CN107444601B - 一种柴电混合推进系统及静态进入pti的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种柴电混合推进系统及静态进入PTI的方法，属于船舶驱动系统领域，这种柴电混合推进系统，包括双速齿轮箱和柴电推进组件；柴电推进组件包括两个柴油机、发电机和电动机；双速齿轮箱包括两套齿轮组，第一齿轮组和第二齿轮组对称设置；第一齿轮组包括三个输入输出端，第一输入输出端与第一柴油机连接，第二输入输出端与第一发电机连接，第三输入输出端用于与第一螺旋桨连接；第二齿轮组包括第四输入输出端、第五输入输出端和第六输入输出端，第四输入输出端与第二柴油机连接，第五输入输出端与电动机连接，第三输入输出端用于与第二螺旋桨连接；发电机能够与电动机电连接，发电机和电动机可以换为轴发。可以实现节能的效果。

Description

一种柴电混合推进系统及静态进入PTI的方法
技术领域
本发明涉及船舶驱动系统领域，具体而言，涉及一种柴电混合推进系统及静态进入PTI的方法。
背景技术
目前，救助船的推进系统通常采用柴油机驱动轴系螺旋桨。轴系在工作的同时驱动一台轴带发电机。为了保障救助船在执行任务期间的快速反映，和推进系统的冗余性，通常会配备两套推进系统和两套舵机。由于救助船的使命特点，低速巡航时间占其整个使命周期中的 80％以上，救助船在低速巡航时，基本会采，单边柴油机驱动螺旋桨，另外一边压舵的方式。经过长期的运行发现，此种巡航方式(单机压舵)不但柴油机推进效率不高，同时不经济，油耗和排放都较高。
发明内容
本发明提供了一种柴电混合推进系统及静态进入PTI的方法，旨在解决现有技术中柴电混合推进系统及静态进入PTI的方法存在的上述问题。
本发明是这样实现的：
一种柴电混合推进系统，包括双速齿轮箱和柴电推进组件；
所述柴电推进组件包括第一柴油机、发电机、第二柴油机和电动机；
所述双速齿轮箱包括第一齿轮组和第二齿轮组，所述第一齿轮组和所述第二齿轮组对称设置；
所述第一齿轮组包括第一输入输出端、第二输入输出端和第三输入输出端，所述第一输入输出端与所述第一柴油机连接，所述第二输入输出端与所述第一发电机连接，所述第三输入输出端用于与第一螺旋桨连接；
所述第二齿轮组包括第四输入输出端、第五输入输出端和第六输入输出端，所述第四输入输出端与所述第二柴油机连接，所述第五输入输出端与所述电动机连接，所述第三输入输出端用于与第二螺旋桨连接；
所述发电机能够与所述电动机电连接。
在本发明较佳的实施例中，所述发电机为第一轴带发电机。
在本发明较佳的实施例中，所述电动机为第二轴带发电机。
在本发明较佳的实施例中，所述第一齿轮组包括第一离合器、第二离合器和第三离合器，在所述第一离合器上设置所述第一输入输出端和所述第三输入输出端，在所述第二离合器上设置所述第二输入输出端。
在本发明较佳的实施例中，所述第三输入输出端安装有第一转轴，所述第一转轴上设置有用于与所述第二离合器配合的第二齿轮，和用于与所述第一螺旋桨配合的第三齿轮。
在本发明较佳的实施例中，所述第二离合器与所述第三离合器通过第二转轴连接，所述第二转轴与所述第二输入输出端连接，所述第一离合器上设置有用于与第三离合器配合的第一齿轮，所述第三离合器上设置有用于与所述第一齿轮配合的第四齿轮，所述第二离合器上设置有用于与所述第二齿轮配合的第五齿轮。
在本发明较佳的实施例中，所述第一螺旋桨设置有同轴的第一驱动杆，所述第一驱动杆上设置有与所述第三齿轮啮合的第六齿轮。
在本发明较佳的实施例中，所述第一轴带发电机和是第二轴带发电机之间设置有用于控制所述第一轴带发电机和所述第二轴带发电机通断路的第一开关。
一种静态进入PTI的方法，使用上述的柴电混合推进系统，在所述PTI下，包括用于能源输出的PTO侧，和用于动力输出的PTI侧；
所述柴电混合推进系统包括用于控制电源储能放能的C/D汇流排和用于控制PTI侧和PTO侧通断的A/B汇流排，以及用于控制所述C/D汇流排和所述A/B汇流排通断的PMS：
a.所述第一离合器脱开，所述第二离合器与所述第三离合器啮合；
b.将所述C/D汇流排与所述A/B汇流排断开；
c.将所述第一轴带发电机和所述第二轴带发电机电连接；
d.所述PMS控制所述PTO侧的轴带发电机的限流模块，使用励磁线路对所述PTO侧的轴带发电机充磁，所述PTO侧开始向所述PTI 侧供电；
e.当所述PTI侧的轴带发电机达到额定异步转速时，所述PMS 控制所述PTI侧的轴带发电机的励磁线路接通拉入同步运行。
在本发明较佳的实施例中，所述PTO侧设置有限流模块以限制所述PTO侧的轴带发电机的最大电流。
本发明的有益效果是：通过本发明提供的柴电混合推进系统，可以保证在长时间的低速巡航时间中减少能量损耗，而且柴油机富余的负荷可以为轴带发电机供能使得轴带发电机发电进行存储。通过其中一个柴油机驱动时，可以通过该柴油机为一台轴带发电机供能发电驱动另一台轴带发电机，通过第二台轴带发电机驱动螺旋桨实现低速巡航，有效实现节能。通过静态进入PTI的方法可以对轴带发电机进行保护，避免过载造成损伤而产生昂贵的维修费用。且静态进入PTI 的方法非常稳定，可以保证船体的稳定航行。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1是本发明实施例提供的柴电混合推进系统的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的第一齿轮组的结构示意图；
图3是本发明实施例提供的第二齿轮组的结构示意图；
图4是本发明实施例提供的第一螺旋桨的结构示意图。
图标：001-柴电混合推进系统；010-双速齿轮箱；031-第一柴油机；033-第一轴带发电机；035-第二柴油机；037-第二轴带发电机； 011-第一齿轮组；013-第二齿轮组；051-第一螺旋桨；053-第二螺旋桨；110-第一离合器；130-第二离合器；150-第三离合器；111-第一离合端；113-第二离合端；115-第一转轴；1153-第三齿轮；1151-第二齿轮；1111-第一齿轮；151-第五离合端；153-第六离合端；1511- 第四齿轮；131-第三离合端；133-第四离合端；135-第二转轴；1311- 第五齿轮；210-第一桨体；230-第三转轴；231-第六齿轮；310-第四离合器；330-第五离合器；350-第六离合器；311-第七离合端；313- 第八离合端；315-第四转轴；3153-第九齿轮；3151-第八齿轮；3111- 第七齿轮；351-第十一离合端；353-第十二离合端；3511-第十齿轮； 331-第九离合端；333-第十离合端；335-第五转轴；3311-第十一齿轮； 410-第二桨体；430-第六转轴；431-第十二齿轮；510-A/B汇流排；530-C/D汇流排；511-第一开关；513-第二开关；515-第三开关；551- 第一导线；553-第二导线；531-第四开关；533-电源；516-拖缆机； 517-第一艏侧推；518-第二艏侧推；519-艉侧推。
具体实施方式
为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，指示方位或位置关系的术语为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之上或之下可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征之上、上方和上面包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征之下、下方和下面包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
实施例一
本实施例提供了一种柴电混合推进系统001，请参阅图1，这种柴电混合推进系统001包括双速齿轮箱010和柴电推进组件。
柴电推进组件第一柴油机031、第一轴带发电机033、第二柴油机035和第二轴带发电机037；
双速齿轮箱010包括第一齿轮组011和第二齿轮组013，第一齿轮组011用于推动第一螺旋桨051，第二齿轮组013用于推动第二螺旋桨053。
请参阅图2，第一齿轮组011包括第一离合器110、第二离合器 130和第三离合器150，第一离合器110包括第一离合端111和第二离合端113，通过第一离合器110可以控制第一离合端111和第二离合端113的离合。第一离合端111为第一齿轮组011的第一输入输出端，第一输入输出端与第一柴油机031的输出端连接。第二离合端113为第三输入输出端，可通过第三输入输出端经由第一转轴115为第一螺旋桨051提供动力。
第一转轴115与第三输入输出端固定连接，第一转轴115上设置有与第一螺旋桨051配合的第三齿轮1153，第三齿轮1153远离第一离合器110的一端设置有第二齿轮1151。第三齿轮1153、第二齿轮 1151和第一转轴115同轴，通过第一转轴115的转动可以带动第三齿轮1153和第二齿轮1151同步转动。
在第一离合器110的第一离合端111上设置有第一齿轮1111，第一齿轮1111可以与第三离合器150配合使得第一离合器110带动第三离合器150。
第三离合器150包括第五离合端151和第六离合端153，通过第三离合器150可以控制第五离合端151与第六离合端153的离合。第五离合端151设置有第四齿轮1511，第四齿轮1511和第一齿轮1111 可啮合使得通过第一离合器110带动第五离合端151转动。
第二离合器130包括第三离合端131和第四离合端133，通过第二离合器130可以控制第三离合端131和第四离合端133的离合。在第六离合端153设置有第二转轴135，第二转轴135远离第三离合器 150的一端与第四离合端133固定连接，即在第六离合端153转动时，可以通过第二转轴135传动到第四离合端133，使得第四离合端133 同步转动，同理，第四离合端133也可以带动第六离合端153转动。第三离合端131设置有与第二齿轮1151配合的第五齿轮1311。
第四离合端133即第二输入输出端，在第二转轴135的端头处与第一轴带发电机033的输出端连接，即可以通过第二转轴135向第一轴带发电机033输出动力使得第一轴带发电机033发电，也可以通过第一轴带发电机033输出动力使得第二转轴135转动。
请参阅图4，在本实施例中，柴电推进系统还包括第一螺旋桨 051。第一螺旋桨051包括第一桨体210和第三转轴230，第三转轴230与第一桨体210同轴固定连接，第三转轴230远离第一桨体210 的一端设置有第六齿轮231，第六齿轮231与第三齿轮1153啮合。
请参阅图3，第二齿轮组013包括第四离合器310、第五离合器 330和第六离合器350，第四离合器310包括第七离合端311和第八离合端313，通过第四离合器310可以控制第七离合端311和第八离合端313的离合。第七离合端311为第七齿轮3111第二齿轮组013 的第四输入输出端，第四输入输出端与第二柴油机035的输出端连接。第八离合端313为第六输入输出端，可通过第六输入输出端经由第四转轴315为第二螺旋桨053提供动力。
第四转轴315与第六输入输出端固定连接，第四转轴315上设置有与第二螺旋桨053配合的第九齿轮3153，第九齿轮3153远离第四离合器310的一端设置有第八齿轮3151。第九齿轮3153、第八齿轮 3151和第四转轴315同轴，通过第四转轴315的转动可以带动第九齿轮3153和第八齿轮3151同步转动。
在第四离合器310的第七离合端311上设置有第七齿轮3111，第七齿轮3111可以与第六离合器350配合使得第四离合器310带动第六离合器350。
第六离合器350包括第十一离合端351和第十二离合端353，通过第六离合器350可以控制第十一离合端351与第十二离合端353 的离合。第十一离合端351设置有第十齿轮3511，第十齿轮3511和第七齿轮3111可啮合使得通过第四离合器310带动第十一离合端351转动。
第五离合器330包括第九离合端331和第十离合端333，通过第五离合器330可以控制第九离合端331和第十离合端333的离合。在第十二离合端353设置有第五转轴335，第五转轴335远离第六离合器350的一端与第十离合端333固定连接，即在第十二离合端353 转动时，可以通过第五转轴335传动到第十离合端333，使得第十离合端333同步转动，同理，第十离合端333也可以带动第十二离合端 353转动。第九离合端331设置有与第八齿轮3151配合的第十一齿轮3311。
在第五转轴335的端头处与第二轴带发电机037的输出端连接，即可以通过第五转轴335向第二轴带发电机037输出动力使得第二轴带发电机037发电，也可以通过第二轴带发电机037输出动力使得第五转轴335转动。
在本实施例中，柴电推进系统还包括第二螺旋桨053。第二螺旋桨053包括第二桨体410和第六转轴430，第六转轴430与第二桨体 410同轴固定连接，第六转轴430远离第二桨体410的一端设置有第十二齿轮431，第十二齿轮431与第九齿轮3153啮合。
第一轴带发电机033和第二轴带发电机037通过A/B汇流排510 电连接，A/B汇流排510靠近第一轴带发电机033的一端设置有第一开关511，A/B汇流排510靠近第二轴带发电机037的一端设置有第二开关513，第一开关511和第二开关513之间设置有第三开关515。
柴电推进系统还包括与A/B汇流排510并联设置的C/D汇流排 530，A/B汇流排510和C/D汇流排530通过第一导线551和第二导线553电连接。第一导线551在A/B汇流排510的一端设置在第一开关511和第三开关515之间，第二导线553在A/B汇流排510的一端设置在第二开关513和第三开关515之间。
C/D回流排上设置有第四开关531，第四开关531设置在第一导线551在C/D汇流排530的连接点和第二导线553在C/D汇流排530 的连接点之间。
在C/D汇流排530上还电连接有多个电源533，在本实施例中，在C/D汇流排530上设置有三个分布式电源533。
在本实施例中，第一开关511和第三开关515之间电连接有拖缆机516和第一艏侧推517，第二开关513和第三开关515之间电连接有艉侧推519和第二艏侧推518。
通过本发明提供的柴电混合推进系统001，可以保证在长时间的低速巡航时间中减少能量损耗，而且柴油机富余的负荷可以为轴带发电机供能使得轴带发电机发电进行存储。通过其中一个柴油机驱动时，可以通过该柴油机为一台轴带发电机供能发电驱动另一台轴带发电机，通过第二台轴带发电机驱动螺旋桨实现低速巡航，有效实现节能。
实施例二
本实施例提供了一种静态进入PTI的方法，请参阅图1，这种静态进入PTI的方法使用了实施例一中的柴电混合推进系统001。
在PTI下，包括用于能源输出的PTO侧，和用于动力输出的PTI 侧，即不同情况下PTI侧和PTO侧可在不同的物理侧。
柴电混合推进系统001还包括可以控制A/B汇流排510和C/D 汇流排530通断的PMS(图中未示出)，即电站管理系统。
使用柴电混合推进系统001静态进入PTI的方法包括如下步骤：
a.第一离合器110脱开，第二离合器130与第三离合器150啮合；
b.将C/D汇流排530与A/B汇流排510断开；
c.将第一轴带发电机033和第二轴带发电机037电连接；
d.PMS控制PTO侧的轴带发电机的限流模块，使用励磁线路对 PTO侧的轴带发电机充磁，PTO侧开始向PTI侧供电；
e.当PTI侧的轴带发电机达到额定异步转速时，PMS控制PTI 侧的轴带发电机的励磁线路接通拉入同步运行。
在步骤a后，PTI侧的柴油机处于停机状态，齿轮箱的三个离合器均处于脱开状态。
步骤c中，第一轴带发电机033和第二轴带发电机037的电连接，通过将第一开关511、第二开关513和第三开关515均合闸的方式实现。
步骤e中，励磁线路对PTO侧的轴带发电机进行2-3秒的励磁以实现PTO侧的轴带发电机发电，PTI侧的轴带发电机异步起动。
而且在PTO侧设置有限流模块以限制PTO侧的轴带发电机的最大电流。
在本实施例中，为了解决发电机的正常保护和静态进入PTI过程中的保护之间的矛盾，增加发电机长延时保护功能，按规范要求进行设定。在静态起动时将其关闭，在正常运行时打开。
在任意一侧的轴带发电机作为PTI运行时，其功率相对于发电机状态时是反向的，也就是处于逆功状态，这时须对逆功保护功能进行处理，否则PTI侧的开关将会因逆功而跳闸。在本实施例中，采用的方法为将电流互感器的两次电流信号用继电器进行切换，使在PTI 时测量系统不产生逆功。但互感器的容量较小，二次电流对电阻非常敏感。当继电器触头的接触电阻达不到要求时，整个测量系统包括电流、功率、无功、功率因数等与电流相关的电参量都会产生偏差，影响系统运行安全。为了提高系统运行的可靠性，本实施例中的柴电混合推进系统001在PTI运行模式时直接将逆功保护模块的逆功保护功能关闭，使PTO、PTI逆功保护实现无缝切换。功率表则用+/－偏转方式，当正向偏转时是发电机，反向偏转时是电动机。
在本实施例中，柴电混合推进系统001还包括报警模块，轴带发电机在PTO运行模式时是同步发电机，在PTI运行模式时是同步电动机。同步发电机如果失磁(励磁线路故障)其主开关会因失电或逆功而跳闸。而同步电动机一旦失励磁将立即进入异步运行状态，工作特性变坏，功率因数和电效率严重下降，报警模块检测到异常数据后发出报警。
通过静态进入PTI的方法可以对轴带发电机进行保护，避免过载造成损伤而产生昂贵的维修费用。且静态进入PTI的方法非常稳定，可以保证船体的稳定航行。
以上仅为本发明的优选实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种柴电混合推进系统，其特征在于，包括双速齿轮箱和柴电推进组件；
所述柴电推进组件包括第一柴油机、发电机、第二柴油机和电动机；
所述双速齿轮箱包括第一齿轮组和第二齿轮组，所述第一齿轮组和所述第二齿轮组对称设置；
所述第一齿轮组包括第一输入输出端、第二输入输出端和第三输入输出端，所述第一输入输出端与所述第一柴油机连接，所述第二输入输出端与所述发电机连接，所述第三输入输出端用于与第一螺旋桨连接；
所述第二齿轮组包括第四输入输出端、第五输入输出端和第六输入输出端，所述第四输入输出端与所述第二柴油机连接，所述第五输入输出端与所述电动机连接，所述第三输入输出端用于与第二螺旋桨连接；
所述发电机能够与所述电动机电连接；
其中，所述发电机为第一轴带发电机；所述电动机为第二轴带发电机；
所述柴电混合推进系统还包括：A/B汇流排、用于控制电源储能放能C/D汇流排以及用于控制所述C/D汇流排和所述A/B汇流排通断的电站管理系统；
所述第一轴带发电机和所述第二轴带发电机通过所述A/B汇流排电连接；所述A/B汇流排与所述C/D汇流排并联设置；
所述A/B汇流排和所述C/D汇流排通过第一导线和第二导线电连接；
所述A/B汇流排靠近所述第一轴带发电机的一端设置有第一开关，所述A/B汇流排靠近所述第二轴带发电机的一端设置有第二开关，所述第一开关和所述第二开关之间设置有第三开关；
所述C/D汇流排上设置有第四开关，所述第四开关设置在所述第一导线在所述C/D汇流排的连接点和所述第二导线在所述C/D汇流排的连接点之间；
所述第一开关和所述第三开关之间电连接有拖缆机和第一艏侧推，所述第二开关和所述第三开关之间电连接有艉侧推和第二艏侧推。
2.根据权利要求1所述的柴电混合推进系统，其特征在于，所述第一齿轮组包括第一离合器、第二离合器和第三离合器，在所述第一离合器上设置所述第一输入输出端和所述第三输入输出端，在所述第二离合器上设置所述第二输入输出端。
3.根据权利要求2所述的柴电混合推进系统，其特征在于，所述第三输入输出端安装有第一转轴，所述第一转轴上设置有用于与所述第二离合器配合的第二齿轮，和用于与所述第一螺旋桨配合的第三齿轮。
4.根据权利要求3所述的柴电混合推进系统，其特征在于，所述第二离合器与所述第三离合器通过第二转轴连接，所述第二转轴与所述第二输入输出端连接，所述第一离合器上设置有用于与第三离合器配合的第一齿轮，所述第三离合器上设置有用于与所述第一齿轮配合的第四齿轮，所述第二离合器上设置有用于与所述第二齿轮配合的第五齿轮。
5.根据权利要求3所述的柴电混合推进系统，其特征在于，所述第一螺旋桨设置有同轴的第一驱动杆，所述第一驱动杆上设置有与所述第三齿轮啮合的第六齿轮。
6.根据权利要求2所述的柴电混合推进系统，其特征在于，所述第一轴带发电机和第二轴带发电机之间设置有用于控制所述第一轴带发电机和所述第二轴带发电机通断路的第一开关。
7.一种静态进入PTI的方法，其特征在于，使用如权利要求2-6任一项所述的柴电混合推进系统，在所述PTI下，包括用于能源输出的PTO侧，和用于动力输出的PTI侧；
所述柴电混合推进系统包括用于控制电源储能放能的C/D汇流排和用于控制PTI侧和PTO侧通断的A/B汇流排，以及用于控制所述C/D汇流排和所述A/B汇流排通断的电站管理系统：
a.所述第一离合器脱开，所述第二离合器与所述第三离合器啮合；
b.将所述C/D汇流排与所述A/B汇流排断开；
c.将所述第一轴带发电机和所述第二轴带发电机电连接；
d.PMS控制所述PTO侧的轴带发电机的限流模块，使用励磁线路对所述PTO侧的轴带发电机充磁，所述PTO侧开始向所述PTI侧供电；
e.当所述PTI侧的轴带发电机达到额定异步转速时，所述PMS控制所述PTI侧的轴带发电机的励磁线路接通拉入同步运行。
8.根据权利要求7所述的静态进入PTI的方法，其特征在于，所述PTO侧设置有限流模块以限制所述PTO侧的轴带发电机的最大电流。
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