CN106542072A - 一种船舶柴油机推进动力模块 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种船舶柴油机推进动力模块，其中该动力模块包括：船舶柴油机；齿轮箱。其中该齿轮箱为一进两出型式的齿轮箱。本发明具备开展船舶柴油机推进动力模块的多项试验的能力，包括进行船舶柴油机推进动力模块中的柴油机、传动设备、轴带电机、控制策略等方面的试验研究和验证，可以提高同系列或同功率级别的船舶柴油机推进动力模块在实船应用中的通用性、可更换性、安装便利性、可靠性等。

Description

一种船舶柴油机推进动力模块

技术领域

本发明涉及船舶推进装置，具体地，涉及一种船舶柴油机推进动力模块。

背景技术

已知的，船舶柴油机推进动力模块主要由单个或多个柴油机、齿轮箱、联轴器、轴带电机等设备组成。随着社会的发展进步，对船舶柴油机推进动力模块提出了更高的技术要求：既要满足船舶推进动力的需要，又需要与桨、轴等外围设备进行匹配。

现有的技术状况大多集中在常规船舶推进的动力模块型式。一些新型的动力模块型式集中在柴电混合、多机并车、异机并车等型式方面，并不能满足当前船舶对柴油机推进动力模块集成设计进行技术研究和试验验证的需求。

因此，有必要提出一种船舶柴油机推进动力模块，从而解决上述现有技术中的不足。

发明内容

在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

为了解决上述现有技术中的诸多不足中的至少一者，本发明公开了一种船舶柴油机推进动力模块，其中，该动力模块包括：船舶柴油机；齿轮箱，该齿轮箱包括：动力输入端，所述动力输入端通过第一传动连接件连接到所述船舶柴油机；输入轴，所述输入轴通过液力偶合器连接到所述输入端，所述输入轴沿轴向方向设置有第一齿轮；输出轴，所述输出轴的一端通过第二齿轮啮合地连接到所述输入轴的第一齿轮以接收所述输入轴所传递的转矩，所述输出轴的另一端设置有所述齿轮箱的第一输出端，所述第一输出端通过第二传动连接件连接到负载装置；输出/输入轴，所述输出/输入轴的一端通过调速离合器和第二齿轮啮合连接到所述输入轴的第一齿轮，所述输出/输入轴的另一端设置有所述齿轮箱的第二输出端，所述第二输出端通过第三传动连接件连接到轴带电机。

根据本发明中的船舶柴油机推进动力模块，与现有技术相比，具备开展船舶柴油机推进动力模块的多项试验的能力，包括进行船舶柴油机推进动力模块中的柴油机、传动设备、轴带电机、控制策略等方面的试验研究和验证，可以提高同系列或同功率级别的船舶柴油机推进动力模块在实船应用中的通用性、可更换性、安装便利性、可靠性等。

优选地，所述第二齿轮的外周与所述第一齿轮啮合，所述调速离合器为集成安装在所述第二齿轮内部的液粘调速离合器。

根据优选的船舶柴油机推进动力模块，与现有技术相比，通过对液粘调速离合器的使用可以使柴油机在恒速和一定变速范围内实现轴带电机的恒速发电。在将该液粘调速离合器作为功率分配器使用后，可将主推进柴油机部分功率分配给轴带电机发电。

优选地，所述第一传动连接件包括：联轴器，所述联轴器构造为用于对传动轴系扭转振动进行调频调幅；弹性传动轴，所述弹性传动轴连接到所述联轴器并构造成对传动运转时产生的各向位移进行补偿。

根据优选的船舶柴油机推进动力模块，与现有技术相比，能够满足推进动力模块在运行过程中的各向位移补偿需求。

优选地，所述第二传动连接件为低速大转矩的弹性联轴器。

根据优选的船舶柴油机推进动力模块，与现有技术相比，能够满足齿轮箱带动诸如螺旋桨装置的负载装置运转的扭矩和转速需要。

优选地，所述第三传动连接件为膜片联轴器。

根据优选的船舶柴油机推进动力模块，与现有技术相比，能够利用膜片的弹性变形来补充轴系间的相对位移。

优选地，所述负载装置为螺旋桨装置或者螺旋桨模拟装置。进一步优选地，所述螺旋桨模拟装置为直流发电机测功器。

根据优选的船舶柴油机推进动力模块，与现有技术相比，通过将负载装置设计为直流发电机测功器，能够模拟螺旋桨特性、兼顾调距桨和定距桨的推进特性，进而能够进行螺旋桨推进、变螺距等工况下螺旋桨特性的模拟。

优选地，还包括监控装置，所述监控装置通过控制电缆连接到所述船舶柴油机、所述齿轮箱和所述负载装置。

根据优选的船舶柴油机推进动力模块，与现有技术相比，通过该监控装置监测负载装置和船舶柴油机的运行情况。

优选地，还包括控制屏组件，该控制屏组件包括轴带电机控制屏和负载装置控制屏，其中所述控制屏组件通过控制电缆连接到所述负载装置和所述轴带电机。

根据优选的船舶柴油机推进动力模块，与现有技术相比，可将工作信号通过控制屏组件进行外显。

附图说明

本发明实施例的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施方式及其描述，用来解释本发明的原理。在附图中，

图1为根据本发明的一个优选实施方式的船舶柴油机推进动力模块的示意图；

图2为图1中的船舶柴油机推进动力模块的齿轮箱的内部结构图；

图3为图1中的船舶柴油机推进动力模块的总体布置的俯视图。

附图标记说明：

1、船舶柴油机 2、齿轮箱 3、轴带电机

4、螺旋桨模拟装置 5、第一传动连接件 6、第二传动连接件

7、第三传动连接件 8、监控装置 9、控制屏组件

2.1、动力输入端 2.2、液力偶合器 2.31、第一输出端

2.32、第二输出端 2.41、输入轴 2.42、输出轴

2.43、输出/输入轴 2.51、第一齿轮 2.52、第二齿轮

2.53、第三齿轮 2.6、液粘调速离合器

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本发明实施例可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明实施例发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

为了彻底了解本发明实施例，将在下列的描述中提出详细的结构。显然，本发明实施例的施行并不限定于本领域的技术人员所熟习的特殊细节。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。

根据本发明的一个方面，提供一种船舶柴油机推进动力模块，如附图1-3所示，该船舶柴油机推进动力模块包括以下部分：

首先是船舶柴油机1。该船舶柴油机1经由第一传动连接件5连接到齿轮箱2上，从而通过齿轮箱2实现功率输出。优选地，该船舶柴油机1为四冲程的船舶高速柴油机，当然四冲程的船舶中速柴油机也能够应用于本发明。进一步，为了降低船舶柴油机推进动力模块在运行过程中的振动噪音，优选地将该高速柴油机1放置在具有隔振功能的安装底座上。

齿轮箱2，其中在附图2中示出了该齿轮箱2的内部结构。具体来说，根据本发明的齿轮箱2具有动力输入端2.1。该动力输入端2.1的一端连接到第一传动连接件5(未图示出)以接收高速柴油机1产生的扭矩，另一端则连接到设置在齿轮箱2壳体内部的液力偶合器2.2的输入端处。液力偶合器2.2可以是普通的液力偶合器，也可以是调速型的液力偶合器，只要是能够实现离合功能的液力偶合器均可以应用到本发明。进一步，为了降低齿轮箱2在运行过程中的振动噪音，优选地将该齿轮箱2放置在具有隔振功能的安装底座上。

如图2所示，该液力偶合器2.2的输出端连接到齿轮箱的输入轴2.41。在该输入轴2.41上固定设置有第一齿轮2.51。该第一齿轮2.51的外周分别啮合到第二齿轮2.52和第三齿轮2.53，从而能够将来自输入轴2.41的扭矩传递到第二齿轮2.52和第三齿轮2.53，以形成两条向外输出扭矩的路径。

具体来说，第二齿轮2.52固定地设置在输出轴2.42的一端。在该输出轴2.42的另一端设置有齿轮箱的第一输出端2.31，该第一输出端2.31连接到第二传动连接件6。即，来自输入轴2.41和第一齿轮2.51的扭矩和转速可以经由第二齿轮2.52和输出轴2.42传递到第一输出端2.31并向外输出到第二传动连接件6。

同时，第三齿轮2.53经由液粘调速离合器2.6连接到齿轮箱的输出轴/输入2.43的一端。优选地，第三齿轮2.53可以与液粘调速离合器2.6的输入端集成安装在一起，当然也可以通过使第三齿轮2.53固定连接到液粘调速离合器2.6的输入端的方式，使第三齿轮2.53和液粘调速离合器2.6一起做旋转运动。液粘调速离合器2.6的输出端则固定地连接到输出/输入轴2.43的一端以与该输出/输入轴2.43一起旋转。

根据本发明的液粘调速离合器2.6是用于使柴油机在恒速和一定变速范围内实现轴带电机的恒速发电。具体来说，液粘调速离合器2.6为沿输出/输入轴2.43的轴向方向上并列面向布置的摩擦片。在各个摩擦片之间填充有工作油。在工作过程中，该液粘调速离合器2.6依靠液体粘性和油膜剪切作用传递动力、转矩和调节转速，可具备在0～100％输入转速范围内无级调速的能力。本发明的液粘调速离合器2.6能长期带滑差工作，也可高效率无滑差运行。在本发明中通过调整液粘调速离合器2.6的接排/脱排能够将该调速离合器作为功率分配器使用，从而将主推进柴油机的部分功率分配给轴带电机发电。

在输出/输入轴2.43的另一端设置有齿轮箱2的第二输出端2.32，该第二输出端2.32连接到第三传动连接件7。即，来自输入轴2.41和第一齿轮2.51的扭矩和转速可以经由第三齿轮2.53、液粘调速离合器2.6以及输出/输入轴2.43传递到第二输出端2.32并向外输出到第三传动连接件7。

该船舶柴油机推进动力模块还包括负载装置。根据本发明，该负载装置可以为实船推进用的船用螺旋桨，也可以是用于模拟船用螺旋桨特性的螺旋桨模拟装置，本领域技术人员能够理解，只要是能够具有螺旋桨负载特性的装置均可以作为本发明中的负载装置。在图1所示的优选实施例中，该负载装置为螺旋桨模拟装置4。具体地，其可以是直流发电机测功器的螺旋桨模拟装置。该测功器优选采用复式励磁的直流电动机，利用外部励磁可以扩大测功机的转速调节范围，因此该螺旋桨模拟装置4能够模拟螺旋桨特性，兼顾调距桨和定距桨的推进特性，从而能够进行螺旋桨推进、变螺距等工况下螺旋桨特性的模拟。进一步优选地，螺旋桨模拟装置4具有四象限运行的特性，可以实现电力回馈到电网。

该螺旋桨模拟装置4通过第二传动连接件6连接到齿轮箱2的第一输出端2.31，从而可以接受来自齿轮箱2的转速和扭矩。该第二传动连接件6优选为低速大扭矩弹性联轴器，从而能够补偿轴系间的偏移并缓冲吸振，以满足起动频繁高速变载以及经常正反转的需要。该第二传动连接件6可以由定刚度的金属材料或者变刚度的金属材料制成。

如图1所示，还包括有轴带电机3，该轴带电机3具有包括PTO/PTI在内的多种运行模式。在本发明中，PTO(Power Take off)是指轴带电机3自船舶柴油机获取动力来发电并向船舶电网输出的模式，即发电机模式。PTI(Power Take In)是指轴带电机3用作电动机与柴油机并车推进,以增加推力,满足船舶加速、负荷大工况情形。另外，在本发明的船舶柴油机推进动力模块中，该轴带电机3还能够实现PTH(Power Take me Home)模式，即当柴油机故障或其他紧急情况时，由轴带电机3单独带动螺旋桨来进行推进。轴带电机的结构对于本领域技术人员是已知的，在此不再赘述。

该轴带电机3通过第三传动连接件7连接到齿轮箱的第二输出端2.32，从而可以接受来自齿轮箱2的转速和扭矩或者向齿轮箱2输出转速和扭矩。该第三传动连接件7优选为膜片联轴器，即由几组膜片(不锈钢薄板)用螺栓交错地与两半联轴器联接，每组膜片由数片叠集而成。从而能够依靠膜片的弹性变形来补偿所联两轴的相对位移。

如图1所示，还设置有监控装置8，该监控装置8可以是现场工业计算机或者PLC元件。该监控装置8通过控制电缆连接到齿轮箱2、螺旋桨模拟装置4和高速柴油机1以监测三者的运行情况。优选地，监控装置21为集中控制台，根据驱动电动机的转速、船机桨模型的运动情况计算出螺旋桨轴上的转矩并送给变流器。变流器控制发电机产生期望的转矩并把所发出的电能利用有源逆变的工作方式回馈到交流电网中。如果不需要电能回馈电网，可以另外利用电阻负载消耗。

进一步，还设置有控制屏组件9，该控制屏组件9包括有轴带电机控制屏和负载装置控制屏等。在控制屏组件9与轴带电机3和螺旋桨模拟装置4之间均设置有控制电缆，以将其工作信号通过控制屏组件9进行外显。

在附图3中示出了船舶柴油机推进动力模块的总体布置的俯视图。可以看出，本发明的推进动力模块安装在试验台架上。将高速柴油机1和轴带电机3、螺旋桨模拟装置4分别设置在齿轮箱2的两侧。通过第一传动连接件5连接齿轮箱2和高速柴油机1。通过第二传动件6和第三传动件7将齿轮箱2的两个输出端分别地连接到螺旋桨模拟装置4和轴带电机3。在离高速柴油机1等部件一定距离的位置平行地设置监控装置8和控制屏组件9，以便于试验人员进行操作和观测。

结合图1，介绍通过控制液力偶合器2.2和齿轮箱内液粘调速离合器2.6的接排/脱排，使本发明的船舶柴油机推进动力模块能够实现PTO、PTI等不同的传动方案。

方案一.高速柴油机1仅驱动螺旋桨模拟装置4，进行螺旋桨推进、变螺距等工况下螺旋桨特性的模拟。具体来说，使液力偶合器2.2充油，从而实现了高速柴油机1与齿轮箱2之间的传动连接以向齿轮箱2传递来自高速柴油机的转速和扭矩。与此同时，使液粘调速离合器2.6不接合。由此，齿轮箱2的第一输出端2.31向外输出，而第二输出端2.32则不向外输出。结果是，高速柴油机1将动力输出到螺旋桨模拟装置4，但并不输出到轴带电机3，因此轴带电机3不发电；

方案二.高速柴油机1同时驱动螺旋桨模拟装置4和轴带电机3，是轴带电机3在PTO模式下工作。具体来说，使液力偶合器2.2充油，从而实现了高速柴油机1与齿轮箱2之间的传动连接以向齿轮箱2传递来自高速柴油机1的转速和扭矩。与此同时，使液粘调速离合器2.6接合。由此，齿轮箱2的第一输出端2.31和第二输出端2.32均向外输出。结果是，高速柴油机1将动力输出到螺旋桨模拟装置4，并同时输出到轴带电机3带动轴带电机3发电，因此轴带电机3在PTO模式下工作电；

方案三.高速柴油机1和轴带电机3共同驱动螺旋桨模拟装置4。具体来说，使液力偶合器2.2充油，从而实现了高速柴油机1与齿轮箱2之间的传动连接以向齿轮箱2传递来自高速柴油机的转速和扭矩。与此同时，使液粘调速离合器2.6接合。此时控制轴带电机3在PTI模式下工作，即轴带电机3此时由发电机切换为电动机向外输出转速和扭矩。由于齿轮箱2中的第一、第二和第三齿轮之间相互啮合。结果是，高速柴油机1和轴带电机3的转速和扭矩能够合成并输出到螺旋桨模拟装置4；

方案四.由轴带电机3单独驱动螺旋桨模拟装置4。具体来说，使液力偶合器2.2泄油从而使液力偶合器2.2脱排，从而断开高速柴油机1与齿轮箱2之间的传动连接。与此同时，使液粘调速离合器2.6接合。此时控制轴带电机3在PTH模式下工作，即轴带电机3此时由发电机切换为电动机向外输出转速和扭矩。由于齿轮箱2中的第一、第二和第三齿轮之间相互啮合。结果是，轴带电机3的转速和扭矩能够输出到螺旋桨模拟装置4，即由轴带电机3单独驱动螺旋桨模拟装置4。

由此可知，轴带电机23兼顾轴带发电机(PTO)和电动机(PTI)的功能，可实现可逆交流发电。轴带电机23与变频器连接，可实现轴带电机23在PTI模式下进行变速运行，该变频器的容量大小与电动机的调速范围相符合。

本领域技术人员可以利用本发明中的船舶柴油机推进动力模块作为模拟装置，开展船舶柴油机推进动力模块的多项试验，上述试验包括进行船舶柴油机推进动力模块中的柴油机、传动设备、轴带电机、控制策略等方面的试验研究和验证。由此，可以提高同系列或同功率级别的船舶柴油机推进动力模块在实船应用中的通用性、可更换性、安装便利性、可靠性等。此外，根据本发明的推进动力模块也可以应用至实船。

本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。

Claims (9)

1.一种船舶柴油机推进动力模块，其特征在于，该动力模块包括：

船舶柴油机；

齿轮箱，该齿轮箱包括：

动力输入端，所述动力输入端通过第一传动连接件连接到所述船舶柴油机；

输入轴，所述输入轴通过液力偶合器连接到所述动力输入端，所述输入轴沿轴向方向设置有第一齿轮；

输出轴，所述输出轴的一端通过第二齿轮啮合地连接到所述输入轴的第一齿轮以接收所述输入轴所传递的转矩，所述输出轴的另一端设置有所述齿轮箱的第一输出端，所述第一输出端通过第二传动连接件连接到负载装置；

输出/输入轴，所述输出/输入轴的一端通过调速离合器和第三齿轮啮合连接到所述输入轴的第一齿轮，所述输出/输入轴的另一端设置有所述齿轮箱的第二输出端，所述第二输出端通过第三传动连接件连接到轴带电机。

2.如权利要求1所述的推进动力模块，其特征在于所述第三齿轮的外周与所述第一齿轮啮合，所述调速离合器为集成安装在所述第三齿轮内部的液粘调速离合器。

3.如权利要求1所述的推进动力模块，其特征在于所述第一传动连接件包括：联轴器，所述联轴器构造为用于对传动轴系扭转振动进行调频调幅；弹性传动轴，所述弹性传动轴连接到所述联轴器并构造成对传动运转时产生的各向位移进行补偿。

4.如权利要求1所述的推进动力模块，其特征在于所述第二传动连接件为低速大转矩的弹性联轴器。

5.如权利要求1所述的推进动力模块，其特征在于所述第三传动连接件为膜片联轴器。

6.如权利要求1所述的推进动力模块，其特征在于所述负载装置为螺旋桨装置或者螺旋桨模拟装置。

7.如权利要求6所述的推进动力模块，其特征在于所述螺旋桨模拟装置为直流发电机测功器。

8.如权利要求1所述的推进动力模块，其特征在于还包括监控装置，所述监控装置通过控制电缆连接到所述船舶柴油机、所述齿轮箱和所述负载装置。

9.如权利要求1所述的推进动力模块，其特征在于还包括控制屏组件，该控制屏组件包括轴带电机控制屏和负载装置控制屏，其中所述控制屏组件通过控制电缆连接到所述轴带电机和所述负载装置。