船舶用设备的选型方法及船舶技术

本发明专利技术公开了一种船舶用设备的选型方法及船舶。选型方法包括：根据船舶的电机和燃气发动机的连接方式、船舶的驱动力和航速之间的功率曲线、运行模式、以及和运行模式对应的预定航速确定船舶的总推进功率；确定船舶的加速附加功率；根据总推进功率和加速附加功率确定燃气发动机的功率和电机的功率。由此，根据船舶的电机和燃气发动机的连接方式、船舶的驱动力和航速之间的功率曲线、运行模式、以及和运行模式对应的预定航速确定船舶的总推进功率，然后根据总推进功率和加速附加功率确定电机和燃气发动机的功率，可以使船舶更加适应各种工况和航行环境。工况和航行环境。工况和航行环境。

【技术实现步骤摘要】
船舶用设备的选型方法及船舶


[0001]本专利技术涉及船舶领域，具体而言涉及船舶用设备的选型方法及船舶。

技术介绍

[0002]世界石油资源的日益短缺和船舶排放法规的逐步严格，促进了船舶动力新能源的发展。
[0003]天然气作为一种新型气体燃料。其具有高热值、燃烧产物清洁，以及价格低等特点，因此天然气在船舶领域有着很广阔的发展前景。而对于使用天然气作为燃料的燃气发动机，由于其自身燃烧特性的原因，燃气发动机存在低负荷扭矩储备不足，动态工况响应速度慢等缺陷。这些缺陷制约了燃气发动机作为船舶的推进主机。
[0004]对于采用纯电动力系统的船舶具有良好的经济性、环保性，以及舒适性。因此采用纯电动力系统的船舶是未来船舶发展的必然趋势。然而受到电能来源、功率密度等因素的影响，现阶段采用纯电动力系统的船舶的运行区域和船体的排量都受到了严重制约。
[0005]而气电混合动力系统(采用天然气和电能作为能源的系统)有助于解决新型技术应用与技术水平制约之间的矛盾，为船舶从传统的内燃机驱动直接推进过渡到纯电驱动提供了可行性方案。采用气电混合动力系统的船舶同时克服燃气发动机推进船舶低负荷扭矩储备不足，机动工况动态响应慢的缺陷，以及采用纯电动力系统的船舶的储能装置重量大、造价高、运行区域受限等缺陷。采用气电混合动力系统的船舶还具有冗余性好，以及可以根据航行需求选择最经济的推进模式等独特优势。
[0006]目前，用于船舶的气电混合动力系统尚处于发展初期，相关性研究主要集中在理论研究，针对用于船舶的气电混合动力系统的设计方法的研究极少。用于船舶的气电混合动力系统的设计难点正是在于燃气发动机的功率与电机的功率的分配，以及蓄电池和超级电容的选型和容量确定等方面。因此，为设计人员提供一种能够满足用户需求的气电混合动力系统的燃气发动机和电机选型方法具有非常重大的意义。
[0007]为此，本专利技术提供一种船舶用设备的选型方法及船舶，用以至少部分地解决上述问题。

技术实现思路

[0008]在
技术实现思路
部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施例部分中进一步详细说明。本专利技术的
技术实现思路
部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。
[0009]为至少部分地解决上述技术问题，本专利技术提供了一种船舶用设备的选型方法，船舶包括螺旋桨、电机，以及燃气发动机，电机和燃气发动机之间的连接方式包括并联方式和串联方式，电机和燃气发动机连接至螺旋桨，选型方法包括：
[0010]根据船舶的电机和燃气发动机的连接方式、船舶的驱动力和航速之间的功率曲线、运行模式、以及和运行模式对应的预定航速确定船舶的总推进功率；
[0011]确定船舶的加速附加功率；
[0012]根据总推进功率和加速附加功率确定燃气发动机的功率和电机的功率。
[0013]根据本专利技术的船舶用设备的选型方法，船舶由电机和/或燃气发动机提供动力航行，燃料的成本低，此外燃气发动机燃烧燃气的产物清洁环保，并且根据船舶的电机和燃气发动机的连接方式、船舶的驱动力和航速之间的功率曲线、运行模式、以及和运行模式对应的预定航速确定船舶的总推进功率，然后根据总推进功率和加速附加功率确定电机和燃气发动机的功率，可以使船舶更加适应各种工况和航行环境。
[0014]可选地，确定船舶的加速附加功率的步骤包括：
[0015]根据船舶的速度阻力曲线和燃气发动机的转速变化曲线确定船舶的加速附加功率。
[0016]可选地，电机的功率≥加速附加功率。
[0017]可选地，总推进功率-加速附加功率≤燃气发动机的功率。
[0018]可选地，选型方法还用于选取蓄电池，在确定电机的功率后，选型方法还包括：
[0019]根据公式(1)确定蓄电池的容量
[0020]E
b
＝P
m
×
t1×
η
b
×
η
d
×
η
m
×
η
s
×
η
L
ꢀꢀ
(1)
[0021]E
b
为蓄电池的容量；
[0022]P
m
为电机的功率；
[0023]t1为进出港所需的时间；
[0024]η
b
为蓄电池效率；
[0025]η
d
为电力变换部件的效率；
[0026]η
m
为电机效率；
[0027]η
s
为传动效率；
[0028]η
L
为电池寿命折减系数；
[0029]并且/或者
[0030]选型方法还用于选取超级电容，在确定电机的功率后，选型方法还包括：
[0031]根据公式(2)确定超级电容的容量
[0032]E
c
＝P
m
×
t2×
η
c
×
η
d
×
η
m
×
η
s
ꢀꢀ
(2)
[0033]E
c
为超级电容的容量；
[0034]t2为船舶加速的时间；
[0035]η
c
为超级电容的效率。
[0036]本专利技术还提供了一种船舶，船舶包括：螺旋桨；燃气发动机；电机，电机和燃气发动机之间的连接方式包括并联方式和串联方式，电机和燃气发动机均可断开地连接至螺旋桨；电源组件；切换控制组件，切换控制组件用于控制电机和螺旋桨之间的连接或断开，以及用于控制燃气发动机和螺旋桨之间的连接或断开；能量管理组件，能量管理组件用于控制电源组件向电机供电；其中，燃气发动机的功率和电机的功率根据前述的选型方法选取。
[0037]根据本专利技术的船舶，燃气发动机的功率和电机的功率根据前述的选型方法选取，船舶由电机和/或燃气发动机提供动力航行，燃料的成本低，此外燃气发动机燃烧燃气的产物清洁环保，并且根据船舶的电机和燃气发动机的连接方式、船舶的驱动力和航速之间的功率曲线、运行模式、以及和运行模式对应的预定航速确定船舶的总推进功率，然后根据总
推进功率和加速附加功率确定电机和燃气发动机的功率，可以使船舶更加适应各种工况和航行环境。
[0038]可选地，螺旋桨包括桨轴，电机包括转轴，燃气发动机包括输出轴，船舶还包括：
[0039]第一离合器，第一离合器的第一端连接至燃气发动机的输出轴，切换控制组件电连接至第一离合器，以控制第一离合器接合或分离；
[0040]开关组件，开关组件电连接至电机，电源组件电连接至开关组件，以通过开关组件向电机输送电能或存储电机提供的电能，能量管理组件电连接至开关组件，以控制开关组件的连通或断开；
[0041]其中，船舶还包括齿轮箱和第二离合器，齿轮箱的输出轴本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种船舶用设备的选型方法，所述船舶包括螺旋桨、电机，以及燃气发动机，所述电机和所述燃气发动机之间的连接方式包括并联方式和串联方式，所述电机和所述燃气发动机连接至所述螺旋桨，其特征在于，所述选型方法包括：根据所述船舶的所述电机和所述燃气发动机的连接方式、所述船舶的驱动力和航速之间的功率曲线、运行模式、以及和所述运行模式对应的预定航速确定所述船舶的总推进功率；确定所述船舶的加速附加功率；根据所述总推进功率和所述加速附加功率确定所述燃气发动机的功率和所述电机的功率。2.根据权利要求1所述的选型方法，其特征在于，确定所述船舶的加速附加功率的步骤包括：根据所述船舶的速度阻力曲线和所述燃气发动机的转速变化曲线确定所述船舶的加速附加功率。3.根据权利要求1所述的选型方法，其特征在于，所述电机的功率≥所述加速附加功率。4.根据权利要求1所述的选型方法，其特征在于，所述总推进功率-所述加速附加功率≤所述燃气发动机的功率。5.根据权利要求1所述的选型方法，其特征在于，所述选型方法还用于选取蓄电池，在确定所述电机的功率后，所述选型方法还包括：根据公式(1)确定蓄电池的容量E
b
＝P
m
×
t1×
η
b
×
η
d
×
η
m
×
η
s
×
η
L (1)E
b
为蓄电池的容量；P
m
为电机的功率；t1为进出港所需的时间；η
b
为蓄电池效率；η
d
为电力变换部件的效率；η
m
为电机效率；η
s
为传动效率；η
L
为电池寿命折减系数；并且/或者所述选型方法还用于选取超级电容，在确定所述电机的功率后，所述选型方法还包括：根据公式(2)确定超级电容的容量E
c
＝P
m
×
t2×
η
c
×
η
d
×
η
m
×
η
s (2)E
c
为超级电容的容量；t2为船舶加速的时间；η
c
为超级电容的效率。6.一种船舶，其特征在于，所述船舶包括：螺旋桨；燃气发动机；
电机，所述电机和所述燃气发动机之间的连接方式包括并联方式和串联方式，所述电机和所述燃气发动机均可断开地连接至所述螺旋桨；电源组件；切换控制组件，所述切换控制组件用于控制所述电机和所述螺旋桨...

【专利技术属性】
技术研发人员：许力文，周晓洁，孟嗣斐，刘佳彬，李威，杨峰，朱端祥，陈德富，谢钧，
申请(专利权)人：中国船舶重工集团公司第七一一研究所，
类型：发明
国别省市：