基于轴带电机与柴油机并车推进的船舶柴电混合动力装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及船舶动力装置技术，尤其涉及船舶柴电混合动力装置。
【背景技术】
[0002]基于PTO/PTI可逆轴带电机应用的柴电混合动力装置的工作模式主要有四种:一是柴油机推动螺旋桨的同时带动轴带电机发电(电机运行在PTO模式，替代船舶电站进行全船供电)；二是柴油机故障或低噪声航行时，轴带电机由船舶电站供电运行在电动模式(即PTI模式)推进船舶航行；三是低速巡航时，由一台柴油机驱动本轴系螺旋桨运转的同时，带动本轴系轴带电机运行在PTO模式，供电至其他轴系轴带电机，并使其运行在PTI模式，进而驱动其他轴系螺旋桨运转，最终实现一机带多桨的运行模式(即一台柴油机带动机轴和电轴同时运行)；四是在对机动性要求较高的情况下，轴带电机由船舶电站供电运行在PTI模式并和柴油机并联运行，共同推动船舶航行。
[0003]柴电混合动力装置比较复杂，涉及发动机、液压、电气、传动、自动化控制等多个技术领域。目前，国内少数船舶已开始采用柴电混合动力装置，但涉及的柴电混合动力装置还只能在上述四种模式中的某几种模式下运行，并且系统中的核心设备多由国外厂商集成供货。而对于如何实现对轴带电机与柴油机并车推进的自动控制更是其中的难点，目前还没有见到有相应的实船应用。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的技术问题在于提供一种基于ΡΤ0/ΡΤΙ可逆轴带电机与柴油机并车推进的船舶柴电混合动力装置，其可以实现ΡΤ0/ΡΤΙ可逆轴带电机与柴油机主机并车推进的自动控制。
[0005]为解决上述技术问题，本发明采用了以下技术方案:
基于轴带电机与柴油机并车推进的船舶柴电混合动力装置，包括柴油机主机、柴油机电控系统、齿轮箱、用于控制齿轮箱的接排及脱排的齿轮箱控制机构、第一弹性联轴器、第二弹性联轴器、ΡΤ0/ΡΤΙ可逆轴带电机、ΡΤ0/ΡΤΙ模式切换控制装置和并车控制装置；
柴油机主机的输出端通过第一弹性联轴器与齿轮箱的第一输入轴连接，ΡΤ0/ΡΤΙ可逆轴带电机的输出端通过第二弹性联轴器与齿轮箱的第二输入轴连接，齿轮箱的输出轴与船舶的螺旋桨轴连接；
ΡΤ0/ΡΤΙ模式切换控制装置用于控制ΡΤ0/ΡΤΙ可逆轴带电机工作在PTO模式或PTI模式；
并车控制装置分别与柴油机电控系统、齿轮箱控制机构和ΡΤ0/ΡΤΙ模式切换控制装置双向电连接，用于通过柴油机电控系统控制柴油机主机的转速、通过齿轮箱控制机构控制齿轮箱的接排和脱排以及通过ΡΤ0/ΡΤΙ模式切换控制装置控制ΡΤ0/ΡΤΙ可逆轴带电机的工作模式和转速，并接收柴油机电控系统反馈的柴油机主机转速信号和柴油机主机输出功率信号、齿轮箱控制机构反馈的接排脱排状态以及ΡΤ0/ΡΤΙ模式切换控制装置反馈的PTO/PTI可逆轴带电机的转速信号、输出电流信号、输出电压信号和工作模式状态。
[0006]本发明还公开了上述船舶柴电混合动力装置控制轴带电机与柴油机并车推进的方法，包括以下步骤:
并车控制装置在接收到外部输入的并车控制指令后，根据PTO/PTI模式切换控制装置反馈的PTO/PTI可逆轴带电机的工作状态，判断PTO/PTI可逆轴带电机是否工作在PTI模式；
若PTO/PTI可逆轴带电机未工作在PTI模式，并车控制装置命令PTO/PTI模式切换控制装置控制PTO/PTI可逆轴带电机工作在PTI模式；
并车控制装置根据接收的柴油机主机转速信号和Ρ??/ΡΤΙ可逆轴带电机的转速信号，判断柴油机主机的转速与PTO/PTI可逆轴带电机的转速是否同步；
若柴油机主机的转速与PTO/PTI可逆轴带电机的转速未同步，则并车控制装置通过PTO/PTI模式切换控制装置控制PTO/PTI可逆轴带电机的转速，直至柴油机主机的转速与PTO/PTI可逆轴带电机的转速达到同步；
在PTO/PTI可逆轴带电机的转速与柴油机主机的转速同步后，通过齿轮箱控制机构控制齿轮箱的PTO/PTI离合器接排，使处于PTI工作模式的PTO/PTI可逆轴带电机输出的扭矩被传递到螺旋桨轴；
并车控制装置根据柴油机主机的额定功率p-和PTO/PTI可逆轴带电机的额定功率P1_确定功率分配方式，其中，若Pm /P_< XI，则确定在齿轮箱的PTO/PTI离合器接排成功后，使柴油机主机的输出功率Ptl满足:I Si I /P_< X2，并使PTO/PTI可逆轴带电机的输出功率P1小于预设的限定值P R，Pr < P1^ ;若P m /P。额> XI，则确定在齿轮箱的PT0/PTI离合器接排成功后，使PT0/PTI可逆轴带电机输出功率P#柴油机主机输出功率P C1之比P/P。满足:I P !/P0- P m /P。额I ( X3 ;其中，30% ^Xl ^ 50%，X2和X3均为预设的偏差阈值，4% ^ X2 ^ 8% ；4% ^ X3 ^ 8% ；S1为柴油机主机的输出功率Ptl与柴油机主机的额定功率Pc*之差；
并车控制装置根据接收的Ρ??/ΡΤΙ可逆轴带电机的输出电流信号和输出电压信号，计算PT0/PTI可逆轴带电机的输出功率；
并车控制装置基于接收的柴油机电控系统反馈的柴油机主机输出功率信号以及计算出的PT0/PTI可逆轴带电机的输出功率，按照上述的确定的功率分配方式控制柴油机主机的输出功率Ptl和PT0/PTI可逆轴带电机输出功率P !O
[0007]采用上述技术方案后，本发明具有以下优点:
1、本发明的船舶柴电混合动力装置能够通过PT0/PTI模式切换控制装置、并车控制装置等实现ΡΤ0/ΡΙ?可逆轴带电机与柴油机主机的自动并车。在追击、紧急避让等工况下，PT0/PTI可逆轴带电机由船舶辅机电站供电工作在PTI模式和柴油机主机并联运行，共同驱动同一轴系螺旋桨，提升了驱动轴系的输出功率，进而提高了船舶动力系统的机动性；
2、本发明充分考虑了选配柴油机、PT0/PTI可逆轴带电机的技术特点、性能参数，设置了合适的功率分配方式。在柴油机主机和PT0/PTI可逆轴带电机的功率相差较大时，采用了 PT0/PTI可逆轴带电机限功率输出和柴油机主机并车推机，此时柴油机主机输出功率用足，其余功率输出在保证PT0/PTI可逆轴带电机不超负荷的情况下由PT0/PTI可逆轴带电机提供，从而确保船舶的机动性能；而在柴油机主机和PT0/PTI可逆轴带电机功率相差不大时，采用了按比例分配功率的方式进行并车推进，这样可以避免柴油机主机长时间运行在较高负荷区间带来的损耗加大、可靠性降低、维修期缩短等问题，同时也可以使柴油机主机运行在油耗相对较低的负荷区间，从而提高了经济性；
3.本发明的基于PTO/PTI可逆轴带电机与柴油机并车推进的柴电混合动力装置除可以运行在柴电并车推进工作模式外，还可以根据需要运行在PTO发电、PTH应急或静音推进模式。其中，通过合理配置柴油机主机、ΡΤ0/ΡΤΙ可逆轴带电机及辅机电站的功率，能够在经济航行时，由轴带电机替代船舶辅机发电，提升推进柴油机运行负荷，降低油耗，同时还能在节省辅机电站所需的燃油消耗、提高运行经济性的同时，改善排放；在推进柴油机失去动力或特殊工况下需要静音航行时，通过船舶辅机电站供电直接驱动轴带电机运行在电动模式，实现船舶电力推进航行，提高动力系统的冗余度。
【附图说明】
[0008]图1是根据本发明船舶柴电混合动力装置一个实施例的示意图。
[0009]图2是根据本发明船舶柴电混合动力装置一实施例的齿轮箱的示意图。
[0010]图3为根据本发明船舶柴电混合动力装置一实施例的并车控制装置的原理示意图。
[0011]图4示出了根据本发明一实施例的船舶柴