内河船电力推进系统及包含该推进系统的内河船航行控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种航行机动性高的内河船电力推进系统，包括电力系统和可升降收放的全回转推进系统；所述全回转推进装置，包括设置在船体上的翘摆机构，翘摆机构包括设置在船体上的绕水平轴线转动的转动盘以及驱动转动盘的翘摆驱动装置，翘摆驱动装置输出端伸出或缩回带动转动盘转动，转动盘上连接有回转机构，回转机构包括回转座，回转座通过其上设置的转动轴与转动盘相连接，回转座内腔装有可在回转座腔内垂直于转动盘盘面的平面上360°旋转的中空的回转体，回转体上设有沿回转体中心轴方向运动的升降机构，升降机构上设有空毂全回转推进系统。本发明专利技术还公开了包含该内河船电力推进系统的内河船航行控制方法。

【技术实现步骤摘要】
内河船电力推进系统及包含该推进系统的内河船航行控制方法
本专利技术属于船舶推进
，具体涉及一种船舶电力推进系统，特别是一种内河船电力推进系统及包含该推进系统的内河船航行控制方法。
技术介绍
船舶交流组网电力推进系统，即柴油机带动同步发电机发电，产生的恒频恒压交流电通过交流配电盘进行交流组网，交流组网后的交流电压在经过交—直—交变频器后，驱动船舶推进电动机工作。船舶电力推进系统是一种比较先进的推进方式，其节能、环保、安全性能非常适合应用于内河船，但内河航道行驶环境复杂，水深、水流情况变化较多，导致船舶运行负荷波动较大，柴油机输出功率不能迅速跟随变化，造成柴油机运行工况差，耗油量高的缺陷。此外，内河航道狭窄，急弯险滩较多，需要避让的船舶和相互交错的船舶非常多，对于船舶的机动性要求较高，常规的电力推进系统和推进结构无法满足船舶运行高机动性要求。专利“一种吊舱式全回转船舶电力推进系统”(ZL201811655171.2)采用至少一组发电单元，发电单元的电能输出端通过线缆依次连接有变频器、功率输出控制系统，在功率输出控制系统上连接一内部具有同步电动机的吊舱式全回转推进系统，全回转推进系统螺旋桨桨毂上设有伸缩机构用于调节螺旋桨直径，进而调节螺旋桨推力；但该专利采用的电力推进系统无法根据船舶运行负荷改变电力系统的输出功率，易造成能源浪费。专利“一种船舶推进系统的航行控制方法”(ZL200810034634.3)采用左右两套对称安装的推进电动机和全回转螺旋桨组成船舶推进动力装置，通过推进控制和回转控制，实现螺旋桨转速和角度控制；但该方法未考虑船舶运行负荷波动时全回转推进系统输出功率的控制，同时，船舶航行控制方法中仅考虑船舶目标航速和航向，未考虑船舶目标位置对航行控制的要求，在内河船紧急避让、定点停靠等条件下，无法满足内河船高机动性的航行要求，此外，当船舶自动航行过程中，航行轨迹内突然出现船舶或障碍物，船舶无法及时规避。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：提供一种航行机动性高的内河船电力推进系统。为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案为：一种内河船电力推进系统，包括电力系统和可升降收放的全回转推进系统；电力系统包括左、右舷两个电力单元，电力单元包括母线，左、右舷两个电力单元的母线通过开关相连接，母线功率输入侧通过带第一断路器的电缆连接有至少两台恒速主发电机，主发电机输出端设有检测主发电机的输出电压和输出电流的第一功率检测模块，第一功率检测模块与PLC控制器连接；母线功率输入侧通过带逆变器以及第二断路器的电缆连接有超级电容；母线功率输出侧通过第三断路器连接到AFE变频器，AFE变频器通过第六断路器与主推进电机相连，AFE变频器输出端设有检测AFE变频器输出电压与电流的第二功率检测模块，第二功率检测模块与PLC控制器连接；母线通过电缆依次与第四断路器、变压器、第五断路器、以及日用负载相连，变压器和第五断路器之间设有与PLC控制器相连的用于检测日用负载消耗的功率的第三功率检测模块；全回转推进装置，包括设置在船体上的翘摆机构，翘摆机构包括设置在船体上的绕水平轴线转动的转动盘以及驱动转动盘的翘摆驱动装置，翘摆驱动装置输出端伸出或缩回带动转动盘转动，转动盘上连接有回转机构，回转机构包括回转座，回转座通过其上设置的转动轴与转动盘相连接，回转座内腔装有可在回转座腔内垂直于转动盘盘面的平面上360°旋转的中空的回转体，回转体上设有沿回转体中心轴方向运动的升降机构，升降机构上设有空毂全回转推进系统；回转体内腔设有内齿圈；回转座上装有回转电机，回转电机输出端与转轴连接，转轴与齿轮连接，齿轮与回转体的内齿圈啮合，回转体下端与升降机构相连接；空毂全回转推进系统包括电机外壳，电机外壳内装有电机定子，电机定子上缠绕线圈；电机外壳内腔中装有转子，转子上装有安装环，安装环内壁上装有若干桨叶单元；线圈通电时，转子带动安装环在电机外壳内腔中旋转。作为一种优选的方案，所述升降机构包括筒状的升降座，升降座上端与回转体下端连接，升降座内腔活动装有升降柱，升降柱可在升降座内腔中上下运动，升降柱上设有沿长度方向布置的齿条，升降座上装有与齿条对应的升降驱动装置；升降柱底端连接所述空毂全回转推进系统。作为一种优选的方案，所述升降柱上设有摩擦板，升降座上装有与摩擦板相配合的摩擦锁紧机构。作为一种优选的方案，所述摩擦锁紧机构包括安装在升降座上的锁紧座，锁紧座上装有压紧驱动装置，压紧驱动装置输出端连接有压紧滑块，压紧滑块上设有导向轴，导向轴穿过锁紧座上设置的导向孔，压紧滑块上装有摩擦块，当压紧驱动装置带动摩擦块伸出时，摩擦块与摩擦板贴合以锁紧升降柱。作为一种优选的方案，所述安装环两端分别套装有旋转支撑体，用于支撑安装环，电机外壳两端装有径向轴承座，径向轴承座外侧装有导流罩，旋转支撑体上装有耐磨铜套，耐磨铜套上套有径向轴承和推力轴承。作为一种优选的方案，所述转动盘和船体上的固定板中间装有降低转动盘转动时的摩擦力的翘摆无油衬套。作为一种优选的方案，在回转体径向方向与回转座之间装有用于降低转动摩擦力的回转无油衬套，回转体与回转座之间装有回转推力轴承，用于支撑回转体。作为一种优选的方案，所述回转座上装有回转座端盖，回转座端盖压紧回转推力轴承以在轴向上固定回转体。作为一种优选的方案，所述升降驱动装置包括安装在升降座上的升降电机和带座轴承，升降电机输出端连接传动轴一端，传动轴另一端穿过带座轴承，传动轴上装有传动齿轮，传动齿轮与齿条啮合。本系统的有益效果是：本系统设置电力推进系统的全回转可收放推进装置，全回转全回转推进系统可在任意方向上输出推力，提高了船舶航行的机动性；船舶在浅水域航行时，升降机构可提升全回转推进系统，避免全回转推进系统触底，降低了船舶浅水域航行的限制；此外，若某一全回转推进系统发生故障，可将该全回转推进系统收到船体内部，降低船舶航行阻力。由于全回转推进系统采用空毂全回转推进系统，整个结构完全消除了螺旋叶片轴的部分，降低螺旋叶片转动阻力，隧道内部通过电机直接驱动螺旋叶片桨叶旋转，能够有效的降低能量传递的损失，提高了螺旋叶片推进效率，传递过程几乎没有任何的振动和噪音，同时空毂全回转推进系统内部采用水润滑轴承，内部无任何油润滑介质，避免润滑油泄露，更加环保。由于升降柱上设有摩擦板，升降座上装有与摩擦板相配合的摩擦锁紧机构，可以在升降柱调整到位后对其进行锁定，以可靠保持升降柱位置。本专利技术另一个所要解决的技术问题是：提供一种包含上述内河船电力推进系统的内河船航行控制方法，具体包括以下步骤：步骤1：启动电力推进系统启动一台发电机，通过设备运行参数监测模块获取发电机组输出功率PW和船舶负荷功率PL；船舶负荷功率PL包括变频器输出功率和日用负载功率，当船舶负荷功率大于当前发电机组输出功率，且机组平均负荷达到85％后，启动蓄电池为母线补充功率，直至变频器输出功率小于当前发电机组输出功率；若蓄电池放电时长超过蓄电池额本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种内河船电力推进系统，包括电力系统和可升降收放的全回转推进系统；电力系统包括左、右舷两个电力单元，电力单元包括母线，左、右舷两个电力单元的母线通过开关相连接，母线功率输入侧通过带第一断路器的电缆连接有至少两台恒速主发电机，主发电机输出端设有检测主发电机的输出电压和输出电流的第一功率检测模块，第一功率检测模块与PLC控制器连接；母线功率输入侧通过带逆变器以及第二断路器的电缆连接有超级电容；母线功率输出侧通过第三断路器连接到AFE变频器，AFE变频器通过第六断路器与主推进电机相连，AFE变频器输出端设有检测AFE变频器输出电压与电流的第二功率检测模块，第二功率检测模块与PLC控制器连接；母线通过电缆依次与第四断路器、变压器、第五断路器、以及日用负载相连，变压器和第五断路器之间设有与PLC控制器相连的用于检测日用负载消耗的功率的第三功率检测模块；其特征在于：所述全回转推进装置，包括设置在船体上的翘摆机构，翘摆机构包括设置在船体上的绕水平轴线转动的转动盘以及驱动转动盘的翘摆驱动装置，翘摆驱动装置输出端伸出或缩回带动转动盘转动，转动盘上连接有回转机构，回转机构包括回转座，回转座通过其上设置的转动轴与转动盘相连接，回转座内腔装有可在回转座腔内垂直于转动盘盘面的平面上360°旋转的中空的回转体，回转体上设有沿回转体中心轴方向运动的升降机构，升降机构上设有空毂全回转推进系统；回转体内腔设有内齿圈；回转座上装有回转电机，回转电机输出端与转轴连接，转轴与齿轮连接，齿轮与回转体的内齿圈啮合，回转体下端与升降机构相连接；空毂全回转推进系统包括电机外壳，电机外壳内装有电机定子，电机定子上缠绕线圈；电机外壳内腔中装有转子，转子上装有安装环，安装环内壁上装有若干桨叶单元；线圈通电时，转子带动安装环在电机外壳内腔中旋转。/n...

【技术特征摘要】
1.一种内河船电力推进系统，包括电力系统和可升降收放的全回转推进系统；电力系统包括左、右舷两个电力单元，电力单元包括母线，左、右舷两个电力单元的母线通过开关相连接，母线功率输入侧通过带第一断路器的电缆连接有至少两台恒速主发电机，主发电机输出端设有检测主发电机的输出电压和输出电流的第一功率检测模块，第一功率检测模块与PLC控制器连接；母线功率输入侧通过带逆变器以及第二断路器的电缆连接有超级电容；母线功率输出侧通过第三断路器连接到AFE变频器，AFE变频器通过第六断路器与主推进电机相连，AFE变频器输出端设有检测AFE变频器输出电压与电流的第二功率检测模块，第二功率检测模块与PLC控制器连接；母线通过电缆依次与第四断路器、变压器、第五断路器、以及日用负载相连，变压器和第五断路器之间设有与PLC控制器相连的用于检测日用负载消耗的功率的第三功率检测模块；其特征在于：所述全回转推进装置，包括设置在船体上的翘摆机构，翘摆机构包括设置在船体上的绕水平轴线转动的转动盘以及驱动转动盘的翘摆驱动装置，翘摆驱动装置输出端伸出或缩回带动转动盘转动，转动盘上连接有回转机构，回转机构包括回转座，回转座通过其上设置的转动轴与转动盘相连接，回转座内腔装有可在回转座腔内垂直于转动盘盘面的平面上360°旋转的中空的回转体，回转体上设有沿回转体中心轴方向运动的升降机构，升降机构上设有空毂全回转推进系统；回转体内腔设有内齿圈；回转座上装有回转电机，回转电机输出端与转轴连接，转轴与齿轮连接，齿轮与回转体的内齿圈啮合，回转体下端与升降机构相连接；空毂全回转推进系统包括电机外壳，电机外壳内装有电机定子，电机定子上缠绕线圈；电机外壳内腔中装有转子，转子上装有安装环，安装环内壁上装有若干桨叶单元；线圈通电时，转子带动安装环在电机外壳内腔中旋转。


2.如权利要求1所述的一种内河船电力推进系统，其特征在于：所述升降机构包括筒状的升降座，升降座上端与回转体下端连接，升降座内腔活动装有升降柱，升降柱可在升降座内腔中上下运动，升降柱上设有沿长度方向布置的齿条，升降座上装有与齿条对应的升降驱动装置；升降柱底端连接所述空毂全回转推进系统。


3.如权利要求2所述的一种内河船电力推进系统，其特征在于：所述升降柱上设有摩擦板，升降座上装有与摩擦板相配合的摩擦锁紧机构。


4.如权利要求3所述的一种内河船电力推进系统，其特征在于：所述摩擦锁紧机构包括安装在升降座上的锁紧座，锁紧座上装有压紧驱动装置，压紧驱动装置输出端连接有压紧滑块，压紧滑块上设有导向轴，导向轴穿过锁紧座上设置的导向孔，压紧滑块上装有摩擦块，当压紧驱动装置带动摩擦块伸出时，摩擦块与摩擦板贴合以锁紧升降柱。


5.如权利要求4所述的一种内河船电力推进系统，其特征在于：所述安装环两端分别套装有旋转支撑体，用于支撑安装环，电机外壳两端装有径向轴承座，径向轴承座外侧装有导流罩，旋转支撑体上装有耐磨铜套，耐磨铜套上套有径向轴承和推力轴承。


6.如权利要求5所述的一种内河船电力推进系统，其特征在于：所述转动盘和船体上的固定板中间装有降低转动盘转动时的摩擦力的翘摆无油衬套。


7.如权利要求6所述的一种内河船电力推进系统，其特征在于：在回转体径向方向与回转座之间装有用于降低转动摩擦力的回转无油衬套，回转体与回转座之间装有回转推力轴承，用于支撑回转体。


8.如权利要求7所述的一种内河船电力推进系统，其特征在于：回转座上装有回转座端盖，回转座端盖压紧回转推力轴承以在轴向上固定回转体。


9.如权利要求1-8中任一项所述的一种内河船电力推进系统，其特征在于：所述升降驱动装置包括安装在升降座上的升降电机和带座轴承，升降电机输出端连接传动轴一端，传动轴另一端穿过带座轴承，传动轴上装有传动齿轮，传动齿轮与齿条啮合。


10.一种包含上述权利要求1-9中任一项所述的内河船电力推进系统的内河船航行控制方法，包括以下步骤：
步骤1：启动电力推进系统
启动一台发电机，通过设备运行参数监测模块获取发电机组输出功率PW和船舶负荷功率PL；船舶负荷功率PL包括变频器输出功率和日用负载功率，当船舶负荷功率大于当前发电机组输出功率，且机组平均负荷达到85％后，启动蓄电池为母线补充功率，直至变频器输出功率小于当前发电机组输出功率；
若蓄电池放电时长超过蓄电池额定工作时长的90％，则启动备用机组，关闭蓄电池，此时备用机组为母线供电，补充功率，母线为蓄电池充电；当机组负荷低于30％时，自动停止一台机组运行，保证最小在网机组1台；
有大功率设备启动时，需要向功率管理系统发送重载问询请求，确认在网机组功率满足要求后才能允许启动，否则将启动备用机...

【专利技术属性】
技术研发人员：王芳，张刚社，张建，郭胜，高仁云，吴儒顺，苏世杰，唐文献，
申请(专利权)人：上海瀚星船舶科技有限公司，上海海洋大学，江苏科技大学，
类型：发明
国别省市：上海;31