CN204110350U - 一种柴油机和pto/pti可逆电机混合动力推进系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种柴油机和PTO/PTI可逆电机混合动力推进系统，属于动力系统集成技术领域，推进系统包括主柴油机、齿轮箱、PTO/PTI分系统、可调桨CPP及轴系，其中的PTO/PTI分系统包括PTO/PTI可逆电机、电机起动模块和PTO/PTI切换控制装置，采用电机起动后高速合排齿轮箱PTI离合器带动螺旋桨和轴系进行起动的启动方式，该启动方式采用小电机pony motor拖动起动或电机设计为限流异步起动；主柴油机的输出轴连接齿轮箱中的主输入端，PTO/PTI分系统中的PTO/PTI可逆电机与齿轮箱中的PTO端相连，齿轮箱中的主输出端与可调桨CPP轴系相连。本实用新型能够降低系统复杂性，提高系统运行可靠性、经济性，保证动力系统的冗余性和安全性。
Description
技术领域
本实用新型涉及动力系统集成技术领域，具体涉及一种柴油机和和PTO/PTI可逆电机混合动力推进系统。
背景技术
由柴油机和PTO/PTI可逆电机组成的PTO/PTI柴电混合动力推进系统是一种新兴的动力系统型式。
PTO(Power take out)和PTI(Power take in)，分别指以发电机模式和电动机模式运行的轴带电机；电机可以通过与主机连接的齿轮箱或主机自由端来输入或输出。
由于PTO/PTI柴电混合动力推进兼具了节能和安全的特点，符合船运业发展“环保与安全”的两大趋势和方向，具有良好的发展和应用前景，也成为现代船舶动力系统设计的热点。
PTO/PTI柴电混合动力推进系统优点或功能如下：
(1)节能性
低速航行时，主机在驱动螺旋桨同时可以带动轴带电机以PTO模式发电，以替代或部分替代船舶电站供电，从而提升主机负荷区间、降低整体燃油消耗，提高动力系统运行经济性。
(2)安全性
主机故障时，通过电站发电(或其它轴系轴带电机发电)作为电源，轴带电机以PTI模式驱动螺旋桨推进，提高了动力系统冗余性和船舶运行可靠性。
(3)快速性
特殊工况下(如：追击)，轴带电机做PTI模式运行，可以和主机并车，实现柴-电混合推进，提高船舶运行的快速性。
目前常见PTO/PTI柴电混合动力推进系统的配置型式如附图1所示，系统由主柴油机ME、齿轮箱RG、可调桨CPP及轴系、PTO/PTI可逆轴带电机以及监控系统等组成(根据轴带电机起动方式的不同，变频器VFD可选)。该型系统的齿轮箱，设2个离合器；除主离合器外，PTO/PTI模式共用1个离合器。
系统工作时，主机可作为动力源通过齿轮箱带动CPP运行和轴带电机以PTO模式发电；主机也可不运转(主机故障或船舶低速航行)，由外部供电驱动轴带电机以PTI模式带动CPP运行。
由于CPP及轴系运转起动阻转矩较大，该系统的轴带电机PTI模式有如下起动方式：
(1)方式a：主机带动轴系后轴带电机合排起动
主机带动桨和轴系运转后，轴带电机PTI起动并合排齿轮箱PTI离合器投入使用。
(2)方式b：轴带电机直接带桨和轴系起动
合排齿轮箱PTI离合器后，轴带电机PTI直接带动CPP和轴系起动。可有自藕降压起动、变频起动等起动方式，需设置变压器、变频器等设备。
(3)方式c：轴带电机PTI起动后高速合排带桨和轴系起动
轴带电机通过小异步电机(pony motor)或以限流异步起动技术起动升速至额定转速后，以PTI高速合排齿轮箱PTI离合器，带动CPP和轴系起动运转。
该系统缺点如下：
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型提供了一种柴油机和PTO/PTI可逆电机混合动力推进系统，能够降低系统复杂性，提高系统运行可靠性、经济性，保证动力系统的冗余性和安全性。
为了解决上述技术问题，本实用新型是这样实现的：
一种柴油机和PTO/PTI可逆电机混合动力推进系统，包括主柴油机、齿轮箱、PTO/PTI分系统、可调桨CPP及轴系，
其中，所述主柴油机采用中低速机；
所述齿轮箱采用双速比型齿轮箱；PTO、PTI离合器分开单独设置，PTO离合器设置为初级，PTI离合器设置为次级；PTI离合器采用柔性接排控制，即软接排；
双速比是指轴带电机作为PTO输出时与主机的连接速比和轴带电机作为PTI输入时与主机的连接(但实际并不连接)速比不同。从齿轮箱结构上来说，相对常规的PTO/PTI齿轮箱，通常需再增加1个离合器(PTO和PTI离合器分开，各1个)和1组不同速比的齿轮。
离合器柔性接排(软接排)，是指接排过程中，离合器主从动端打滑时间，或主从动端转速同步时间较长(通常10s以上)。
PTI离合器采用柔性接排，要求选用适当的离合器型号、调压阀，并配置适当的油压控制和滑油冷却系统。
所述PTO/PTI分系统包括PTO/PTI可逆电机、电机起动模块和PTO/PTI切换控制装置，采用电机起动后高速合排齿轮箱PTI离合器带动螺旋桨和轴系进行起动的启动方式，该启动方式采用小电机pony motor拖动起动或电机设计为限流异步起动；
所述可调桨CPP及轴系将扭矩转换为推力；
其整体连接关系为：主柴油机的输出轴连接齿轮箱中的主输入端，PTO/PTI分系统中的PTO/PTI可逆电机与齿轮箱中的PTO端相连，齿轮箱中的主输出端与可调桨CPP轴系相连。
有益效果：
1、本实用新型无需配置大容量变频器、变压器用于电机起动，因此设备投资小、系统配置简单、占用空间少。
2、本实用新型无需通过主机带动轴系起动，在主机故障时仍能正常工作，动力冗余度和安全性高，并且操作简便。
3、本实用新型采用优化的PTI驱动螺旋桨速比，提高了PTI模式螺旋桨运行经济性，并降低了电机功率实际需求、提高了安全裕度；PTI模式运行经济性好、系统可靠。
4、本实用新型采用PTI柔性接排离合器及其油压控制和润滑冷却系统，减少电流冲击、并兼顾离合器工作可靠性。
附图说明
图1为现有技术中PTO/PTI柴电混合动力推进系统配置型式示意图；
图2为本实用新型中PTO/PTI柴电混合动力推进系统配置结构示意图；
图3为应用本实用新型的双桨推进系统结构示意图。
其中，1-主柴油机、2-齿轮箱、3-PTO/PTI分系统、4-CPP螺旋桨及轴系。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本实用新型进行详细描述。
如附图2所示，本发明提供了一种柴油机和PTO/PTI可逆电机混合动力推进系统，包括主柴油机1、齿轮箱2、PTO/PTI分系统3、可调桨CPP及轴系4，
其中，所述主柴油机1采用中低速机；
所述齿轮箱2采用双速比型齿轮箱；PTO、PTI离合器分开单独设置，PTO离合器设置为初级，PTI离合器设置为次级；PTI离合器采用柔性接排控制，即软接排；
所述PTO/PTI分系统3包括PTO/PTI可逆电机、电机起动模块和PTO/PTI切换控制装置，采用电机起动后高速合排齿轮箱PTI离合器带动螺旋桨和轴系进行起动的启动方式，该启动方式采用小电机pony motor拖动起动或电机设计为限流异步起动；
所述可调桨CPP及轴系4将扭矩转换为推力；
其整体连接关系为：主柴油机1的输出轴连接齿轮箱2中的主输入端，PTO/PTI分系统3中的PTO/PTI可逆电机与齿轮箱2中的PTO端相连，齿轮箱2中的主输出端与可调桨CPP轴系4相连。
工作原理：
1、由于PTO离合器为初级，主柴油机1可在脱开主离合器(主离合器即齿轮箱中与主机相连的离合器)的情况下，单独带动可逆电机以PTO模式发电，此时螺旋桨不动作。
2、巡航航行时，主离合器合排(或接排)、PTO离合器合排，主机在驱动螺旋桨同时可以带动轴带电机以PTO模式发电，以替代或部分替代船舶电站供电，从而提升主机负荷区间、降低整体燃油消耗，提高动力系统运行经济性。
3、主机故障或者低速航行时，主离合器脱开、PTO离合器脱开，PTI离合器合排，通过电站发电(或其它轴系轴带电机发电)作为电源，轴带电机以PTI模式驱动螺旋桨推进，提高了动力系统冗余性和船舶运行可靠性。此模式工作时，可逆同步电机需先通过pony motor拖动起动(如是限流异步起动型电机则可直接起动)至同步转速；然后PTI离合器合排，合排过程为柔性合排，电机将螺旋桨和轴系带至PTI模式的额定转速(优化匹配转速，与主机驱动螺旋桨的额定转速不同，比后者低)工作。
如附图3所示，采用两套本实用新型的推进系统可组成一套双桨推进系统。
综上所述，以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的保护范围。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (1)
1.一种柴油机和PTO/PTI可逆电机混合动力推进系统，包括主柴油机1、齿轮箱(2)、PTO/PTI分系统(3)和可调桨CPP及轴系(4)；其特征在于，所述主柴油机(1)采用中低速机；
所述齿轮箱(2)采用双速比型齿轮箱；PTO、PTI离合器分开单独设置，PTO离合器设置为初级，PTI离合器设置为次级；PTI离合器采用柔性接排控制；
所述PTO/PTI分系统(3)包括PTO/PTI可逆电机、电机起动模块和PTO/PTI切换控制装置，采用电机起动后高速合排齿轮箱PTI离合器带动螺旋桨和轴系进行起动的启动方式，该启动方式采用小电机pony motor拖动起动或电机设计为限流异步起动；
所述可调桨CPP及轴系(4)将扭矩转换为推力；
其整体连接关系为：主柴油机(1)的输出轴连接齿轮箱(2)中的主输入端，PTO/PTI分系统(3)中的PTO/PTI可逆电机与齿轮箱(2)中的PTO端相连，齿轮箱(2)中的主输出端与可调桨CPP轴系(4)相连。
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