CN204802062U - 船的驱动系统 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及一种船的驱动系统。驱动系统包括两个驱动系，每个驱动系包括螺旋桨轴、用于驱动螺旋桨轴的构造成内燃机的主驱动器和构造成旋转电机的副驱动器，副驱动器可选地作为螺旋桨轴的驱动器或通过螺旋桨轴发电机式地驱动来运行。副驱动器设计和连接成，通过发电机式地运行第一副驱动器，以用于从由主驱动器直接驱动的第一螺旋桨轴的转动产生电能，并且第二副驱动器作为第二螺旋桨轴的由第一副驱动器驱动的驱动器来运行的方式来实现，使两个螺旋桨轴能仅借助由刚好一个主驱动器所做的功来驱动。

Description

船的驱动系统
技术领域
本实用新型涉及一种船的具有两个驱动系的驱动系统。
背景技术
经由大洋运输货物除了受经济方面影响之外主要还受到运输成本的影响。为了降低运输成本，例如总是使用更大的船，该船必须补偿与较小的船相比的更长的停泊时间，并且配备所谓的“绿色解决方案”以提高效率。在经济趋势衰退的情况下，有效地改装船的余地很小。此外，为了降低运输成本，愈发广泛地存在所谓的“减速航行”、即以节约燃料为目的而以降低的速度来针对性地行驶。例如在从欧洲到亚洲的航线上，当不装载或仅装载少量的昂贵货物时，限制集装箱货船的速度。然而，当船不是设计用于这些运行点时，此时其燃料消耗率提高，因为驱动机器不在其最佳的工作范围中运行。因此在具有两个驱动系的船中，这两个主驱动机构没有利用其部分优点。这种浪费由于性能下降也不能够或仅不能够充分地作为电能回馈到船舶电网中。
实用新型内容
本实用新型的目的在于，提供船的具有两个驱动系的改进的驱动系统。
船的根据本实用新型的驱动系统包括两个驱动系。在此，每个驱动系包括螺旋桨轴、用于驱动螺旋桨轴的构造成内燃机的主驱动器和构造成旋转电机的副驱动器，副驱动器选择性地能作为螺旋桨轴的驱动器运行或者能发电机式地受到螺旋桨轴驱动地运行。副驱动器设计和连接成，通过发电机式地运行第一副驱动器，以用于从由主驱动器直接驱动的第一螺旋桨轴的转动产生电能，并且第二副驱动器作为第二螺旋桨轴的由第一副驱动器驱动的驱动器来运行，使得两个螺旋桨轴能仅借助由刚好一个主驱动器所做的功来驱动。
因此，船的根据本实用新型的具有两个驱动系的驱动系统实现了，通过以下方式借助于由仅一个主驱动器产生的功率驱动这两个螺旋桨轴，即使第一螺旋桨轴直接由主驱动器驱动并且第二螺旋桨轴借助电能驱动，该电能借助副驱动器由第一螺旋桨轴的转动产生并且用于驱动第二螺旋桨轴。由此，这两个螺旋桨轴能够在速度较小时通过仅一个主驱动器驱动，由此在相应地设计驱动系统时，与利用这两个主驱动器运行相比，改进了驱动系统在低速度时的效率并且能够降低燃料消耗率。此外，这也降低维护需求并且降低维护驱动系统的维护成本，因为与在不适宜的运行点中的运行相比，主驱动器的磨损在其以适宜的运行点运行时降低，并且一个主驱动器至少暂时地完全没有负载。最后，通过船利用这两个主驱动器中的仅一个的可驱动性也提高了驱动系统的冗余并且进而提高船的运行安全性。
本实用新型的一个设计方案提出，设置至少一个用于从主驱动器的排气获取电能的能量获取设备。
在根据本实用新型的驱动系统中，从主驱动器的排气中获取电能是尤其有利的，因为在低速时利用仅一个主驱动器驱动船不仅改进了驱动系统的效率，而且基于用于驱动船的主驱动器的较高转速而提高了在低速时可从排气获取的能量。
优选地，在此，由至少一个能量获取设备从排气获取的能量能够输入到船的船舶电网中。
由此，从排气获取的能量能够有利地用于船舶电网的供电。
本实用新型的另一设计方案提出，每个驱动系具有与副驱动器相对应的变频器，借助于该变频器能够改变输送给副驱动器的并由副驱动器产生的交流电压的频率，并且每个副驱动器通过变频器能够作为驱动其它副驱动器的发电机来运行。
本实用新型的该设计方案实现了经由变频器耦合副驱动器，以便将螺旋桨轴的旋转能量用于电驱动各个其他的螺旋桨轴。
当驱动系统除了变频器之外具有至少一个用于从主驱动器的排气获取电能的能量获取设备时，由至少一个能量获取设备从排气获取的能量优选地能够输送给至少一个变频器，以用于驱动与变频器相对应的副驱动器。
由此，从排气中获取的能量有利地也能用于驱动螺旋桨轴。
具有与副驱动器相对应的变频器的驱动系统的另一设计方案提出，电能从船的船舶电网中经由与副驱动器相对应的变频器能够输送给每个副驱动器。
这实现了，使用来自船舶电网的能量以用于驱动船，并且进而扩大了以下可行性，即将驱动器功率分级地分配到不同的部件上并且进一步优化了效率。特别地，来自船舶电网的能量能够有利地用于产生驱动器功率，该驱动器功率仅比只由一个主驱动器能产生的功率大相对很小的附加功率，因为附加功率此时能够从船舶电网提取，而不必使用第二主驱动器，这降低了驱动系统的效率并且相对于应用仅一个主驱动器提高了燃料消耗率。
此外优选的是，至少一个主驱动器以用于驱动这两个螺旋桨轴的额定功率来设计，即额定功率仅仅由主驱动器产生并且由在主驱动器至少接近最小燃料消耗率时从其排气获取的电能来产生。
由此，尤其当额定功率指向到在慢速行驶时优选的船速时，进一步优化了在低速时的驱动系统的效率和燃料消耗率。
本实用新型的其它设计方案提出，这两个主驱动器针对不同的最大功率设计。
由此，驱动系统能够优化到不同的低速上，其中分别仅使用主驱动器中的一个。此外，通过适当地设计主驱动器能够节约驱动系统的重量、结构空间和投资成本。
本实用新型的其它设计方案提出，设置有使这两个副驱动器耦合的电轴。
该设计方案有利地实现了，经由使这两个副驱动器耦合的电轴使这两个螺旋桨轴电耦合。相对于前述的经由变频器耦合副驱动器，由此有利地降低了在副驱动器之间传递能量时的损失。
在用于运行根据本实用新型的驱动系统的根据本实用新型的方法中，用于驱动这两个螺旋桨轴的驱动器功率在第一功率区间中仅由刚好一个主驱动器产生。在此，第一螺旋桨轴直接由主驱动器驱动，并且借助于电能驱动第二螺旋桨轴，该电能借助于发电机式运行的第一副驱动器从第一螺旋桨轴的转动来获取并且用于借助第二副驱动器驱动第二螺旋桨轴。
这具有上面已经提到的在低速时提高效率和降低燃料消耗率的优点，该速度对应于第一功率区间。
优选地，第一功率区间定义为，其包含如下驱动器功率，在该驱动器功率中，产生了该驱动器功率的主驱动器具有最小燃料消耗率。
由此，有利地优化第一功率区间中的燃料消耗率。
用于具有与副驱动器相对应的变频器的驱动系统的方法的一个设计方案提出，用于驱动这两个螺旋桨轴的驱动器功率在第二功率区间中仅由刚好一个主驱动器和由从船舶电网提取的功率产生。在此，第一螺旋桨轴直接由主驱动器驱动，并且借助于电能驱动第二螺旋桨轴，该电能一部分从船舶电网提取，并且第二部分借助于作为发电机运行的第一副驱动器由第一螺旋桨轴的转动获取，并且电能经由与第二副驱动器相对应的变频器输送给第二副驱动器并且用于借助作为发动机运行的第二副驱动器驱动第二螺旋桨轴。
这具有上述的优点，即从船舶电网中提取第二功率区间的驱动器功率，该驱动器功率仅比只由一个主驱动器能产生的功率大相对很小的附加功率，而没有使用第二主驱动器并且由此降低驱动系统的效率，并且与应用仅一个主驱动器相比提高了燃料消耗率。
用于具有与副驱动器相对应的变频器并具有用于从主驱动器的排气获取电能的至少一个能量获取设备的驱动系统的根据本实用新型的方法的另一设计方案提出，用于驱动这两个螺旋桨轴的、与主驱动器的上述额定功率一致的驱动器功率仅由刚好一个以该额定功率设计的主驱动器和由从该主驱动器的排气获取的电能来产生。在此，第一螺旋桨轴直接由主驱动器驱动，并且借助电能驱动第二螺旋桨轴，该电能一部分由主驱动器的排气来获取，并且第二部分借助作为发电机运行的第一副驱动器由第一螺旋桨轴的转动来获取，并且电能经由与第二副驱动器相对应的变频器输送给第二副驱动器，并且用于借助作为发动机运行的第二副驱动器驱动第二螺旋桨轴。
由此，船能有效且有效率地在与主驱动器的额定功率相对应的运行点中运行，其中，主驱动器良好地满载并且进而其燃料消耗率是低的，第二主驱动器不运行，能够实现足够的速度并且从排气中获取的排气功率完全地用于船的驱动。
附图说明
本实用新型的上述属性、特征和优点以及实现这些的方式和方法结合下述根据附图详细阐述的对实施例的示意性说明而更清楚易懂。在此示出：
图1是船的耦合到船舶电网处的驱动系统的根据第一实施例的框图，
图2是船的驱动系统的部件的功率的特征曲线，并且
图3是船的耦合到船舶电网处的驱动系统的根据第二实施例的框图。
相互对应的部件在附图中以相同的标号标出。
具体实施方式
图1示出船的耦合到船舶电网1处的驱动系统2的根据第一实施例的框图。
船舶电网1具有用于产生船舶电网1的电能的多个船舶电网发电机11至14。船舶电网发电机11至14例如分别通过(未示出的)内燃机、例如柴油机来驱动。
驱动系统2具有两个驱动系3，4。每个驱动系3，4包括
用于船的螺旋桨32，42的螺旋桨轴31，41，
用于驱动相应的螺旋桨轴31，41的、构造成内燃机、例如构造成二冲程柴油机的主驱动器33，43，
用于从相应的主驱动器33，43的排气中获取电能的能量获取设备34，44，
构造成旋转电机的副驱动器35，45，其选择性地能够作为驱动相应的螺旋桨轴31，41的发动机或能够作为受到螺旋桨轴31，41驱动的发电机来运行，
与相应的副驱动器35，45相对应的变频器36，46，借助该变频器能够改变输送给副驱动器35，45的和由副驱动器35，45产生的交流电压的频率，
和离合器37，47，借助于其能够使相应的主驱动器33，43与相应的螺旋桨轴31，41脱耦。
副驱动器35，45和变频器36，46如下地设计和连接，使得通过使第一副驱动器35作为发电机来运行，以用于从由主驱动器33直接驱动的第一螺旋桨轴31的转动产生电能，并且第二副驱动器45作为由第一副驱动器35驱动的发动机来运行，以用于驱动第二螺旋桨轴41，使这两个螺旋桨轴31，41能够仅借助由第一主驱动器33所做的功来驱动。
由能量获取设备34，44从排气获取的能量能够完全或部分地分别输入到船舶电网1中或者能够输送给变频器36，46，以用于驱动与变频器36，46相对应的副驱动器35，45。
来自船舶电网1的电能经由与副驱动器相对应的变频器36，46输送给每个副驱动器35，45，并且由每个副驱动器35，45在其作为发电机的运行中产生的能量能够输入到船舶电网1中。
在图1中示出的实施例能够如下地转换，使得变频器36，46不能或不仅能与船舶电网1连接，而是替选地或附加地能够直接彼此连接。
图2示出图1中示出的驱动系统2的部件的功率P的与螺旋桨轴31，41的转速n相关的特征曲线图，其中，这两个螺旋桨轴31，41以相同的转速n驱动。所示出的是对于驱动这两个螺旋桨轴31，41所必需的驱动器功率50、由第一驱动系3的第一主驱动器33在其以相应的转速n运行时产生的主驱动器功率51和从第一主驱动器33的排气获取的与转速n相关的排气功率52。此外示出属于第二驱动系4的第二副驱动器45的(与转速n无关的)最大电机功率53和第一主驱动器33与第二副驱动器45的总功率54。
第一主驱动器33的主驱动器功率51足以将这两个螺旋桨轴31，41驱动至第一功率值P1。因此，这两个螺旋桨轴31，41在第一功率区间中仅通过第一主驱动器33的主驱动器功率51驱动，该第一功率区间的上限通过不超过第一功率值P1的第零个功率值P0来限定，其中切断第二主驱动器43。对此，第一螺旋桨轴31直接由第一主驱动器33驱动。第二螺旋桨轴41借助电能驱动，该电能借助作为发电机运行的第一副驱动器35从第一螺旋桨轴31的转动来获取、经由这两个变频器36，46输送给第二副驱动器45并且用于借助作为发动机运行的第二副驱动器45驱动第二螺旋桨轴41。从第一主驱动器33的排气获取的排气功率52输入到船舶电网1中。
在常见的集装箱货船中，第一功率值P1例如能够大约为12MW，与第一功率值P1相对应的第一转速值n1大约为45min-1，船的与第一功率值P1相对应的速度大约为13节，第零个功率值P0大约为9MW，对应于第零个功率值P0的第零个转速值n0大约为38min-1，并且船的与第零个功率值P0相对应的速度大约为12节。
在第一功率值P1之上，第一主驱动器33的主驱动器功率51不足以驱动这两个螺旋桨轴31，41。为了实现船的小的附加速度、例如速度从12节提高至14节，不经济的是，使用第二主驱动器43以便提供相对很小的附加功率需求(例如2.5至5MW)。此外，使用第二主驱动器43会降低在第一主驱动器33上的负载并且进而也降低从排气获取的能量。因此，在第零个功率值P0和第二功率值P2之间的第二功率区间中，从船舶电网1获取该小的附加功率，即由船舶电网发电机11至14产生。
因此在第二功率区间中，第一螺旋桨轴31同样直接由第一主驱动器33驱动。第二主驱动器41现在借助电能驱动，该电能一部分从船舶电网1中获取，并且第二部分借助作为发电机运行的第一副驱动器35从第一螺旋桨轴31的转动获取，并且该电能经由与第二副驱动器相对应的变频器46输送给第二副驱动器45并且用于借助作为发动机运行的第二副驱动器45驱动第二螺旋桨轴41。
第二功率值P2选择为，使得在该第二功率值P2时借助第一主驱动器33的主驱动器功率51和从第一主驱动器33的排气获取的排气功率52能够驱动这两个螺旋桨轴31，41。第一主驱动器33设计成，使得其在以与第二功率值P2相对应的第二转速值n2运行时具有至少接近最小的燃料消耗率。
在第二功率值P2时，第一螺旋桨轴31直接由第一主驱动器33驱动，并且第二螺旋桨轴41借助电能驱动，该电能一部分从第一主驱动器33的排气中获取，并且第二部分借助作为发电机运行的第一副驱动器35从第一螺旋桨轴31的转动获取，并且该电能经由与第二副驱动器相对应的变频器46输送给第二副驱动器45，并且用于借助作为发动机运行的第二副驱动器45驱动第二螺旋桨轴41。
因此，在第二功率值P2时，船舶电网发电机11至14再次仅仅用于船舶电网1的供电，并且仅借助由第一主驱动器33产生的主驱动器功率51和从第一主驱动器33的排气获取的排气功率52以第一主驱动器33的良好效率驱动两个螺旋桨轴31，41。驱动系统2如下地设计，使得第二功率值P2与优选的速度相对应，船在缓慢行驶时以该速度行驶。在典型的集装箱货船中，第二功率值P2例如为大约25MW，第二转速值n2为大约57min-1，并且船的与第二功率值P2相对应的速度大约为17节。
因此，船能够有效地且有效率地在对应于第二功率值P2的运行点中运行，其中，第一主驱动器33良好地满载并且进而燃料消耗率低，第二主驱动器43不运行，能够实现足够的速度，并且从第一主驱动器33的排气获取的排气功率52完全地用于船的驱动。驱动系统2优选地借助智能功率管理系统(PMS)控制。
图3示出船的耦合到船载网络1处的驱动系统2的根据第二实施例的框图。该实施例与图1中示出的第一实施例的区别在于，这两个副驱动器35，45不能够经由变频器36，46与船舶电网1连接，而是直接地能够彼此经由电轴5耦合。为了利用仅由第一主驱动器33产生的功率驱动这两个螺旋桨轴31，41，第一螺旋桨轴41直接由第一主驱动器33驱动并且第二螺旋桨轴41借助电能驱动，该电能借助于发电机式地运行的第一副驱动器35从第一螺旋桨轴31的转动来获取并且借助电轴5输送给第二副驱动器45。
在图1和3中示出的实施例也能够通过以下方式彼此组合，副驱动器35，45既能够经由变频器36，46与船舶电网1连接，还能够直接地彼此经由电轴5耦合。
尽管通过优选的实施例在细节上详细地阐述并描述了本实用新型，但本实用新型并不局限于所公开的实例，并且其他的变体能够由专业人员推导出，这并不脱离本实用新型的保护范围。

Claims (13)

1.一种船的驱动系统(2)，包括两个驱动系(3，4)，其中，每个驱动系(3，4)包括
螺旋桨轴(31，41)，
用于驱动所述螺旋桨轴(31，41)的构造成内燃机的主驱动器(33，43)，
和构成为旋转电机的副驱动器(35，45)，该副驱动器选择性地能够作为所述螺旋桨轴(31，41)的驱动器来运行或能够发电机式地受到所述螺旋桨轴(31，41)驱动地运行，其特征在于
所述副驱动器(35，45)设计和连接成，通过
发电机式地运行第一副驱动器(35，45)，以用于从由所述主驱动器(33，43)直接驱动的第一螺旋桨轴(31，41)的转动产生电能，
并且第二副驱动器(35，45)作为第二螺旋桨轴(31，41)的由所述第一副驱动器(35，45)驱动的驱动器来运行，
使得两个所述螺旋桨轴(31，41)能仅借助由刚好一个主驱动器(33，43)所做的功来驱动。
2.根据权利要求1所述的驱动系统(2)，其特征在于，设置至少一个用于从主驱动器(33，43)的排气获取电能的能量获取设备(34，44)。
3.根据权利要求2所述的驱动系统(2)，其特征在于，由至少一个所述能量获取设备(34，44)从排气获取的能量能够输入到所述船的船舶电网(1)中。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的驱动系统(2)，其特征在于，每个所述驱动系(3，4)具有与所述副驱动器(35，45)相对应的变频器(36，46)，借助于该变频器能够改变输送给所述副驱动器(35，45)的和由所述副驱动器(35，45)产生的交流电压的频率，并且每个所述副驱动器(35，45)通过所述变频器(36，46)能够作为驱动其他副驱动器(35，45)的发电机来运行。
5.根据权利要求4所述的驱动系统(2)，其特征在于，由至少一个所述能量获取设备(34，44)从排气获取的能量能够输送给至少一个所述变频器(36，46)，以用于驱动与所述变频器(36，46)相对应的所述副驱动器(35，45)。
6.根据权利要求4所述的驱动系统(2)，其特征在于，电能能够从所述船的船舶电网(1)中经由与所述副驱动器相对应的所述变频器(36，46)输送给每个所述副驱动器(35，45)。
7.根据权利要求5所述的驱动系统(2)，其特征在于，电能能够从所述船的船舶电网(1)中经由与所述副驱动器相对应的所述变频器(36，46)输送给每个所述副驱动器(35，45)。
8.根据权利要求2或3所述的驱动系统(2)，其特征在于，至少一个主驱动器(33，43)以用于驱动两个所述螺旋桨轴(31，41)的额定功率来设计，即所述额定功率仅仅由所述主驱动器(33，43)产生并且由在所述主驱动器(33，43)至少接近最小燃料消耗率时从所述主驱动器的排气获取的电能来产生。
9.根据权利要求5所述的驱动系统(2)，其特征在于，至少一个主驱动器(33，43)以用于驱动两个螺旋桨轴(31，41)的额定功率来设计，即所述额定功率仅仅由所述主驱动器(33，43)产生并且由在所述主驱动器(33，43)至少接近最小燃料消耗率时从所述主驱动器的排气获取的电能来产生。
10.根据权利要求1至3中任一项所述的驱动系统(2)，其特征在于，这两个所述主驱动器(33，43)针对不同的最大功率来设计。
11.根据权利要求4所述的驱动系统(2)，其特征在于，这两个所述主驱动器(33，43)针对不同的最大功率来设计。
12.根据权利要求1至3中任一项所述的驱动系统(2)，其特征在于，设置有使两个所述副驱动器(35，45)耦合的电轴(5)。
13.根据权利要求4所述的驱动系统(2)，其特征在于，设置有使两个所述副驱动器(35，45)耦合的电轴(5)。
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