本發(fā)明涉及船舶動力系統(tǒng)控制，具體涉及一種機(jī)電混合推進(jìn)的艦船動力系統(tǒng)及其控制方法。

背景技術(shù)：

1、推進(jìn)系統(tǒng)向來是船舶設(shè)計的重中之重，由于船舶航速跨度大，運(yùn)行工況多，推進(jìn)系統(tǒng)方案的確定需要考慮如下因素：

2、(a)最大推進(jìn)功率對總裝船功率的比例；(b)設(shè)備獲得的難易程度；(c)系統(tǒng)的維修性和可靠性；(d)壽命周期運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性；(e)系統(tǒng)生命力(抗損性)；(f)其他(特殊工況需要，如低噪聲工況)；

3、現(xiàn)有技術(shù)的船舶動力系統(tǒng)方案中，通常使船舶電力系統(tǒng)與推進(jìn)系統(tǒng)相互獨立運(yùn)行。近年來，隨著船舶電力推進(jìn)技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，船舶推進(jìn)系統(tǒng)也形成了多種組合形式，以及多種運(yùn)行模式以應(yīng)對船舶航行的多工況需求。但是現(xiàn)有技術(shù)的船舶電力系統(tǒng)與推進(jìn)系統(tǒng)混合推進(jìn)時，仍存在功率利用不充分，系統(tǒng)工作噪聲大等問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：提供一種機(jī)電混合推進(jìn)的艦船動力系統(tǒng)及其控制方法，能夠有效提高艦船動力系統(tǒng)的功率利用效率，并提升船舶使用的燃油經(jīng)濟(jì)性和低噪聲性能。

2、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

3、一、一種機(jī)電混合推進(jìn)的艦船動力系統(tǒng)

4、本發(fā)明提供了一種機(jī)電混合推進(jìn)的艦船動力系統(tǒng)，包括單獨設(shè)置的燃?xì)廨啓C(jī)一1和燃?xì)廨啓C(jī)二2，所述燃?xì)廨啓C(jī)一1和燃?xì)廨啓C(jī)二2分別通過齒輪箱一3和齒輪箱二4與推進(jìn)軸一5和推進(jìn)軸二6相連接，所述推進(jìn)軸一5和推進(jìn)軸二6的端部分別連接有螺旋槳一7和螺旋槳二8，且所述推進(jìn)軸一5和推進(jìn)軸二6的中部分別設(shè)有雙向軸帶電機(jī)一9和雙向軸帶電機(jī)二10，所述雙向軸帶電機(jī)一9和雙向軸帶電機(jī)二10均通過連接線纜與控制及轉(zhuǎn)接裝置11電性連接，所述控制及轉(zhuǎn)接裝置11與船舶電力系統(tǒng)12電性連接。

5、優(yōu)選的，所述雙向軸帶電機(jī)一9和雙向軸帶電機(jī)二10均同時具備發(fā)電機(jī)模式和電動機(jī)模式，用于將對應(yīng)推進(jìn)軸的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能并傳輸至所述控制及轉(zhuǎn)接裝置11，或?qū)⑺隹刂萍稗D(zhuǎn)接裝置11傳輸?shù)碾娔苻D(zhuǎn)換為機(jī)械能以驅(qū)動對應(yīng)的推進(jìn)軸運(yùn)轉(zhuǎn)。

6、優(yōu)選的，所述控制及轉(zhuǎn)接裝置11用于控制所述雙向軸帶電機(jī)一9和雙向軸帶電機(jī)二10處于電動機(jī)模式的轉(zhuǎn)速，同時所述控制及轉(zhuǎn)接裝置11還用于將軸帶電機(jī)發(fā)電機(jī)模式下傳輸?shù)碾娔茌斔椭链半娏ο到y(tǒng)12，或?qū)⒋半娏ο到y(tǒng)12儲存的電能輸送至電動機(jī)模式下的軸帶電機(jī)。

7、二、一種艦船動力系統(tǒng)的控制方法

8、基于同一發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明還提供了一種如上所述艦船動力系統(tǒng)的控制方法，具體包括如下步驟：

9、s1，判斷船舶當(dāng)前運(yùn)行工況；

10、s2，當(dāng)船舶處于高航速運(yùn)行工況時，采用雙燃?xì)廨啓C(jī)推進(jìn)加電力系統(tǒng)輔助推進(jìn)形式；

11、s3，當(dāng)船舶處于巡航航速運(yùn)行工況時；采用單燃?xì)廨啓C(jī)推進(jìn)加單電機(jī)推進(jìn)形式；

12、s4，當(dāng)船舶處于低航速運(yùn)行工況時，采用單燃?xì)廨啓C(jī)推進(jìn)加電力系統(tǒng)輔助推進(jìn)形式；

13、s5，當(dāng)船舶處于抗故障運(yùn)行工況時，根據(jù)故障出現(xiàn)位置，切換至對應(yīng)的后備推進(jìn)形式。

14、優(yōu)選的，在步驟s2中，所述高航速運(yùn)行工況，具體為船舶航速高于預(yù)設(shè)的船舶巡航航速最大值；

15、所述雙燃?xì)廨啓C(jī)推進(jìn)加電力系統(tǒng)輔助推進(jìn)形式，具體為兩臺燃?xì)廨啓C(jī)均按照預(yù)設(shè)功率一運(yùn)行；同時兩臺雙向軸帶電機(jī)均處于電動機(jī)模式，由船舶電力系統(tǒng)提供電能以輔助驅(qū)動對應(yīng)的推進(jìn)軸運(yùn)轉(zhuǎn)。

16、優(yōu)選的，在步驟s3中，所述巡航航速運(yùn)行工況，具體為船舶航速不高于預(yù)設(shè)的船舶巡航航速最大值且不低于預(yù)設(shè)的船舶巡航航速最小值；

17、所述單燃?xì)廨啓C(jī)推進(jìn)加單電機(jī)推進(jìn)形式，具體為任一臺燃?xì)廨啓C(jī)按照預(yù)設(shè)功率二運(yùn)行，其推進(jìn)軸上對應(yīng)的雙向軸帶電機(jī)處于發(fā)電機(jī)模式，并將發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電能傳輸至另一臺雙向軸帶電機(jī)使用，所述另一臺雙向軸帶電機(jī)處于電動機(jī)模式，用于驅(qū)動另一臺臺燃?xì)廨啓C(jī)對應(yīng)的推進(jìn)軸運(yùn)轉(zhuǎn)。

18、其中，所述發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電能一部分傳輸至所述另一臺雙向軸帶電機(jī)使用，另一部分傳輸至船舶電力系統(tǒng)的負(fù)載使用。

19、優(yōu)選的，在步驟s4中，所述低航速運(yùn)行工況，具體為船舶航速低于預(yù)設(shè)的船舶巡航航速最小值；

20、所述單燃?xì)廨啓C(jī)推進(jìn)加電力系統(tǒng)輔助推進(jìn)形式，具體為任一臺燃?xì)廨啓C(jī)按照預(yù)設(shè)功率三運(yùn)行，其推進(jìn)軸上對應(yīng)的雙向軸帶電機(jī)處于電動機(jī)模式，由所述燃?xì)廨啓C(jī)和對應(yīng)的雙向軸帶電機(jī)共同驅(qū)動對應(yīng)的推進(jìn)軸運(yùn)轉(zhuǎn)。

21、優(yōu)選的，在步驟s5中，當(dāng)船舶燃?xì)廨啓C(jī)出現(xiàn)故障時，兩臺雙向軸帶電機(jī)均處于電動機(jī)模式，由船舶電力系統(tǒng)提供電能以驅(qū)動對應(yīng)的推進(jìn)軸運(yùn)轉(zhuǎn)。

22、優(yōu)選的，在步驟s5中，當(dāng)船舶電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，兩臺燃?xì)廨啓C(jī)均按照預(yù)設(shè)功率四運(yùn)行，同時兩臺雙向軸帶電機(jī)均處于發(fā)電機(jī)模式，并將發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電能傳輸至船舶電力系統(tǒng)的負(fù)載使用。

23、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下主要的優(yōu)點：

24、1、本發(fā)明通過雙向電機(jī)作為機(jī)械能與電能轉(zhuǎn)換節(jié)點，配合控制及轉(zhuǎn)接裝置使推進(jìn)系統(tǒng)與電力系統(tǒng)以電能的形式連通，實現(xiàn)兩個系統(tǒng)之間功率相互轉(zhuǎn)化應(yīng)用，結(jié)合對應(yīng)的控制方法，能夠有效提高艦船動力系統(tǒng)的功率利用效率；

25、2、本發(fā)明通過機(jī)械推進(jìn)與電力推進(jìn)混合的推進(jìn)形式，在保持傳統(tǒng)推進(jìn)系統(tǒng)成熟性、可靠性的同時，具備了電力推進(jìn)的先進(jìn)性，并進(jìn)一步提高了船舶壽命周期使用的經(jīng)濟(jì)性，以及運(yùn)行的穩(wěn)定性；

26、3、本發(fā)明實現(xiàn)了推進(jìn)系統(tǒng)與電力系統(tǒng)的連通，即保持了兩大系統(tǒng)的相對獨立，又使推進(jìn)系統(tǒng)和電力系統(tǒng)可互為備份，大大提高了推進(jìn)系統(tǒng)和電力系統(tǒng)的生命力；

27、4、本發(fā)明提高了船舶低速工況下的低噪聲性，且電力跨接使推進(jìn)系統(tǒng)的布置更加靈活，有助于提升船舶整體空間使用效率。

技術(shù)特征：

1.一種機(jī)電混合推進(jìn)的艦船動力系統(tǒng)，其特征在于，包括單獨設(shè)置的燃?xì)廨啓C(jī)一(1)和燃?xì)廨啓C(jī)二(2)，所述燃?xì)廨啓C(jī)一(1)和燃?xì)廨啓C(jī)二(2)分別通過齒輪箱一(3)和齒輪箱二(4)與推進(jìn)軸一(5)和推進(jìn)軸二(6)相連接，所述推進(jìn)軸一(5)和推進(jìn)軸二(6)的端部分別連接有螺旋槳一(7)和螺旋槳二(8)，且所述推進(jìn)軸一(5)和推進(jìn)軸二(6)的中部分別設(shè)有雙向軸帶電機(jī)一(9)和雙向軸帶電機(jī)二(10)，所述雙向軸帶電機(jī)一(9)和雙向軸帶電機(jī)二(10)均通過連接線纜與控制及轉(zhuǎn)接裝置(11)電性連接，所述控制及轉(zhuǎn)接裝置(11)與船舶電力系統(tǒng)(12)電性連接。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種機(jī)電混合推進(jìn)的艦船動力系統(tǒng)，其特征在于：所述雙向軸帶電機(jī)一(9)和雙向軸帶電機(jī)二(10)均同時具備發(fā)電機(jī)模式和電動機(jī)模式，用于將對應(yīng)推進(jìn)軸的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能并傳輸至所述控制及轉(zhuǎn)接裝置(11)，或?qū)⑺隹刂萍稗D(zhuǎn)接裝置(11)傳輸?shù)碾娔苻D(zhuǎn)換為機(jī)械能以驅(qū)動對應(yīng)的推進(jìn)軸運(yùn)轉(zhuǎn)。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種機(jī)電混合推進(jìn)的艦船動力系統(tǒng)，其特征在于：所述控制及轉(zhuǎn)接裝置(11)用于控制所述雙向軸帶電機(jī)一(9)和雙向軸帶電機(jī)二(10)處于電動機(jī)模式的轉(zhuǎn)速，同時所述控制及轉(zhuǎn)接裝置(11)還用于將軸帶電機(jī)發(fā)電機(jī)模式下傳輸?shù)碾娔茌斔椭链半娏ο到y(tǒng)(12)，或?qū)⒋半娏ο到y(tǒng)(12)儲存的電能輸送至電動機(jī)模式下的軸帶電機(jī)。

4.一種如權(quán)利要求1至3中任意一項所述艦船動力系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，包括如下步驟：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的控制方法，其特征在于步驟s2中，所述高航速運(yùn)行工況，具體為船舶航速高于預(yù)設(shè)的船舶巡航航速最大值；

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的控制方法，其特征在于步驟s3中，所述巡航航速運(yùn)行工況，具體為船舶航速不高于預(yù)設(shè)的船舶巡航航速最大值且不低于預(yù)設(shè)的船舶巡航航速最小值；

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的控制方法，其特征在于，所述發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電能一部分傳輸至所述另一臺雙向軸帶電機(jī)使用，另一部分傳輸至船舶電力系統(tǒng)的負(fù)載使用。

8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的控制方法，其特征在于步驟s4中，所述低航速運(yùn)行工況，具體為船舶航速低于預(yù)設(shè)的船舶巡航航速最小值；

9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的控制方法，其特征在于步驟s5中，當(dāng)船舶燃?xì)廨啓C(jī)出現(xiàn)故障時，兩臺雙向軸帶電機(jī)均處于電動機(jī)模式，由船舶電力系統(tǒng)提供電能以驅(qū)動對應(yīng)的推進(jìn)軸運(yùn)轉(zhuǎn)。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的控制方法，其特征在于步驟s5中，當(dāng)船舶電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，兩臺燃?xì)廨啓C(jī)均按照預(yù)設(shè)功率四運(yùn)行，同時兩臺雙向軸帶電機(jī)均處于發(fā)電機(jī)模式，并將發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電能傳輸至船舶電力系統(tǒng)的負(fù)載使用。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及船舶動力系統(tǒng)控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種機(jī)電混合推進(jìn)的艦船動力系統(tǒng)及其控制方法。本發(fā)明通過雙向電機(jī)作為機(jī)械能與電能轉(zhuǎn)換節(jié)點，配合控制及轉(zhuǎn)接裝置使推進(jìn)系統(tǒng)與電力系統(tǒng)以電能的形式連通，實現(xiàn)兩個系統(tǒng)之間功率相互轉(zhuǎn)化應(yīng)用，結(jié)合對應(yīng)的控制方法，能夠有效提高艦船動力系統(tǒng)的功率利用效率；本發(fā)明實現(xiàn)了推進(jìn)系統(tǒng)與電力系統(tǒng)的連通，即保持了兩大系統(tǒng)的相對獨立，又使推進(jìn)系統(tǒng)和電力系統(tǒng)可互為備份，大大提高了推進(jìn)系統(tǒng)和電力系統(tǒng)的生命力；本發(fā)明提高了船舶低速工況下的低噪聲性，且電力跨接使推進(jìn)系統(tǒng)的布置更加靈活，有助于提升船舶整體空間使用效率。

技術(shù)研發(fā)人員：王安存,吳東偉
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國艦船研究設(shè)計中心
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/30