一种三机双桨式柴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三机双桨式柴气电混合船舶动力系统，包括气体机、柴油机、发电机、电动机、蓄电池、离合器、齿轮箱、螺旋桨、天然气存储供给装置、变电设备、岸电设备、船舶电网、船舶负载。第一气体机、第二气体机和柴油机通过离合器与齿轮箱相连，电动机和发电机分别通过离合器与齿轮箱相连，电力源为蓄电池和可逆电机(发电机模式)。本发明专利技术采用多样化的能量布置形式，具有多种工作模式，可以满足船舶在各种环境和工况下的需求，可以使气体机、电动机始终维持在高效率区，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，并扩大了船舶的适航区域。

A Three-engine and Two-propeller Hybrid Ship Power System

The object of the present invention is to provide a three-engine, two-propeller diesel-gas-electric hybrid ship power system, including gas engine, diesel engine, generator, motor, battery, clutch, gear box, propeller, natural gas storage and supply device, substation equipment, shore power equipment, ship power grid and ship load. The first gas engine, the second gas engine and the diesel engine are connected with the gearbox through the clutch, and the motor and the generator are connected with the gearbox through the clutch respectively. The power source is the battery and the reversible motor (generator mode). The invention adopts a variety of energy layout forms and has a variety of working modes, which can meet the needs of ships in various environments and working conditions, can keep gas engines and motors in a high efficiency area, reduce fuel consumption and emissions of gas engines, improve the dynamic response of ships, and expand the seaworthiness area of ships.

【技术实现步骤摘要】
一种三机双桨式柴气电混合船舶动力系统
本专利技术涉及的是一种船舶动力系统，具体地说是船舶混合动力系统。
技术介绍
随着国际油价快速上涨，以及越来越严格的排放法规的实施，这就对船舶的经济性和排放性提出了更高的要求，节能减排已经成为国民经济发展中的重要任务。船舶是高能耗的运输工具，其节能减排技术成为大家关注和研究的热点之一。作为未来的环境战略，我们以减少能源消耗和减少CO2、SOx、NOx及PM排放为目标。有许多方法可以减少船舶的污染和排放，其中最好的方法是利用替代能源。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性差、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。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。船舶的混合动力技术，解决能源问题与技术不成熟之间矛盾，实现了燃料的高效利用，为船舶从传统的机械式推进过渡到纯电力推进提供了可行性方案，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的动力性、经济性和排放性的一种三机双桨式柴气电混合船舶动力系统。本专利技术的目的是这样实现的：本专利技术一种三机双桨式柴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、第一齿轮箱、第二齿轮箱、可逆电机、电动机、LNG储液罐、柴油机，所述第一齿轮箱包括第一-第三齿轮，所述第二齿轮箱包括第四-第七齿轮，第二齿轮分别于第一齿轮和第三齿轮啮合，第四齿轮与第五齿轮啮合，第六齿轮和第七齿轮啮合，第一气体机通过第一离合器连接第四齿轮，第五齿轮通过第二离合器连接第六齿轮，可逆电机通过第三离合器连接第七齿轮，柴油机通过第四离合器连接第七齿轮，第二气体机通过第五离合器连接第一齿轮，电动机通过第六离合器连接第二齿轮，第一螺旋桨连接第三齿轮，第二螺旋桨连接第四齿轮，LNG储液罐通过气化换热器分别连接第一气体机、第二气体机，蓄电池和可逆电机分别通过各自的变电装置连接船舶电网，岸电装置、船舶负载连接船舶电网。本专利技术还可以包括：1、采用机械推进模式，所述机械推进模式包括气体机推进模式、气体机+柴油机推进模式、气体机辅助发电推进模式、气体机+柴油机辅助发电推进模式；气体机推进模式：第一气体机、第二气体机处于工作模式，第一离合器、第五离合器闭合，其它离合器全部断开，第一螺旋桨、第二螺旋桨的动力全部由第一气体机、第二气体机提供；气体机+柴油机推进模式：第二离合器、第四离合器、第五离合器闭合，其它离合器全部断开，第二螺旋桨动力由柴油机提供，第一螺旋桨动力由第二气体机提供；或者第一离合器、第二离合器、第四离合器、第五离合器闭合，其它离合器全部断开，第二螺旋桨的动力全部由第一气体机和柴油机提供，第一螺旋桨的动力全部由第二气体机提供；气体机辅助发电推进模式：第一离合器、第二离合器、第三离合器、第五离合器闭合，其它离合器全部断开，可逆电机处于发电机模式，第一气体机发出的功率一部分驱动第二螺旋桨，另一部分带动可逆电机发电，所发电能汇入船舶电网，第二气体机所发出的功率全部用来驱动第一螺旋桨；气体机+柴油机辅助发电推进模式：可逆电机处于发电模式，第二离合器、第三离合器、第四离合器、第五离合器闭合，其它离合器断开，柴油机发出的功率一部分驱动第二螺旋桨，另一部分带动可逆电机发电，所发电能汇入船舶电网，第二气体机所发出的功率全部用来驱动第一螺旋桨；或者，可逆电机处于发电机模式，第一离合器、第二离合器、第三离合器、第四离合器、第五离合器离合器闭合，第六离合器断开，第一气体机和柴油机所发出的功率一部分驱动第二螺旋桨，另一部分带动可逆电机发电，所发电能汇入船舶电网，第二气体机所发出的功率全部用来驱动第一螺旋桨。2、采用电力推进模式，所述电力推进模式包括蓄电池推进模式、岸电充电模式；蓄电池推进模式：可逆电机处于发电动机模式，第二离合器、第三离合器、第六离合器闭合，其它离合器断开，第一螺旋桨、第二螺旋桨分别由电动机、可逆电机提供动力，电动机、可逆电机所需电能由蓄电池通过船舶电网提供；岸电充电模式：船舶在港口和岸边停靠时，通过岸电充电装置外接电源为蓄电池充电。3、采用混合推进模式，所述混合推进模式包括气体机+电动机推进模式、柴油机+电动机推进模式、气体机+柴油机+电动机推进模式、气体机+电动机辅助发电推进模式、柴油机+电动机辅助发电推进模式、气体机+柴油机+电动机辅助发电推进模式；气体机+电动机推进模式：第一离合器、第六离合器闭合，其它离合器断开，第二螺旋桨由第一气体机提供动力，第一螺旋桨由电动机提供动力，电动机所需动力由船舶电网获得；或者，第一离合器、第五离合器、第六离合器闭合，第一螺旋桨所需动力由第一气体机提供，第一螺旋桨动力由第二气体机和电动机提供，电动机所需电能由船舶电网提供；或者，可逆电机处于电动机模式，第二离合器、第三离合器、第五离合器闭合，其它离合器全部断开，第二螺旋桨由可逆电机提供动力，所需电力由船舶电网提供，第一螺旋桨由第二气体机提供动力；或者，可逆电机处于电动机模式，第二离合器、第三离合器、第五离合器、第六离合器闭合，其它离合器全部断开，第二螺旋桨由可逆电机提供动力，所需电力由船舶电网提供，第一螺旋桨由第二气体机和电动机提供动力，电动机所需电力由船舶电网提供；或者，第一离合器、第二离合器、第三离合器、第五离合器、第六离合器闭合，第四离合器断开，可逆电机工作在电动机模式，第二螺旋桨由第一气体机和可逆电机提供动力，可逆电机所需电力由船舶电网提供，第一螺旋桨由第二气体机和电动机提供，电动机所需电力由船舶电网提供；柴油机+电动机推进模式：第二离合器、第四离合器、第六离合器闭合，其他离合器断开，第二螺旋桨所需电力由柴油机提供，第一螺旋桨所需电力由电动机提供，电动机所需电能由船舶电网提供；或者，可逆电机工作在电动机模式，第二离合器、第三离合器、第四离合器、第六离合器闭合，其它离合器断开，第二螺旋桨由柴油机和可逆电机提供动力，可逆电机所需电力由船舶电网提供，第一螺旋桨由电动机提供动力，其所需电能由船舶电网提供；气体机+柴油机+电动机推进模式；第一离合器、第二离合器、第四离合器、第六离合器闭合，其它离合器断开，第二螺旋桨由第一气体机和柴油机提供动力，第一螺旋桨由电动机提供动力，电动机所需电力由船舶电网提供；或者，第二离合器、第三离合器、第四离合器、第五离合器闭合，其它离合器断开，可逆电机工作在电动机模式，第二螺旋桨由柴油机和可逆电机提供动力，可逆电机所需电力由船舶电网提供，第一螺旋桨所需电力由第二气体机提供；或者，第二离合器、第四离合器、第五离合器、第六离合器闭合，其它离合器断开，第二螺旋桨所需电力由柴油机提供，第一螺旋桨所需动力由第二气体机和电动机提供，电动机所需动本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种三机双桨式柴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、第一齿轮箱、第二齿轮箱、可逆电机、电动机、LNG储液罐、柴油机，所述第一齿轮箱包括第一‑第三齿轮，所述第二齿轮箱包括第四‑第七齿轮，第二齿轮分别于第一齿轮和第三齿轮啮合，第四齿轮与第五齿轮啮合，第六齿轮和第七齿轮啮合，第一气体机通过第一离合器连接第四齿轮，第五齿轮通过第二离合器连接第六齿轮，可逆电机通过第三离合器连接第七齿轮，柴油机通过第四离合器连接第七齿轮，第二气体机通过第五离合器连接第一齿轮，电动机通过第六离合器连接第二齿轮，第一螺旋桨连接第三齿轮，第二螺旋桨连接第四齿轮，LNG储液罐通过气化换热器分别连接第一气体机、第二气体机，蓄电池和可逆电机分别通过各自的变电装置连接船舶电网，岸电装置、船舶负载连接船舶电网。

【技术特征摘要】
1.一种三机双桨式柴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、第一齿轮箱、第二齿轮箱、可逆电机、电动机、LNG储液罐、柴油机，所述第一齿轮箱包括第一-第三齿轮，所述第二齿轮箱包括第四-第七齿轮，第二齿轮分别于第一齿轮和第三齿轮啮合，第四齿轮与第五齿轮啮合，第六齿轮和第七齿轮啮合，第一气体机通过第一离合器连接第四齿轮，第五齿轮通过第二离合器连接第六齿轮，可逆电机通过第三离合器连接第七齿轮，柴油机通过第四离合器连接第七齿轮，第二气体机通过第五离合器连接第一齿轮，电动机通过第六离合器连接第二齿轮，第一螺旋桨连接第三齿轮，第二螺旋桨连接第四齿轮，LNG储液罐通过气化换热器分别连接第一气体机、第二气体机，蓄电池和可逆电机分别通过各自的变电装置连接船舶电网，岸电装置、船舶负载连接船舶电网。2.根据权利要求1所述的一种三机双桨式柴气电混合船舶动力系统，其特征是：采用机械推进模式，所述机械推进模式包括气体机推进模式、气体机+柴油机推进模式、气体机辅助发电推进模式、气体机+柴油机辅助发电推进模式；气体机推进模式：第一气体机、第二气体机处于工作模式，第一离合器、第五离合器闭合，其它离合器全部断开，第一螺旋桨、第二螺旋桨的动力全部由第一气体机、第二气体机提供；气体机+柴油机推进模式：第二离合器、第四离合器、第五离合器闭合，其它离合器全部断开，第二螺旋桨动力由柴油机提供，第一螺旋桨动力由第二气体机提供；或者第一离合器、第二离合器、第四离合器、第五离合器闭合，其它离合器全部断开，第二螺旋桨的动力全部由第一气体机和柴油机提供，第一螺旋桨的动力全部由第二气体机提供；气体机辅助发电推进模式：第一离合器、第二离合器、第三离合器、第五离合器闭合，其它离合器全部断开，可逆电机处于发电机模式，第一气体机发出的功率一部分驱动第二螺旋桨，另一部分带动可逆电机发电，所发电能汇入船舶电网，第二气体机所发出的功率全部用来驱动第一螺旋桨；气体机+柴油机辅助发电推进模式：可逆电机处于发电模式，第二离合器、第三离合器、第四离合器、第五离合器闭合，其它离合器断开，柴油机发出的功率一部分驱动第二螺旋桨，另一部分带动可逆电机发电，所发电能汇入船舶电网，第二气体机所发出的功率全部用来驱动第一螺旋桨；或者，可逆电机处于发电机模式，第一离合器、第二离合器、第三离合器、第四离合器、第五离合器离合器闭合，第六离合器断开，第一气体机和柴油机所发出的功率一部分驱动第二螺旋桨，另一部分带动可逆电机发电，所发电能汇入船舶电网，第二气体机所发出的功率全部用来驱动第一螺旋桨。3.根据权利要求1或2所述的一种三机双桨式柴气电混合船舶动力系统，其特征是：采用电力推进模式，所述电力推进模式包括蓄电池推进模式、岸电充电模式；蓄电池推进模式：可逆电机处于发电动机模式，第二离合器、第三离合器、第六离合器闭合，其它离合器断开，第一螺旋桨、第二螺旋桨分别由电动机、可逆电机提供动力，电动机、可逆电机所需电能由蓄电池通过船舶电网提供；岸电充电模式：船舶在港口和岸边停靠时，通过岸电充电装置外接电源为蓄电池充电。4.根据权利要求1或2所述的一种三机双桨式柴气电混合船舶动力系统，其特征是：采用混合推进模式，所述混合推进模式包括气体机+电动机推进模式、柴油机+电动机推进模式、气体机+柴油机+电动机推进模式、气体机+电动机辅助发电推进模式、柴油机+电动机辅助发电推进模式、气体机+柴油机+电动机辅助发电推进模式；气体机+电动机推进模式：第一离合器、第六离合器闭合，其它离合器断开，第二螺旋桨由第一气体机提供动力，第一螺旋桨由电动机提供动力，电动机所需动力由船舶电网获得；或者，第一离合器、第五离合器、第六离合器闭合，第一螺旋桨所需动力由第一气体机提供，第一螺旋桨动力由第二气体机和电动机提供，电动机所需电能由船舶电网提供；或者，可逆电机处于电动机模式，第二离合器、第三离合器、第五离合器闭合，其它离合器全部断开，第二螺旋桨由可逆电机提供动力，所需电力由船舶电网提供，第一螺旋桨由第二气体机提供动力；或者，可逆电机处于电动机模式，第二离合器、第三离合器、第五离合器、第六离合器闭合，其它离合器全部断开，第二螺旋桨由可逆电机提供动力，所需电力由船舶电网提供，第一螺旋桨由第二气体机和电动机提供动力，电动机所需电力由船舶电网提供；或者，第一离合器、第二离合器、第三离合器、第五离合器、第六离合器闭合，第四离合器断开，可逆电机工作在电动机模式，第二螺旋桨由第一气体机和可逆电机提供动力，可逆电机所需电力由船舶电网提供，第一螺旋桨由第二气体机和电动机提供，电动机所需电力由船舶电网提供；柴油机+电动机推进模式：第二离合器、第四离合器、第六离合器闭合，其他离合器断开，第二螺旋桨所需电力由柴油机提供，第一螺旋桨所需电力由电动机提供，电动机所需电能由船舶电网提供；或者，可逆电机工作在电动机模式，第二离合器、第三离合器、第四离合器、第六离合器闭合，其它离合器断开，第二螺旋桨由柴油机和可逆电机提供动力，可逆电机所需电力由船舶电网提供，第一螺旋桨由电动机提供动力，其所需电能由船舶电网提供；气体机+柴油机+电动机推进模式；第一离合器、第二离合器、第四离合器、第六离合器闭合，其它离合器断开，第二螺旋桨由第一气体机和柴油机提供动力，第一螺旋桨由电动机提供动力，电动机所需电力由船舶电网提供；或者，第二离合器、第三离合器、第四离合器、第五离合器闭合，其它离合器断开，可逆电机工作在电动机模式，第二螺旋桨由柴油机和可逆电机提供动力，可逆电机所需电力由船舶电网提供，第一螺旋桨所需电力由第二气体机提供；或者，第二离合器、第四离合器、第五离合器、第六离合器闭合，其它离合器断开，第二螺旋桨所需电力由柴油机提供，第一螺旋桨所需动力由第二气体机和电动机提供，电动机所需动力由船舶电网提供；或者，第一离合器、第二离合器、第三离合器、第四离合器、第五离合器闭合，第六离合器断开，可逆电机处于电动机工作模式，第二螺旋桨所需动力由第一气体机和可逆电机提供，可逆电机所需电力由船舶电网提供，第一螺旋桨由第二气体机提供；或者，第一离合器、第二离合器、第三离合器、第四离合器、第六离合器闭合，第五离合器断开，可逆电机处于电动机工作模式，第二螺旋桨所需电力由第二气体机和可逆电机提供，所需电力由船舶电网提供，第一螺旋桨所需动力由电动机提供，其所需电力由船舶电网提供；或者，全部离合器闭合，可逆电机处于电动机模式，第二螺旋桨所需动力由第一气体机、柴油机和可逆电机提供，其所需电力由船舶电网提供，第一螺旋桨的动力由第二气体机和电动机提供，其所需电力由船舶电网提供；气体机+电动机辅助发电推进模式：可逆电机处于发动机工作模式，第一离合器、第二离合器、第三离合器、第五离合器闭合，其他离合器断开，第一气体机发出功率的一部分驱动第二螺旋桨，另一部分带动可逆电机发电，发出的电能汇入船舶电网，第一螺旋桨由电动机驱动，其所需电能由蓄电池和可逆电机共同或单独提供；或者，可逆电机处于发动机工作模式，第一离合器、第二离合器、第三离合器、第五离合器、第六离合器闭合，第四离合器断开，第一气体机所发出的功率一部分驱动第二螺旋桨，另一部分带动可逆电机发电，所发电能汇入船舶电网，第一螺旋桨由第二气体机和电动机共同驱动，电动机所需电能由可逆电机和蓄电池共同或单独通过船舶电网提供；柴油机+电动机辅助发电推进模式：可逆电机处于发电机工作模式，第二离合器、第三离合器、第四离合器、第...

【专利技术属性】
技术研发人员：范立云，肖朝辉，万雷，陈澳雪，卢耀文，刘洪，张恒熙，
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