一种双机双桨式气电混合船舶动力系统技术方案

本发明专利技术的目的在于提供一种双机双桨式气电混合船舶动力系统，整个系统由气体机、可逆电机、蓄电池、永磁耦合器、离合器、齿轮箱、螺旋桨、天然气存储供给装置、逆变器、变频器、整流器、配电板组成。该系统主要特征如下：两台气体机通过永磁耦合器与齿轮箱相连，两台可逆电机通过离合器与齿轮箱相连，电力源为蓄电池。本发明专利技术所采用的多种能量形式的布置可以满足船舶在各种环境和工况下的需求，进一步提高了气体机、可逆电机的运行效率，有效降低了气体机的燃料消耗和排放，同时改善了船舶的动力响应，而且系统的适用范围广泛。

A dual engine two paddle pneumatic electric hybrid marine power system

The object of the present invention is to provide a dual-engine and double-propeller hybrid ship power system, which is composed of a gas engine, a reversible motor, a storage battery, a permanent magnet coupler, a clutch, a gearbox, a propeller, a natural gas storage and supply device, an inverter, a frequency converter, a rectifier and a distribution board. The main features of the system are as follows: two gas engines are connected to the gearbox by permanent magnet coupler, two reversible motors are connected to the gearbox by clutch, and the power source is battery. The arrangement of various energy forms adopted by the invention can meet the requirements of the ship in various environments and working conditions, further improve the operation efficiency of the gas engine and reversible motor, effectively reduce the fuel consumption and emission of the gas engine, and improve the dynamic response of the ship, and the system has a wide application range.

【技术实现步骤摘要】
一种双机双桨式气电混合船舶动力系统
本专利技术涉及的是一种动力系统，具体地说是船舶动力系统。
技术介绍
随着我国能源问题和环境问题日益严峻，以及国际油价的快速上涨，这就对船舶的经济性和排放性提出了更高的要求，也使船舶的节能减排技术成为大家关注和研究的热点之一。天然气作为发动机的燃料是未来船舶发动机发展的必然趋势，天然气有着绿色环保、经济实惠、安全可靠的优点。但受现阶段天然气发动机技术水平不高的限制，天然气发动机存在动力响应差、功率不足等缺点。纯电动船舶电力推进系统是未来船舶技术研究的前沿，具有良好的经济性、操纵性、安全性、低噪声以及低污染等优点。然而，受发电方式、功率密度以及储能技术的影响，现阶段的纯电动船舶并不能达到高性能的速度、加速度和自控性，其续航能力也受其电池容量制约。船舶混合动力技术有助于解决能源问题与技术不成熟之间的矛盾，为船舶从传统的内燃机推进方式过渡到纯电力推进方式提供可行性方案。同时，混合动力船舶兼有内燃机推进船舶和纯电力推进船舶的优点：相比于内燃机推进船舶，可根据负荷大小选择工作模式，保证所有工况下的燃油经济性，冗余性好；相比于纯电力推进船舶，初期投入成本低，且续航能力强。因此，发展混合动力船舶具有非常重大的意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供改善船舶动力性、经济性和排放性的一种双机双桨式气电混合船舶动力系统。本专利技术的目的是这样实现的：本专利技术一种双机双桨式气电混合船舶动力系统，其特征是：包括第一气体机、第二气体机、齿轮箱、蓄电池、第一可逆电机、第二可逆电机，第一气体机的输出端通过第一永磁耦合器与齿轮箱的第一输入端相连，第二气体机的输出端通过第二永磁耦合器与齿轮箱的第二输入端相连，第一可逆电机的输入/输出端通过第一离合器与齿轮箱的第一输出/输入端相连，第二可逆电机的输入/输出端通过第二离合器与齿轮箱的第二输出/输入端相连，齿轮箱的输出端分别与第一螺旋桨和第二螺旋桨相连，液化天然气罐与气体供给装置相连，气体供给装置分别连通第一气体机和第二气体机，蓄电池、船舶负载、逆变器、整流器均与配电板电连，逆变器通过变频器与第一可逆电机和第二可逆电机相连，第一可逆电机和第二可逆电机与整流器电连。本专利技术还可以包括：1、第一气体机、第二气体机、蓄电池的工作模式包括机械推进模式；所述机械推进模式包括：气体机推进模式、气体机推进辅助发电模式；(1)气体机推进模式：第一气体机和第二气体机处于运行状态，第一永磁耦合器和第二永磁耦合器闭合，第一离合器和第二离合器断开，由第一气体机和第二气体机带动第一螺旋桨和第二螺旋桨运转；(2)气体机推进辅助发电模式：第一气体机、第二气体机、第一可逆电机和第二可逆电机处于运行状态，第一可逆电机和第二可逆电机为发电机模式，永磁耦合器和离合器均闭合，由第一气体机和第二气体机带动第一螺旋桨和第二螺旋桨运转的同时带动第一可逆电机和第二可逆电机发电，经整流器汇入配电板。2、第一气体机、第二气体机、蓄电池的工作模式包括电力推进模式；所述电力推进模式包括：蓄电池推进模式、岸电充电模式；(1)蓄电池推进模式：第一可逆电机和第二可逆电机处于电动机运行状态，其所需电力由蓄电池提供，汇入配电板后经逆变器、变频器输入，第一永磁耦合器和第二永磁耦合器断开，第一离合器和第二离合器闭合，由第一可逆电机和第二可逆电机带动第一螺旋桨和第二螺旋桨运转；(2)岸电充电模式：当船舶在港口和岸边停靠时，外接电源为蓄电池充电。3、第一气体机、第二气体机、蓄电池的工作模式包括混合推进模式；所述混合推进模式包括：气电混合推进模式、气电混合推进辅助发电模式；(1)气电混合推进模式：第一气体机、第二气体机、第一可逆电机和第二可逆电机处于运行状态，第一可逆电机和第二可逆电机为电动机模式，其所需电力由蓄电池提供，汇入配电板后经逆变器、变频器输入，永磁耦合器和离合器均闭合，由第一气体机、第二气体机、第一可逆电机和第二可逆电机共同带动第一螺旋桨和第二螺旋桨运转；(2)气电混合推进辅助发电模式：第一气体机、第二气体机、第一可逆电机和第二可逆电机处于运行状态，第一可逆电机为发电机模式，第二可逆电机为电动机模式，第二可逆电机所需电力由第一气体机、第二气体机带动第一可逆电机发电来提供，经整流器汇入配电板后再经逆变器、变频器输入，永磁耦合器和离合器均闭合，由第一气体机、第二气体机、第一可逆电机和第二可逆电机共同带动第一螺旋桨和第二螺旋桨运转；或第一可逆电机为电动机模式，第二可逆电机为发电机模式。4、第一气体机和第二气体机为天然气发动机或双燃料发动机，第一可逆电机和第二可逆电机为永磁电机，蓄电池为铅酸蓄电池或锂离子电池。本专利技术的优势在于：1.本专利技术提出了一种双机双桨式气电船舶混合动力系统，设置有气体机、两台可逆电机，功率覆盖范围广，可以满足船舶在各种工况下的动力需求，并能使气体机、可逆电机更好的工作在高效率区，从而降低了气体机的燃料消耗，提高了船舶的经济性和排放性，同时有效改善了船舶航行时的动力响应，提升了船舶的加减速性能和倒船性能。2.气体机和齿轮箱之间采用永磁耦合器代替传统的离合器连接，实现了发动机的柔性并车，有效改善了气体机在并车时受到的冲击和震动，延长了气体机的使用寿命，虽然相比离合器，永磁耦合器的动力响应较慢，但用在混合动力系统中可以很好的避免该缺点。3.多种动力源的布置方案提高了船舶的可靠性和适用性，通过永磁耦合器和离合器的闭合及断开以及可逆电机工作模式的切换，本专利技术所提供的混合动力系统可以实现多种工作模式，有效提高了船舶混合动力系统的效率，可根据实际动力需求和船舶航行环境，选择合适的工作模式。该方案不仅能够满足不同港口和海域的排放标准，还能有效缓解技术不成熟与愈加严格的排放标准之间的矛盾，提高了船舶的经济性和排放性。4.采用本系统提供的船舶混合动力系统，船舶可以不用安装发电用的柴油辅机，船舶负载的电力供给由蓄电池和可逆电机代替，故可有效节省船舱空间以及减少一定的初期投入。附图说明图1为本专利技术的结构示意图。具体实施方式下面结合附图举例对本专利技术做更详细地描述：结合图1，本专利技术一种双机双桨式气电船舶混合动力系统，由气体机1a和1b、永磁耦合器2a和2b、齿轮箱3、可逆电机4a和4b、离合器5a和5b、螺旋桨6a和6b、液化天然气罐7、气体供给装置8、气阀9、柴油机10、发电机11、蓄电池10、充电插头11、船舶负载12、配电板13、逆变器14、变频器15、整流器16。其连接关系为：气体机1a和1b的输出端分别通过永磁耦合器2a和2b与齿轮箱3的两个输入端相连，可逆电机4a和4b的输入/输出端分别通过离合器5a和5b与齿轮箱3的另外两个输出/输入端相连，齿轮箱3的输出端分别与螺旋桨6a和6b相连，液化天然气罐7与气体供给装置8气连，并通过气阀9将天然气输送至气体机1a和1b中，蓄电池10、船舶负载12、逆变器14、整流器16都通过开关与配电板13电连，逆变器14通过变频器15与可逆电机4a和4b电连，可逆电机4a和4b与整流器16电连，蓄电池10带有可外接充电的插头11。本实施例中，气体机1a和1b优选纯天然气发动机或双燃料发动机，可逆电机4a和4b优选具有高效率、高功率密度、寿命长等优点永磁电机，蓄电池10优选成本低、可靠性好的铅本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双机双桨式气电混合船舶动力系统，其特征是：包括第一气体机、第二气体机、齿轮箱、蓄电池、第一可逆电机、第二可逆电机，第一气体机的输出端通过第一永磁耦合器与齿轮箱的第一输入端相连，第二气体机的输出端通过第二永磁耦合器与齿轮箱的第二输入端相连，第一可逆电机的输入/输出端通过第一离合器与齿轮箱的第一输出/输入端相连，第二可逆电机的输入/输出端通过第二离合器与齿轮箱的第二输出/输入端相连，齿轮箱的输出端分别与第一螺旋桨和第二螺旋桨相连，液化天然气罐与气体供给装置相连，气体供给装置分别连通第一气体机和第二气体机，蓄电池、船舶负载、逆变器、整流器均与配电板电连，逆变器通过变频器与第一可逆电机和第二可逆电机相连，第一可逆电机和第二可逆电机与整流器电连。

【技术特征摘要】
1.一种双机双桨式气电混合船舶动力系统，其特征是：包括第一气体机、第二气体机、齿轮箱、蓄电池、第一可逆电机、第二可逆电机，第一气体机的输出端通过第一永磁耦合器与齿轮箱的第一输入端相连，第二气体机的输出端通过第二永磁耦合器与齿轮箱的第二输入端相连，第一可逆电机的输入/输出端通过第一离合器与齿轮箱的第一输出/输入端相连，第二可逆电机的输入/输出端通过第二离合器与齿轮箱的第二输出/输入端相连，齿轮箱的输出端分别与第一螺旋桨和第二螺旋桨相连，液化天然气罐与气体供给装置相连，气体供给装置分别连通第一气体机和第二气体机，蓄电池、船舶负载、逆变器、整流器均与配电板电连，逆变器通过变频器与第一可逆电机和第二可逆电机相连，第一可逆电机和第二可逆电机与整流器电连。2.根据权利要求1所述的一种双机双桨式气电混合船舶动力系统，其特征是：第一气体机、第二气体机、蓄电池的工作模式包括机械推进模式；所述机械推进模式包括：气体机推进模式、气体机推进辅助发电模式；(1)气体机推进模式：第一气体机和第二气体机处于运行状态，第一永磁耦合器和第二永磁耦合器闭合，第一离合器和第二离合器断开，由第一气体机和第二气体机带动第一螺旋桨和第二螺旋桨运转；(2)气体机推进辅助发电模式：第一气体机、第二气体机、第一可逆电机和第二可逆电机处于运行状态，第一可逆电机和第二可逆电机为发电机模式，永磁耦合器和离合器均闭合，由第一气体机和第二气体机带动第一螺旋桨和第二螺旋桨运转的同时带动第一可逆电机和第二可逆电机发电，经整流器汇入配电板。3.根据权利要求1所述的一种双机双桨式气电混合船舶动力系统，其特征是：第一气体机、第二气体机、蓄电池的工作模式包括电力推进模式；所述电力推进模式包括：蓄电池推进模式...

【专利技术属性】
技术研发人员：范立云，王鑫，卢耀文，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23