一种混合动力船舶胀套式联合推进系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种混合动力船舶胀套式联合推进系统及方法，其特征在于主要包括：主传动轴和固定在主传动轴上的螺旋桨；主传动轴和抱轴电机转子之间通过胀套式结构连接；主传动轴一端设置的齿轮箱，以及与齿轮箱连接的柴油发电机；电机控制箱，包括电机驱动控制器，用于输出电机运转控制指令；在电机控制箱和齿轮箱之间设置的胀套式电机控制器，胀套式电机控制器与电机控制箱通过两个接触开关连接实现互相连锁控制。解决船舶、潜器行驶过程中总的燃油利用率低、以及低速行驶时动力系统的噪声大的问题。

A Combined Expansion and Sleeve Propulsion System and Method for Hybrid Electric Vessels

【技术实现步骤摘要】
一种混合动力船舶胀套式联合推进系统及方法
本专利技术属于船舶推进领域，适用于电力船舶、水下航行器的推进控制系统。
技术介绍
电力船舶或水下航行器一般采用传统的柴油发动机作为船舶推进动力来源，通过减速齿轮箱驱动主传动轴旋转，在主传动轴末端带动螺旋桨推进。但是柴油机的转速较高，螺旋桨的转速很低，两者之间需通过减速齿轮箱来匹配转速。当船舶需要在低速航行时，柴油机不仅需要调低功率调低转速运行，燃油利用率低，而且由机械传动所带来的噪声与振动影响船舶或水下航行器低速巡航时对低噪声甚至是静音的需求。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是，克服现有技术的不足，提供一种混合动力船舶胀套式联合推进系统及方法，解决船舶、潜器行驶过程中总的燃油利用率低、以及低速行驶时动力系统的噪声大的问题。为解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：一种混合动力船舶胀套式联合推进系统，其特征在于主要包括：主传动轴和固定在主传动轴上的螺旋桨；主传动轴和抱轴电机转子之间通过胀套式结构连接；主传动轴一端设置的齿轮箱，以及与齿轮箱连接的柴油发电机；电机控制箱，包括电机驱动控制器，用于输出电机运转控制指令；在电机控制箱和齿轮箱之间设置的胀套式电机控制器，胀套式电机控制器与电机控制箱通过两个接触开关连接实现互相连锁控制。进一步的，电机控制箱输入端通过QF断路器接入交流电。进一步的，所述胀套式结构为沿主传动轴轴向设置两个胀套，两个胀套都从电机后轴一侧平滑地装入联结孔处，且胀套无螺钉处表面分别与前后轴内侧端面对齐，在径向上胀套位于主传动轴和电机转子之间。进一步的，抱轴电机设计成空心轴或无轴电机，电机无基座且距离安装基础之间安装隔振器。进一步的，还包括显示器，用于显示电机转速、电机电流、启停信号和综合报警信号；显示器和电机控制箱均嵌入式安装于驾控台上，实施对胀套式电机控制和显示。进一步的，还包括遥控器，通过TTP总线与电机控制箱之间进行通讯，控制电机运行状态；当电机控制箱上遥控/手动旋钮旋转至遥控时，由遥控器遥控操作。一种采用上述系统的船舶推进方法，其特征在于包括三种工作模式：（1）电力推进方式本地电机控制箱操作模式：使用电机控制箱控制抱轴电机工作，柴油发电机不工作；（2）电力推进方式遥控操作模式：使用遥控器控制抱轴电机工作，柴油发电机不工作；（3）主柴油机推进方式；柴油发电机通过齿轮箱直接驱动螺旋桨。进一步的，三种工作模式中，当在第（3）种模式下柴油发电机通过齿轮箱直接驱动螺旋桨时，电机驱动控制器不输出信号，此时抱轴电机不动作，反之，当抱轴电机工作时，即在第（1）种模式和第（2）种模式下，柴油发电机和齿轮箱处于离合状态。进一步的，在低速时由抱轴电机驱动，在中速及高速时由柴油发电机驱动。本专利技术的混合动力船舶胀套式联合推进系统及方法，通过抱轴电机及其驱动控制器的设计，实现电力船舶、潜器在低速时由抱轴电机驱动，在中速及高速时由柴油发电机驱动，提高电力船舶、潜器行驶过程中总的燃油利用率，同时降低船舶、潜器低速行驶时动力系统的噪声，实现安全和低噪声航行。附图说明图1为根据本专利技术实施的一种混合动力船舶胀套式联合推进系统结构框图；图2为推进系统的电机控制系统电气结构图；图3为电机驱动控制系统框图；图4为电机控制箱面板布置图；图5为电机控制箱电气结构图；图6为电机反馈控制系统框图；图7为遥控器实物图；图8为图7的侧视图（过程图）；图9为电机安装结构示意图（俯视图）；图10为电机安装结构示意图（剖视图）；图中各主要附图标记如下：抱轴电机1、柴油发电机2、齿轮箱3、电机控制箱4、主传动轴5、螺旋桨6、遥控器7、断路器或配电板8、显示器9、胀套10。具体实施方式为了使本专利技术要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。根据本专利技术实施的如图1所示，一种混合动力船舶胀套式联合推进系统，至少包括抱轴电机1、柴油发电机2、齿轮箱3、电机控制箱4、主传动轴5、螺旋桨6、断路器或配电板8、显示器9；其中电机控制箱4由变频器、接触器、滤波器4-2、驱动控制器4-3等组成。电机控制箱4通过断路器或配电板8获取电力推进所需的电能源按需要输送给抱轴电机1，抱轴电机1按电机控制箱4控制器所给定的转速和扭矩带动主传动轴5和主传动轴5上的螺旋桨6旋转，从而推进船舶或潜航器向前航行。或者柴油发电机2带动齿轮箱3动作从而驱动主传动轴5。电机控制箱4是按5相电流输出设计的，与5相电机绕组设计相匹配。电机控制箱4主要由变频器、接触器、滤波器、驱动控制器、整流器和壳体等组成。电机控制箱4采用DSP+CPLD的系统构架，是电机控制的核心部分，主要完成电机信息的采集、控制和处理多机通讯的功能。主控制单元具有电机相位逻辑控制、转速闭环控制以及故障保护等功能。电机控制箱4上电路主要包括：DSP控制电路、CPLD逻辑控制电路、隔离485总线、主电压、主电流、相电流调理电路，过流保护电路等。具有启动、停车。正转、反转、无极调速，满足电力船舶、潜器使用要求；具有现场手动操作、远程遥控操作功能、具有自身运行状态监测、设有必要的电气连锁、故障诊断和完备的保护功能；在推进电机反拖发电运行工况下，电机不工作且主传动轴转速较高时，电机控制箱4应能切断电机绕组与电路的连接，并长期在该工况下保持正常运行。如图2所示，交流三相电L1-L3（AC380V）通过QF断路器（参见断路器或配电板8）接到电机控制箱4的输入端，QF断路器可远程控制使其关断，停止电机控制箱4工作。当抱轴电机1处于电动状态时，电机控制箱4中的接触器吸合，电机控制箱4的输出端直接与电机1相连从而对其进行控制；当抱轴电机1处于发电状态时，将在机械结构中加载自动离合装置，避免这一现象的发生，电机控制箱4中的QF断路器断开，禁止电能回送，避免烧毁电机控制箱4中的变频器。电机控制箱4中的变频器可以手动操作和远程遥控，均可控制电机的启动，正反转和调速等功能。交流三相电AC380V通过断路器QF断路器接入整流桥，整流后的电源通过滤波器4-2进行滤波供给驱动控制器4-3，驱动控制器4-3经过逆变控制电机1，驱动控制器4-3与电机1之间通过交流接触器KM2～KM5连接，可在电机1处于发电状态时，禁止电能回送，避免烧毁电机控制箱4中的变频器。如图2-5所示，电机控制箱4中，电机在驱动控制器4-3下工作，工作原理为：三相交流电源通过断路器进行总控，通过EMI滤波器滤除电源噪声，提升电源品质；滤波后的电源一方面为电机1提供动力源，另一方面为驱动控制器4-3提供能源；滤波后的交流电源通过交流接触器后整流得到直流电源，为提高电源品质，对整流后的直流电源滤波，然后通过驱动控制器4-3进行逆变控制为电机提供动力；为防止电机1不工作时，电机转子被主传动轴5拖动在定子绕组上产生高压，对驱动控制器4-3产生不利影响，驱动控制器4-3输出和电机1相线之间通过交流接触器KM2～KM5连接，当电机1不工作时，通过控制交流接触器KM2～KM5断开两者之间（驱动控制器4-3输出和电机1相线之间）的物理连接，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种混合动力船舶胀套式联合推进系统，其特征在于主要包括：主传动轴和固定在主传动轴上的螺旋桨；主传动轴和抱轴电机转子之间通过胀套式结构连接；主传动轴一端设置的齿轮箱，以及与齿轮箱连接的柴油发电机；电机控制箱，包括电机驱动控制器，用于输出电机运转控制指令；在电机控制箱和齿轮箱之间设置的胀套式电机控制器，胀套式电机控制器与电机控制箱通过两个接触开关连接实现互相连锁控制。

【技术特征摘要】
1.一种混合动力船舶胀套式联合推进系统，其特征在于主要包括：主传动轴和固定在主传动轴上的螺旋桨；主传动轴和抱轴电机转子之间通过胀套式结构连接；主传动轴一端设置的齿轮箱，以及与齿轮箱连接的柴油发电机；电机控制箱，包括电机驱动控制器，用于输出电机运转控制指令；在电机控制箱和齿轮箱之间设置的胀套式电机控制器，胀套式电机控制器与电机控制箱通过两个接触开关连接实现互相连锁控制。2.根据权利要求1所述的混合动力船舶胀套式联合推进系统，其特征在于:所述胀套式结构为沿主传动轴轴向设置两个胀套，两个胀套都从电机后轴一侧平滑地装入联结孔处，且胀套无螺钉处表面分别与前后轴内侧端面对齐，在径向上胀套位于主传动轴和电机转子之间。3.根据权利要求1所述的混合动力船舶胀套式联合推进系统，其特征在于:电机控制箱输入端通过QF断路器接入交流电。4.根据权利要求1所述的混合动力船舶胀套式联合推进系统，其特征在于:抱轴电机设计成空心轴或无轴电机，电机无基座且距离安装基础之间安装隔振器。5.根据权利要求1所述的混合动力船舶胀套式联合推进系统，其特征在于:还包括显示器，用于显示电机转速、电机电流、启停信号...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴方良，任赛林，谢坤，李景，
申请(专利权)人：中国舰船研究设计中心，
类型：发明
国别省市：湖北,42