CN202420847U

CN202420847U - 柴电混合动力系统试验台

Info

Publication number: CN202420847U
Application number: CN2011205572545U
Authority: CN
Inventors: 赵同宾; 王丽杰; 邱爱华; 周晓洁; 艾钢; 曾宪友; 黄鹤; 任刚; 童宗鹏; 苏晓明
Original assignee: 711th Research Institute of CSIC
Current assignee: SHANGHAI QIYAO HEAVY INDUSTRY Co.,Ltd.
Priority date: 2011-12-28
Filing date: 2011-12-28
Publication date: 2012-09-05
Anticipated expiration: 2021-12-28

Abstract

本实用新型公开了一种柴电混合动力系统试验台，包括柴油机、齿轮箱、具有轴带发电机工作模式和电动机工作模式的轴带电机、螺旋桨模拟装置、耗功装置、控制台和柴油发电机组。柴油机、螺旋桨模拟装置和柴油发电机组分别与控制台电连接；柴油机通过齿轮箱分别与轴带电机和螺旋桨模拟装置连接。本实用新型可演示单机推进+轴带电机（PTO模式）发电、单机推进+轴带电机（PTI模式）助推及轴带电机（PTI模式）单独电力推进等多种动力系统，能够用于柴电混合推进性能匹配、柴电混合动力系统起动、并车推进技术等方面的研究和试验。

Description

柴电混合动力系统试验台

技术领域

本实用新型涉及一种船舶动力系统的试验装置，尤其涉及一种船舶柴电混合动力系统试验台。

背景技术

船舶柴电混合动力系统在国外应用较多，具有轴带发电机工作模式（PTO）和电动机工作模式（PTI）的轴带电机作为推进主机的应急后备，可增加船舶推进系统的安全冗余度，目前约45% 的原油轮和19% 的成品油轮具有这种辅助推进系统的功能。但柴电混合动力系统比较复杂，涉及发动机、电气、传动和控制等多个方面。基于保护商业秘密的考虑，极少能够查阅到公开发表的相关技术文献。国内关于船舶柴电混合动力系统的研究还处于初步探索阶段，缺少针对柴电混合动力系统的试验平台。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种用于船舶柴电混合动力系统的研究和试验验证的试验台。

本实用新型所采用的技术方案是：一种柴电混合动力系统试验台，包括一柴油机、齿轮箱、具有轴带发电机工作模式和电动机工作模式的轴带电机、螺旋桨模拟装置、耗功装置、控制台和柴油发电机组；柴油机、螺旋桨模拟装置和柴油发电机组分别与控制台电连接；柴油机通过齿轮箱分别与轴带电机和螺旋桨模拟装置连接。

上述的柴电混合动力系统试验台，其中，齿轮箱包括：

输入轴，与柴油机相连；

第一输出轴，与轴带电机相连；

第二输出轴，与螺旋桨模拟装置相连；

驱动机构，用于接收由输入轴输入的扭矩；

液力耦合器，设置在输入轴与驱动机构之间，用于选择性地将柴油机输出的扭矩传递给该驱动机构；

第一齿轮传动机构，用于在驱动机构与第一输出轴之间传递扭矩；

第一离合器，设置在第一齿轮传动机构与第一输出轴之间，用于选择性地实现第一齿轮传动机构与第一输出轴之间的扭矩传递；

第二齿轮传动机构，用于在驱动机构与第二输出轴之间传递扭矩；

第二离合器，设置在第二齿轮传动机构与第二输出轴之间，用于选择性地实现第二齿轮传动机构与第二输出轴之间的扭矩传递。

本实用新型的有益效果是：

采用本实用新型的柴电混合动力系统试验台，可演示单机推进+轴带电机（PTO模式）发电、单机推进+轴带电机（PTI模式）助推及轴带电机（PTI模式）单独电力推进等多种动力系统，并可以进行柴电混合动力系统一些关键技术的试验研究，可进行的试验研究如下：

1)进行柴电混合推进性能匹配技术研究

研究柴电混合动力系统在PTI单独推进、PTI助推模式下的系统匹配特性，初步形成柴电混合动力系统匹配方法；

2)进行柴电混合动力系统起动技术研究

在柴电混合动力系统里，轴带电机作为电动机使用时，有多种起动方式。本试验台可研究各方案的优缺点及对动力系统的影响程度，结合设备实际情况，根据柴电混合不同运行工况择优选取最佳方案；

3)进行柴电混合同步电动机和柴油机并车推进技术研究

柴油机和同步电动机的特性差异很大，同步电动机特性很硬，柴油机特性相对同步电机而言，特性稍软。两者容量差异较大，容易造成安全隐患；此外，控制方式不同，也使得控制较为困难。本试验平台可深入研究柴电混合动力系统起动、不同工况（海况）时的应对策略及PTI模式下单独推进柔性接排特性分析等。

附图说明

图1是本实用新型柴电混合动力系统试验台一实施例的原理框图。

图2是本实用新型柴电混合动力系统试验台一实施例的主视示意图。

图3是图2的俯视示意图。

图4是柴油机推进+轴带电机（PTO模式）发电模式原理示意图。

图5是柴油机推进+轴带电机（PTI模式）助推模式原理图。

图6是轴带电机（PTI模式）单独推进模式原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步详细说明。

参考图1至图3。根据本实用新型一实施例的柴电混合动力系统试验台，包括柴油机1、齿轮箱2、轴带电机3、螺旋桨模拟装置4、耗功装置5、控制台6、配电系统7以及柴油发电机组8。其中，柴油机1、螺旋桨模拟装置4和柴油发电机组8分别与控制台6电连接。柴油机1通过齿轮箱2分别与轴带电机3和螺旋桨模拟装置4连接。轴带电机3同时具有轴带发电机（PTO）和电动机（PTI）的功能。螺旋桨模拟装置4能够在四象限内模拟螺旋桨的负载特性，能够模拟定距桨、调距桨模式下，不同工况、不同海况时加速航行、减速航行、紧急倒航等螺旋桨负载特性。

柴油发电机组8包括柴油机81和交流发电机82。轴带电机3与柴油发电机组8可以并网运行，并能够通过能源管理系统进行负荷分配；柴油发电机组8发电通过电力电缆送给轴带电机3（PTI模式），通过齿轮箱2带动螺旋桨模拟装置4，可实现电力推进功能。

配电系统7包括柴油发电机组控制屏71、并车及母联屏72、轴带电机控制屏73、负载屏74和螺旋桨模拟装置控制屏75，柴油发电机组控制屏71、轴带电机控制屏73、负载屏74和螺旋桨模拟装置控制屏75分别通过电力电缆与柴油发电机组的交流发电机82、轴带电机3、耗功装置5和螺旋桨模拟装置4电连接。配电系统7将柴油发电机组8、轴带电机3、螺旋桨模拟装置4与各类负载联系起来。

结合图4至图6所示。齿轮箱2包括：箱体20、输入轴21、液力耦合器22、第一输出轴23、第二输出轴24、第一离合器25、第二离合器26、驱动机构、第一齿轮传动机构和第二齿轮传动机构。

其中，输入轴21与柴油机1相连；第一输出轴23与轴带电机相连；第二输出轴24与螺旋桨模拟装置4相连。驱动机构用于接收由输入轴21输入的扭矩。液力耦合器22设置在输入轴21与该驱动机构之间，用于选择性地将柴油机1输出的扭矩传递给该驱动机构。第一齿轮传动机构用于在驱动机构与第一输出轴23之间传递扭矩；第一离合器25设置在第一齿轮传动机构与第一输出轴之间，用于选择性地实现第一齿轮传动机构与第一输出轴23之间的扭矩传递。第二齿轮传动机构用于在驱动机构与第二输出轴24之间传递扭矩；第二离合器26设置在第二齿轮传动机构与第二输出轴之间，用于选择性地实现第二齿轮传动机构与第二输出轴24之间的扭矩传递。

上述的驱动机构包括一主轴A1和一套设在该主轴上并与该主轴连接的驱动齿轮Z1；主轴A1与液力耦合器22的从动轴相连接。第一齿轮传动机构包括第一中间轴A2、套设在第一中间轴A2上并与该第一中间轴相连接的第一从动齿轮Z5；第一从动齿轮Z5与驱动齿轮Z1相啮合，并与第一离合器25传动连接。第二齿轮传动机构包括第二中间轴A3、套设在第二中间轴A3上并与该第二中间轴相连接的第二从动齿轮Z2和套设在第二中间轴A3上并与该第二中间轴相连接的主动齿轮Z3；该第二从动齿轮Z2与驱动齿轮Z1相啮合，该主动齿轮Z3与第二离合器26传动连接。柴油机1通过齿轮箱2可输出两路功率，一路输出到螺旋桨模拟装置4，另一路输出到轴带电机3。

第一离合器25和第二离合器26均可采用液力驱动离合器；此时，齿轮箱可设有一用于控制液力耦合器22、第一离合器25和第二离合器26的接排和脱排的液压控制机构。该液压控制机构除了实现动力传递功能外，还可保证离合器和液力耦合器均能得到足够的冷却，将工作温度保持在合适范围，使齿轮副和轴承得到良好润滑。

结合图1所示，在一种较佳实施方式中，柴油机1是通过第一传动连接件91与液力耦合器22的输入轴连接；轴带电机3是通过第二传动连接件92与齿轮箱的第一输出轴23连接。螺旋桨模拟装置4是通过第三传动连接件93与齿轮箱的第二输出轴连接，在第三传动连接件93与螺旋桨模拟装置4之间设有扭矩传感器94。第一传动连接件91可采用大位移和角度补偿的柔性传动装置，满足由于柴油机双层浮筏隔振以及并车齿轮箱硬弹性安装的位移补偿要求，并起到隔离柴油机振动噪声的作用。第二传动连接件92可采用高弹性联轴器。第三传动连接件93可采用大扭矩联轴器，以满足传递低速大扭矩的要求，同时还可以补偿齿轮箱硬弹性隔振带来的位移偏移。

参考图2。在图2所示的实施方式中，柴油机1采用双层隔振，通过多个上层隔振器101支承于一中间筏体102上，中间筏体102通过多个下层隔振器103支承于基座100上。齿轮箱2通过多个硬弹性隔振器111支承于齿轮箱底座110上。轴带电机3和螺旋桨模拟装置4中的直流电机采用刚性安装方案。箱体20是输入轴、输出轴、中间轴等的基座，应具有足够的强度和刚度。为保证箱体的刚度，在箱体的内壁设有横隔肋板以加强刚度。

本实用新型通过齿轮箱中的液力耦合器22、第一离合器25和第二离合器26的接排和脱排可以实现单机推进+轴带电机（PTO模式）发电、单机推进+轴带电机（PTI模式）助推及轴带电机（PTI模式）单独电力推进。

参考图4，柴油机推进+轴带电机（PTO模式）发电方案的工作原理如下：液力耦合器22充油，第一离合器25和第二离合器26均接合，由柴油机1输出的扭矩一路经驱动齿轮Z1、第二从动齿轮Z2、第二中间轴A3、主动齿轮Z3和第二离合器26传递给螺旋桨模拟装置4，螺旋桨模拟装置4发电供给负载或电网；由柴油机1输出的扭矩另一路经驱动齿轮Z1、第一从动齿轮Z5和第一离合器25传递给以PTO模式工作的轴带电机3，轴带电机3发电供给负载或电网。

参考图5，柴油机推进+轴带电机（PTI模式）助推方案的工作流程如下：液力耦合器22充油，第一离合器25和第二离合器26均接合，由柴油机1输出的扭矩一路经驱动齿轮Z1、第二从动齿轮Z2、第二中间轴A3、主动齿轮Z3和第二离合器26传递给螺旋桨模拟装置4，螺旋桨模拟装置4发电供给负载或电网；与此同时，柴油发电机组8或电网向轴带电机3供电，以PTI模式工作的轴带电机3输出的扭矩经第一离合器25、第一从动齿轮Z5、驱动齿轮Z1、第二从动齿轮Z2、第二中间轴A3、主动齿轮Z3和第二离合器26传递给螺旋桨模拟装置4，螺旋桨模拟装置4发电供给负载或电网。

参考图6，轴带电机（PTI模式）单独推进方案的工作流程如下：液力耦合器22不充油，第一离合器25和第二离合器26均接合。柴油发电机组8或电网向轴带电机3供电，以PTI模式工作的轴带电机3输出的扭矩经第一离合器25、第一从动齿轮Z5、驱动齿轮Z1、第二从动齿轮Z2、第二中间轴A3、主动齿轮Z3和第二离合器26传递给螺旋桨模拟装置4，螺旋桨模拟装置4发电供给负载或电网。

Claims

1.一种柴电混合动力系统试验台，其特征在于，包括一柴油机、齿轮箱、具有轴带发电机工作模式和电动机工作模式的轴带电机、螺旋桨模拟装置、耗功装置、控制台和柴油发电机组；所述的柴油机、螺旋桨模拟装置和柴油发电机组分别与所述的控制台电连接；所述的柴油机通过所述的齿轮箱分别与所述的轴带电机和所述的螺旋桨模拟装置连接。

2.如权利要求1所述的柴电混合动力系统试验台，其特征在于，所述的齿轮箱包括：

输入轴，与所述的柴油机相连；

第一输出轴，与所述的轴带电机相连；

第二输出轴，与所述的螺旋桨模拟装置相连；

驱动机构，用于接收由所述输入轴输入的扭矩；

液力耦合器，设置在所述输入轴与所述驱动机构之间，用于选择性地将所述柴油机输出的扭矩传递给该驱动机构；

第一齿轮传动机构，用于在所述驱动机构与第一输出轴之间传递扭矩；

第二齿轮传动机构，用于在所述驱动机构与第二输出轴之间传递扭矩；

3.如权利要求2所述的柴电混合动力系统试验台，其特征在于，

所述的驱动机构包括一主轴和一套设在该主轴上并与该主轴连接的驱动齿轮；所述的主轴与所述液力耦合器的从动轴相连接；

所述的第一齿轮传动机构包括第一中间轴、套设在第一中间轴上并与该第一中间轴相连接的第一从动齿轮；该第一从动齿轮与所述驱动齿轮相啮合，并与第一离合器传动连接；

所述的第二齿轮传动机构包括第二中间轴、套设在第二中间轴上并与该第二中间轴相连接的第二从动齿轮和套设在第二中间轴上并与该第二中间轴相连接的主动齿轮；该第二从动齿轮与所述驱动齿轮相啮合，该主动齿轮与第二离合器传动连接。

4.如权利要求2所述的柴电混合动力系统试验台，其特征在于，所述的第一离合器和第二离合器均为液力驱动离合器；

所述的齿轮箱还包括一用于控制所述液力耦合器、所述第一离合器和所述第二离合器的接排和脱排的液压控制机构。

5.如权利要求2所述的柴电混合动力系统试验台，其特征在于，所述的柴油机通过第一传动连接件与所述液力耦合器的输入轴连接；所述的轴带电机通过第二传动连接件与所述齿轮箱的第一输出轴连接，所述的螺旋桨模拟装置通过第三传动连接件与所述齿轮箱的第二输出轴连接。

6.如权利要求5所述的柴电混合动力系统试验台，其特征在于，所述的第一传动连接件为柔性传动装置，第二传动连接件为高弹性联轴器，第三传动连接件为大扭矩联轴器。

7.如权利要求1所述的柴电混合动力系统试验台，其特征在于，所述柴油机通过多个上层隔振器支承于一中间筏体上，所述中间筏体通过多个下层隔振器支承于基座上；所述的齿轮箱通过多个硬弹性隔振器支承于齿轮箱底座上。