转地连接以提供所述动力输出，并且所述托架可操作地连接到所述至少一个动力单元。
10.如权利要求6和权利要求9所述的推进系统，其中，所述托架可旋转地连接到所述第二齿轮。
11.如权利要求9或权利要求10所述的推进系统，其中，所述动力输出由可旋转传动装置输出轴提供且所述环形齿轮可旋转地连接到所述传动装置输出轴。
12.一种作业机器，其包括如权利要求1至11中任一项所述的至少一个推进系统。
13.一种海洋船舶，其包括如权利要求1至11中任一项所述的至少一个推进系统。
14.一种操作推进系统的方法，所述推进系统包括：
配置成提供所述动力输出的传动装置；
至少一个第一能量转换机器；
可操作来选择性地驱动所述传动装置和/或所述至少一个第一能量转换机器的至少一个动力单元；
可操作来选择性地驱动所述传动装置或由所述传动装置驱动的至少一个第二能量转换机器；以及
用于在所述第一能量转换机器与所述第二能量转换机器之间传递动力的动力传递装置；
所述方法包括：
连接所述动力单元以驱动所述传动装置；或
连接所述动力单元以驱动所述至少一个第一能量转换机器；或
连接所述动力单元以驱动所述传动装置和所述至少一个第一能量转换机器；
15.如权利要求14所述的方法，其包括第一模式，其中，动力通过至少一个轴、至少一个运动连接元件和至少一个传动装置联接器传递到所述传动装置。
16.如权利要求14或权利要求15所述的方法，其包括第二模式，其中，动力通过至少一个轴和至少一个运动连接元件传递到所述至少一个第一能量转换机器，所述动力通过所述动力传递装置和所述第二能量转换机器从所述至少一个第一能量转换机器传递到所述传动装置。
17.如权利要求15和权利要求16所述的方法，其包括第三模式，其中，动力在所述第一模式和所述第二模式下同时传递。
18.如权利要求15至权利要求17所述的方法，其包括第四模式，其中，动力在所述第一模式下传递到所述传动装置，同时动力从所述传动装置传递到所述第二能量转换机器。
19.一种海洋船舶，其包括用于向轮船提供推进的推进系统，所述推进系统包括：
向动力单元输出轴提供旋转输出的动力单元；
附接到所述动力单元输出轴的第一运动连接元件；以及
向传动装置输出轴提供旋转输出的至少一个行星齿轮箱，所述传动装置输出轴连接到推进元件；
其中，所述第一运动连接元件可操作地连接到所述至少一个行星齿轮箱。
20.如权利要求19所述的海洋船舶，其中，所述船舶包括龙骨，且所述至少一个行星齿轮箱基本上位于所述龙骨内。
21.如权利要求19或权利要求20所述的海洋船舶，其还包括与所述第一运动连接元件互锁的第二运动连接元件，所述第一运动连接元件通过所述第二运动连接元件可操作地连接到所述至少一个行星齿轮箱。
22.如权利要求19至21中任一项所述的海洋船舶，其包括多个串联布置的行星齿轮箱。
23.如权利要求19至22中任一项所述的海洋船舶，其中，所述推进系统包括可操作地连接到至少一个第二能量转换机器的至少一个第一能量转换机器，所述动力单元向所述至少一个第一能量转换机器提供动力，且所述至少一个第二能量转换机器可操作地连接到所述至少一个行星齿轮箱。
24.一种推进系统，其包括：
第一动力单元和第二动力单元；
配置成向传动轴传递动力的传动装置；
至少一个第一能量转换机器；以及
动力单元传动装置；
其中，所述动力单元传动装置包括：
多个传动轴，其可操作地将所述动力单元传动装置连接到所述第一动力单元和所述第二动力单元、所述传动装置和所述至少一个第一能量转换机器；
第一转矩联接器，其用于选择性地可操作地将所述第二动力单元连接到所述动力单元传动装置；以及
第二转矩联接器，其用于选择性地可操作地将所述传动装置连接到所述动力单元传动装置。
25.如权利要求24所述的推进系统，其中，所述多个传动轴中的一个配置成将所述动力单元传动装置连接到至少一个发电机。
26.如权利要求24或权利要求25所述的推进系统，其还包括可操作来驱动所述传动装置的至少一个第二能量转换机器；以及
用于在所述第一能量转换机器与所述第二能量转换机器之间传递动力的动力传递装置。
27.如权利要求24至26中任一项所述的推进系统，其中，所述至少一个第一能量转换机器是可逆液压机或电机。
28.如权利要求26或者权利要求27所述的推进系统，其中，所述至少一个第二能量转换机器是可逆液压机或者电机。
29.如权利要求26至28中任一项所述的推进系统，其中，所述动力传递装置是液压的或电气的。
30.如权利要求24至29中任一项所述的推进系统，其中，所述第一动力单元和所述第二动力单元可操作来通过所述动力单元传动装置选择性地驱动所述传动装置和/或所述至少一个第一能量转换机器。
31.如权利要求24至30中任一项所述的推进系统，包括：
安装在所述多个传动轴的一个上的第一运动连接元件；
与所述第一运动连接元件互连且向所述传动装置提供可旋转输入的第二运动连接元件。
32.如权利要求24至31中任一项所述的推进系统，其中，所述传动装置包括至少一个行星齿轮箱。
33.如权利要求32所述的推进系统，其中，所述至少一个行星齿轮箱包括太阳齿轮，附接到托架的多个行星齿轮以及可旋转环形齿轮。
34.如权利要求33所述的推进系统，其中，所述太阳齿轮可旋转地连接到所述至少一个第二能量转换机器，所述环形齿轮可旋转地连接以提供所述动力输出，并且所述托架可操作地连接到所述动力单元传动装置。
35.如权利要求31和权利要求34所述的推进系统，其中，所述托架可旋转地连接到所述第二运动连接元件。
36.如权利要求34或权利要求35所述的推进系统，其中，所述动力输出由可旋转传动装置输出轴提供且所述环形齿轮可旋转地连接到所述传动装置输出轴。
37.一种作业机器，其包括如权利要求24至36中任一项所述的推进系统。
38.一种海洋船舶，其包括如权利要求24至36中任一项所述的至少一个推进系统。
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