串列式共轴柴电联合推进系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种串列式共轴柴电联合推进系统，机械推进部分包括主柴油机、推进离合器、串列式共轴永磁电机、定距桨，定距桨的轴系直接穿过串列式共轴永磁电机的绕组，通过推进离合器与主柴油机的推进轴连接；电力推进部分包括辅助柴油发电机组、串列式共轴永磁电机、并网变流器、船舶电站，船舶电站包括交流母排、直流母排、蓄电池组、网侧变流器、DC/DC整流器，辅助柴油发电机组与交流母排连接，蓄电池组通过DC/DC整流器与直流母排连接，网侧变流器连接于交流母排和直流母排之间，串列式共轴永磁电机通过并网变流器与直流母排连接。本实用新型专利技术根据不同工况灵活配置纯柴、纯电和柴电联合推进，保证船舶在全工况下都具有较高的运行效率。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种船用推进系统,尤其涉及一种串列式共轴柴电联合推进系统，属于船舶设备

技术介绍
柴油机具有功率范围广、经济性好、重量轻、尺寸小、附属设备少、负荷变化迅速等诸多优点，作为船舶推进动力使用了约一个世纪。但随着经济的发展，其固有的缺点也不断暴露，比如低速性能及过载能力均较差，工作环境因为振动和噪声变差，其排除的废气含有害物质（NOX、SOX 、CO2等）。电力推进作为船舶的新型推进动力，由于其高效率、高可靠性、高自动化以及低维护的优点，正成为当今大型船舶青睐的主推进系统。同传统的机械推进方式相比，采用电力推进的船舶在经济性、振动、噪声、船舶操纵、布置和安全可靠性等方面具有明显的优点。但电力推进也有其不足之处，如价格昂贵，系统设备复杂，变频器和变压器等存在中间功率损耗。对采用全回转舵桨或吊舱式（POD）推进器而言，其航向偏移和稍微改变航向都需要操纵功率较大的推进器，而频繁改变方向和负荷的推进器有疲劳损伤的风险，对操作管理要求高。基于这一现状，新型柴电联合推进系统的研发意义深远。串列式共轴柴电联合推进系统，可以发挥柴油机推进和电力推进两种动力推进方式的综合优势，既能解决船舶工况复杂、对船舶推进功率和定位能力要求差异大的特点，又能提升船舶使用的经济性、机动性、可靠性以及定位能力。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种串列式共轴柴电联合推进系统，将机械推进和电力推进结合在一起，根据不同工况、不同需求，灵活配置纯柴、纯电和柴电联合推进，保证船舶在全工况下都具有较高的运行效率，减少船舶总燃油消耗量和废气排放，节约船舶运营成本，提高船舶运行可靠性。本技术的目的是通过以下技术方案予以实现：一种串列式共轴柴电联合推进系统，包括机械推进部分、电力推进部分，所述机械推进部分包括主柴油机5、推进离合器3、串列式共轴永磁电机4、定距桨1，所述定距桨1的轴系直接穿过串列式共轴永磁电机4的绕组，通过推进离合器3与主柴油机5的推进轴连接；所述电力推进部分包括辅助柴油发电机组7、串列式共轴永磁电机4、并网变流器2、船舶电站6，所述船舶电站6包括交流母排（AC BUS）、直流母排（DC BUS）、蓄电池组8、网侧变流器10、DC/DC整流器11，所述辅助柴油发电机组7与交流母排连接，所述蓄电池组8通过DC/DC整流器11与直流母排连接，所述网侧变流器10连接于交流母排和直流母排之间，所述串列式共轴永磁电机4通过并网变流器2与直流母排连接。本技术的目的还可以通过以下技术措施来进一步实现：前述串列式共轴柴电联合推进系统，其中并网变流器2的型号为VACON NXP系列变流器。前述串列式共轴柴电联合推进系统，其中网侧变流器10的型号为VACON NXP系列变流器。前述串列式共轴柴电联合推进系统，其中辅助柴油发电机组7为小型柴油发电机组。前述串列式共轴柴电联合推进系统，还包括超级电容9，所述超级电容9通过DC/DC整流器11与直流母排连接。与现有技术相比，本技术的有益效果是：本技术的轴带电机为永磁电机，既可以工作在电动机状态，又可以工作在发电机状态，并且能够与柴油发电机无缝并网运行，极大程度的提高了船舶的续航能力。本技术供配电系统采用先进的直流微网供配电系统，以蓄电池组、超级电容、同步发电机作为主能源，可接入风能、光伏以及岸电作为辅助能源，永磁电机功率因素较高从而大大减少了直流母线上的谐波问题，进而可以选用较小的直流母线滤波电容，降低了成本、保证船舶电网质量、提高系统可靠性。动力装置采用串列式共轴电机与船舶主机共同或各自单独驱动。解决船舶低速时柴油机效率低、排放高的问题，可达到港内零排放。采用双向变流技术，使能量双向转换、柴电匹配无缝连接。串轴式永磁电机将机械推进系统和电力推进系统连接为一个整体。串列式共轴永磁发电/电动机通过推进离合器与船舶主机推进轴系连接，摒弃了传统机械的减速齿轮箱，使得船舶大型设备布置更灵活、有效空间更多、费用减少。附图说明图1是本技术的系统结构图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本技术作进一步说明。传统的船舶推进系统由纯柴或纯电驱动。纯柴动力在机舱布局、柴油机效率、节能减排及维护等多方面存在局限，而纯电推进受制于成本及制造技术，虽有柴电混合推进，但其纯电模式并非主要推进方式。本技术串列式共轴柴电联合推进系统，将机械推进和电力推进结合在一起，根据不同工况、不同需求，灵活配置纯柴、纯电和柴电联合推进，有效地解决船舶全工况下高效率动力输出问题。如图1所示，本技术串列式共轴柴电联合推进系统，包括机械推进部分、电力推进部分，所述机械推进部分包括主柴油机5、推进离合器3、串列式共轴永磁电机4、定距桨1，所述定距桨1的轴系直接穿过串列式共轴永磁电机4的绕组，通过推进离合器3与主柴油机5的推进轴连接；所述电力推进部分包括辅助柴油发电机组7、串列式共轴永磁电机4、并网变流器2、船舶电站6，所述船舶电站6包括交流母排（AC BUS）、直流母排（DC BUS）、蓄电池组8、超级电容9、网侧变流器10、DC/DC整流器11，所述辅助柴油发电机组7与交流母排连接，所述蓄电池组8、超级电容9通过DC/DC整流器11与直流母排连接，所述网侧变流器10连接于交流母排和直流母排之间，所述串列式共轴永磁电机4通过并网变流器2与直流母排连接。所述并网变流器2、网侧变流器10的型号为VACON NXP系列变流器。本技术的工作原理及过程如下：全电力推进工况：在该工况下，串列式共轴永磁电机4工作在电动机状态，主柴油机5停机。辅助柴油发电机组7放电，送至交流母排，并通过网侧变流器10将交流电逆变成直流电送至直流母排，直流母排向并网变流器2供电，并网变流器2将直流电逆变成交流电驱动串列式共轴永磁电机4对定距桨1提供动力。船舶用电负荷取自交流母排。所述蓄电池组8、超级电容9可通过DC/DC整流器11将电能输送至直流母排给推进系统供电，直流母排也可以通过DC/DC整流器11对蓄电池组8、超级电容9充电。全机械推进工况：在该工况下，串列式共轴永磁电机4工作在发电机状态，主柴油机5同时向定距桨1和串列式共轴永磁发电机4提供能量。串列式共轴永磁发电机4产生的电能通过并网变流器2整流后送至直流母排，一部分经DC/DC整流器11存储于蓄电池组8和超级电容9，另一部分通过网侧变流器10逆变成交流电送至交流母排驱动船舶用电设备。柴电联合推进工况：在该工况下，串列式共轴永磁电机4工作在电动机状态，主柴油机5运行。主柴油机5通过推进离合器3与串列式共轴永磁电机4串联运行，共同驱动定距桨1。这种工况下，船舶可以获得比原来更高的推进效率，即主机输出功率+串列式共轴永磁电机输出功率。永磁电机供电来自船舶电站6。串列式共轴柴电联合推进系统，可以使得船舶主柴油机永远保持在相对较高的效率下运行。由于串轴式永磁电机的不同工作模式，可以减小主机推进功率，进而减少能量的消耗，降低了柴油机的安装功率，优化了船舶电站管理系统，提高能源利用效率，进一步较少环境污染气体的排放。串列式共轴柴电联合推进系统设置灵活，便于控制，给船舶设计保留了更大的空间。串列式共轴柴电联合推进系统摒弃了传统减速齿轮箱的使用，共轴电机采本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种串列式共轴柴电联合推进系统，其特征在于，包括机械推进部分、电力推进部分，所述机械推进部分包括主柴油机（5）、推进离合器（3）、串列式共轴永磁电机（4）、定距桨（1），所述定距桨（1）的轴系直接穿过串列式共轴永磁电机（4）的绕组，通过推进离合器（3）与主柴油机（5）的推进轴连接；所述电力推进部分包括辅助柴油发电机组（7）、串列式共轴永磁电机（4）、并网变流器（2）、船舶电站（6），所述船舶电站（6）包括交流母排、直流母排、蓄电池组（8）、网侧变流器（10）、DC/DC整流器（11），所述辅助柴油发电机组（7）与交流母排连接，所述蓄电池组（8）通过DC/DC整流器（11）与直流母排连接，所述网侧变流器（10）连接于交流母排和直流母排之间，所述串列式共轴永磁电机（4）通过并网变流器（2）与直流母排连接。

【技术特征摘要】
1.一种串列式共轴柴电联合推进系统，其特征在于，包括机械推进部分、电力推进部分，所述机械推进部分包括主柴油机（5）、推进离合器（3）、串列式共轴永磁电机（4）、定距桨（1），所述定距桨（1）的轴系直接穿过串列式共轴永磁电机（4）的绕组，通过推进离合器（3）与主柴油机（5）的推进轴连接；所述电力推进部分包括辅助柴油发电机组（7）、串列式共轴永磁电机（4）、并网变流器（2）、船舶电站（6），所述船舶电站（6）包括交流母排、直流母排、蓄电池组（8）、网侧变流器（10）、DC/DC整流器（11），所述辅助柴油发电机组（7）与交流母排连接，所述蓄电池组（8）通过DC/DC整流器（11）与直流母排连接，所述网...

【专利技术属性】
技术研发人员：王之民，陈松涛，陈石，渠吉朋，
申请(专利权)人：镇江赛尔尼柯自动化有限公司，
类型：新型
国别省市：江苏;32