一种三机两轴船用柴燃并车传动试验台的制作方法

本发明涉及的是一种试验台，具体地说是船用传动试验台。

背景技术：

柴燃联合动力分为两种类型，即柴燃交替(combineddieselorgasturbine，codog)和柴燃并车(combineddieselandgasturbine，codag)。其中，“柴燃并车”是一种更先进也更复杂的柴燃联合动力系统，它与“柴燃交替”动力系统相比主要优势在于：两者的巡航经济性相当，但在全速工况下“柴燃并车”动力系统中的柴油机与燃气轮机共同投入工作，并未像“柴燃交替”动力系统中的柴油机一样处于“闲置”状态，从而进一步提升了主机的综合利用率。传动装置是柴燃并车动力系统中的核心设备之一，起到了联合、分配主机功率，匹配机桨扭矩、转速的重要作用。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供验证三机两轴船用柴燃并车传动装置的传动原理并确定其运行状态下关键特性的一种三机两轴船用柴燃并车传动试验台。

本发明的目的是这样实现的：

本发明一种三机两轴船用柴燃并车传动试验台，其特征是：包括试验用三机两轴柴燃并车齿轮传动装置、第一-第二水力测功器、第一-第三主机，所述试验用三机两轴柴燃并车齿轮传动装置包括平行轴功率分流齿轮箱、左主齿轮箱、右主齿轮箱、左双速齿轮箱、右双速齿轮箱；

第一主机位于平行轴功率分流齿轮箱的中轴线上并位于其前侧，第二-第三主机对称布置于平行轴功率分流齿轮箱的两侧并分别位于左双速齿轮箱和右双速齿轮箱的后侧，第一-第三主机均位于第一-第二水力测功器的内侧，左主齿轮箱、右主齿轮箱位于平行轴功率分流齿轮箱和左双速齿轮箱、右双速齿轮箱之间，左双速齿轮箱、右双速齿轮箱位于左主齿轮箱、右主齿轮箱和第二中速电机、第三中速电机之间，左增速齿轮箱位于左主齿轮箱和第一水力测功器之间，右增速齿轮箱位于右主齿轮箱和第二水力测功器之间；

第一主机通过第一联轴器、同步自动离合器与平行轴功率分流齿轮箱相联，平行轴功率分流齿轮箱左侧输出端通过第一摩擦离合器、第二联轴器与左主齿轮箱的前侧输入端相联，平行轴功率分流齿轮箱右侧输出端通过第二摩擦离合器、第三联轴器与右主齿轮箱的前侧输入端相联，左主齿轮箱的后侧输入端通过第四联轴器与左双速齿轮箱的输出端相联，左主齿轮箱的输出端连接第一水力测功器，右主齿轮箱的后侧输入端通过第五联轴器与右双速齿轮箱的输出端相联，右主齿轮箱的输出端连接第二水力测功器，第二主机通过第六联轴器与左双速齿轮箱的输入端相联，第三主机通过第七联轴器与右双速齿轮箱的输入端相联；

左双速齿轮箱中包括第一大速比摩擦离合器和第一小速比摩擦离合器，右双速齿轮箱中包括第二大速比摩擦离合器和第二小速比摩擦离合器，左双速齿轮箱和右双速齿轮箱均具有脱开、大速比接合、小速比接合三个档位。

本发明还可以包括；

1、当针对缩比样机进行原理性试验研究时，第一主机为高速电机，第二主机和第三主机为第二中速电机第三中速电机，左主齿轮箱与第一水力测功器之间设置左增速齿轮箱，右主齿轮箱与第二水力测功器之间设置右增速齿轮箱，左主齿轮箱的输出端通过第八联轴器与左增速齿轮箱相联，右主齿轮箱的输出端通过第九联轴器与右增速齿轮箱相联，左增速齿轮箱通过第十联轴器连接第一水力测功器，右增速齿轮箱通过第十一联轴器连接第二水力测功器；第一水力测功器和第二水力测功器采用高速小功率水力测功器模拟螺旋桨负载。

2、当针对实尺寸样机进行系统动态特性试验研究时，第一主机为燃气轮机，第二主机和第三主机为第一柴油机和第二柴油机，左主齿轮箱的输出端通过第八联轴器与第一水力测功器相联，右主齿轮箱的输出端通过第九联轴器与第二水力测功器相联，第一水力测功器和第二水力测功器采用低速大功率水力测功器模拟螺旋桨负载。

3、采用第一中速电机和第二中速电机驱动运行：

第一大速比摩擦离合器和第二大速比摩擦离合器分别接合，左双速齿轮箱和右双速齿轮箱均处于大速比接合档位，同步自动离合器脱开，第一电机不启动，第一中速电机通过第六联轴器、左双速齿轮箱、第四联轴器、左主齿轮箱、第八联轴器、增速齿轮箱、第十联轴器将功率传递至第一水力测功器，并实现转速匹配，第二中速电机通过第七联轴器、右双速齿轮箱、第五联轴器、右主齿轮箱、第九联轴器、右增速齿轮箱、第十一联轴器将功率传递至第二水力测功器，并实现转速匹配。

4、采用高速电机驱动运行：

左双速齿轮箱内的第一大速比摩擦离合器和第一小速比摩擦离合器均脱开，右双速齿轮箱内的第二大速比摩擦离合器和第二小速比摩擦离合器均脱开，第一中速电机和第二中速电机不启动，高速电机通过第一联轴器、同步自动离合器将功率传递至平行轴功率分流齿轮箱，在平行轴功率分流齿轮箱处进行功率分流，左侧功率流经第一摩擦离合器、第二联轴器、左主齿轮箱、第八联轴器、左增速齿轮箱、第十联轴器将功率传递至第一水力测功器，并实现转速匹配；右侧功率流经第二摩擦离合器、第三联轴器、右主齿轮箱、第九联轴器、右增速齿轮箱、第十一联轴器将功率传递至第二水力测功器，并实现转速匹配。

5、采用第一中速电机或第二中速电机驱动运行；

当采用第一中速电机驱动运行时：

左双速齿轮箱内部的第一大速比摩擦离合器接合，处于大速比接合档位，右双速齿轮箱内部的第二大速比摩擦离合器和第二小速比摩擦离合器脱开，第二中速电机不启动，同步自动离合器脱开，高速电机不启动，第一中速电机通过第六联轴器、左双速齿轮箱、第四联轴器将功率传递至左主齿轮箱，在左主齿轮箱处进行功率分流，左侧功率流经第八联轴器、左增速齿轮箱、第十联轴器将功率传递至第一水力测功器，并实现转速匹配；右侧功率流经第二联轴器、第一摩擦离合器、平行轴功率分流齿轮箱、第二摩擦离合器、第三联轴器、右主齿轮箱、第九联轴器、右增速齿轮箱、第十一联轴器将功率传递至第二水力测功器，并实现转速匹配；

当采用第二中速电机驱动运行时：

右双速齿轮箱内部的第二大速比摩擦离合器接合，处于大速比接合档位，左双速齿轮箱内部的第一大速比摩擦离合器和第一小速比摩擦离合器脱开，第一中速电机不启动，同步自动离合器脱开，高速电机不启动，第二中速电机通过第七联轴器、右双速齿轮箱、第五联轴器将功率传递至右主齿轮箱，在右主齿轮箱处进行功率分流，右侧功率流经第九联轴器、右增速齿轮箱、第十一联轴器将功率传递至第二水力测功器，并实现转速匹配；左侧功率流经第三联轴器、第二摩擦离合器、平行轴功率分流齿轮箱、第一摩擦离合器、第二联轴器、左主齿轮箱、第八联轴器、座增速齿轮箱、第十联轴器将功率传递至第一水力测功器，并实现转速匹配。

6、采用高速电机、第一中速电机和第二中速电机共同驱动运行：

左双速齿轮箱、右双速齿轮箱内部的第一小速比摩擦离合器、第二小速比摩擦离合器接合，处于小速比接合档位，高速电机通过第一联轴器、同步自动离合器将功率传递至平行轴功率分流齿轮箱，在平行轴功率分流齿轮箱处进行功率分流，左侧功率流经第一摩擦离合器、第二联轴器传递至左主齿轮箱；右侧功率流经第二摩擦离合器、第三联轴器、传递至右主齿轮箱，与此同时，第一中速电机通过第六联轴器、左双速齿轮箱、第四联轴器将功率传递至左主齿轮箱，在左主齿轮箱处与高速电机左侧功率流汇流后，再经第八联轴器、左增速齿轮箱、第十联轴器传递至第一水力测功器，并实现转速匹配；第二中速电机通过第七联轴器、右双速齿轮箱、第五联轴器将功率传递至右主齿轮箱，在右主齿轮箱处与高速电机右侧功率流汇流后，再经第九联轴器、右增速齿轮箱、第十一联轴器传递至第二水力测功器，并实现转速匹配。

7、采用第一柴油机和第二柴油机驱动运行或燃气轮机单独驱动运行；

当采用第一柴油机和第二柴油机驱动运行时：

左双速齿轮箱、右双速齿轮箱内部的第一大速比摩擦离合器和第二大速比摩擦离合器接合，处于大速比接合档位，同步自动离合器脱开，燃气轮机不启动，第一柴油机通过第六联轴器、左双速齿轮箱、第四联轴器、左主齿轮箱、第八联轴器将功率传递至第一水力测功器，并实现转速匹配，第二柴油机通过第七联轴器、右双速齿轮箱、第五联轴器、右主齿轮箱、第九联轴器将功率传递至第二水力测功器，并实现转速匹配；

当采用燃气轮机单独驱动运行时：

左双速齿轮箱、右双速齿轮箱内部的第一大速比摩擦离合器和第一小速比摩擦离合器、第二大速比摩擦离合器和第二小速比摩擦离合器脱开，第一柴油机、第二柴油机不启动，燃气轮机通过第一联轴器、同步自动离合器将功率传递至平行轴功率分流齿轮箱，在平行轴功率分流齿轮箱处进行功率分流，左侧功率流经第一摩擦离合器、第二联轴器、左主齿轮箱、第八联轴器、将功率传递至第一水力测功器，并实现转速匹配；右侧功率流经第二摩擦离合器、第三联轴器、右主齿轮箱、第九联轴器将功率传递至第二水力测功器，并实现转速匹配。

8、采用第一柴油机或第二柴油机驱动运行；

当采用第一柴油机驱动运行时：

左双速齿轮箱内部的第一大速比摩擦离合器接合，处于大速比接合档位，右双速齿轮箱内部的第二大速比摩擦离合器和第二小速比摩擦离合器脱开，第二柴油机不启动，同步自动离合器脱开，燃气轮机不启动，第一柴油机第六通过联轴器、左双速齿轮箱、第四联轴器将功率传递至左主齿轮箱，在左主齿轮箱处进行功率分流，左侧功率流经第八联轴器将功率传递至第一水力测功器，并实现转速匹配；右侧功率流经第二联轴器、第一摩擦离合器、平行轴功率分流齿轮箱、第二摩擦离合器、第三联轴器、右主齿轮箱、第九联轴器将功率传递至第二水力测功器，并实现转速匹配；

当采用第二柴油机驱动运行时：

右双速齿轮箱内部的第一大速比摩擦离合器接合，处于大速比接合档位，左双速齿轮箱内部的第一大速比摩擦离合器和第一小速比摩擦离合器脱开，第一柴油机不启动，同步自动离合器脱开，燃气轮机不启动，第二柴油机通过第七联轴器、右双速齿轮箱、第五联轴器将功率传递至右主齿轮箱，在右主齿轮箱处进行功率分流，右侧功率流经第九联轴器将功率传递至第二水力测功器，并实现转速匹配；左侧功率流经第三联轴器、第二摩擦离合器、平行轴功率分流齿轮箱、第一摩擦离合器、第二联轴器、左主齿轮箱、第八联轴器将功率传递至第一水力测功器，并实现转速匹配。

9、采用燃气轮机、第一柴油机和第二柴油机共同驱动运行：

左双速齿轮箱、右双速齿轮箱内部的第一小速比摩擦离合器、第二小速比摩擦离合器接合，处于小速比接合档位，燃气轮机通过第一联轴器、同步自动离合器将功率传递至平行轴功率分流齿轮箱，在平行轴功率分流齿轮箱处进行功率分流，左侧功率流经第一摩擦离合器、第二联轴器传递至左主齿轮箱；右侧功率流经第二摩擦离合器、第三联轴器、传递至右主齿轮箱，与此同时，第一柴油机通过第六联轴器、左双速齿轮箱、第四联轴器将功率传递至左主齿轮箱，在左主齿轮箱处与燃气轮机左侧功率流汇流后传递至第一水力测功器，并实现转速匹配；第二柴油机通过第七联轴器、右双速齿轮箱、第五联轴器将功率传递至右主齿轮箱，在右主齿轮箱处与燃气轮机右侧功率流汇流后传递至第二水力测功器，并实现转速匹配。

本发明的优势在于：本发明可作为此类齿轮传动装置研制或调试试验平台的设计依据。该试验台能够模拟实船柴燃并车传动装置的各种运行工况，用于验证三机两轴柴燃并车齿轮传动装置的传动原理并确定其运行状态下的关键特性。

附图说明

图1为原理性试验研究用三机两轴船用柴燃并车传动试验台布置图；

图2为系统动态特性试验研究用三机两轴船用柴燃并车传动试验台布置图；

图3为原理性试验研究用三机两轴船用柴燃并车传动试验台测点示意图；

图4为系统动态特性试验研究用三机两轴船用柴燃并车传动试验台测点示意图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

结合图1-4，本发明试验台结构

根据附图1可知，原理性试验研究用三机两轴船用柴燃并车传动试验台呈左右对承布置，以高速电机1、中速电机15、16为试验用主机，以水力测功器11、20模拟螺旋桨负载。

高速电机1位于整个试验台的中轴线上，平行轴功率分流齿轮箱4的前侧；2台中速电机15、16对称布置于试验台中轴线的两侧，分别位于左双速齿轮箱13和右双速齿轮箱18的后侧；所有主机均位于2台水力测功器11、20的内侧。主齿轮箱7、24位于平行轴功率分流齿轮箱4和双速齿轮箱13、18之间；双速齿轮箱13、18位于主齿轮箱7、24和中速电机15、16之间；增速齿轮箱9、22位于主齿轮箱7、24和水力测功器11、20之间。其中，平行轴功率分流齿轮箱4为单输入双输出，主齿轮箱7、24为双输入单输出，增速齿轮箱9、22和双速齿轮箱13、18均为单输入单输出。

高速电机1通过联轴器2、同步自动离合器3与平行轴功率分流齿轮箱4相联，平行轴功率分流齿轮箱4左侧输出端通过摩擦离合器5、联轴器6与左主齿轮箱7的前侧输入端相联，平行轴功率分流齿轮箱4右侧输出端通过摩擦离合器26、联轴器25与右主齿轮箱24的前侧输入端相联。左主齿轮箱7的后侧输入端通过联轴器12与左双速齿轮箱13的输出端相联，左主齿轮箱7的输出端通过联轴器8与左增速齿轮箱9相联。右主齿轮箱24的后侧输入端通过联轴器19与右双速齿轮箱18的输出端相联，右主齿轮箱24的输出端通过联轴器23与右增速齿轮箱22相联。中速电机15、16通过联轴器14、17分别与双速齿轮箱13、18的输入端相联。每台双速齿轮箱中均装有1台大速比摩擦离合器和1台小速比摩擦离合器，具有脱开、大速比接合、小速比接合三个档位。

根据附图2可知，实尺寸样机系统动态特性试验研究用三机两轴船用柴燃并车传动试验台呈左右对承布置，以燃气轮机27和柴油机28、29作为试验用主机，以水力测功器11、20模拟螺旋桨负载。与上文所介绍的原理性试验台相比，减少了水力测功器输入端的左、右增速齿轮箱，水力测功器11、20将与左、右主齿轮箱7、24直接相联，其余布置型式均相同，不再赘述。

传动原理

本发明提出的三机两轴船用柴燃并车传动试验台，能够实现两台中速电机或两台柴油机驱动两输出轴运行、一台高速电机或一台燃气轮机驱动两输出轴运行、一台中速电机或一台柴油机驱动两输出轴运行、三台主机共同驱动两输出轴运行四种运行模式，具体传动原理如下所述：

a)两台中速电机或两台柴油机驱动两输出轴运行

根据附图1试验台结构，当两台中速电机15、16驱动两输出轴运行时，双速齿轮箱13、18内部的大速比摩擦离合器接合，处于大速比接合档位，同步自动离合器3脱开，高速电机1不启动。中速电机15通过联轴器14、左双速齿轮箱13、联轴器12、左主齿轮箱7、联轴器8、增速齿轮箱9、联轴器10将功率传递至水力测功器11，并实现转速匹配。中速电机16通过联轴器17、右双速齿轮箱18、联轴器19、右主齿轮箱24、联轴器23、右增速齿轮箱22、联轴器21将功率传递至水力测功器20，并实现转速匹配。

根据附图2试验台结构，当两台柴油机28、29驱动两输出轴运行时，双速齿轮箱13、18内部的大速比摩擦离合器接合，处于大速比接合档位，同步自动离合器3脱开，燃气轮机27不启动。柴油机28通过联轴器14、左双速齿轮箱13、联轴器12、左主齿轮箱7、联轴器8将功率传递至水力测功器11，并实现转速匹配。柴油机29通过联轴器17、右双速齿轮箱18、联轴器19、右主齿轮箱24、联轴器23将功率传递至水力测功器20，并实现转速匹配。

b)一台高速电机或一台燃气轮机驱动两输出轴运行

根据附图1试验台结构，当高速电机1驱动两输出轴运行时，双速齿轮箱13、18内部的2台摩擦离合器脱开，中速电机15、16不启动。高速电机1通过联轴器2、同步自动离合器3将功率传递至平行轴功率分流齿轮箱4。在平行轴功率分流齿轮箱4处进行功率分流，左侧功率流经摩擦离合器5、联轴器6、左主齿轮箱7、联轴器8、左增速齿轮箱9、联轴器10将功率传递至水力测功器11，并实现转速匹配；右侧功率流经摩擦离合器26、联轴器25、右主齿轮箱24、联轴器23、右增速齿轮箱22、联轴器21将功率传递至水力测功器20，并实现转速匹配。

根据附图2试验台结构，当燃气轮机27驱动两输出轴运行时，双速齿轮箱13、18内部的2台摩擦离合器脱开，柴油机28、29不启动。燃气轮机27通过联轴器2、同步自动离合器3将功率传递至平行轴功率分流齿轮箱4。在平行轴功率分流齿轮箱4处进行功率分流，左侧功率流经摩擦离合器5、联轴器6、左主齿轮箱7、联轴器8、将功率传递至水力测功器11，并实现转速匹配；右侧功率流经摩擦离合器26、联轴器25、右主齿轮箱24、联轴器23将功率传递至水力测功器20，并实现转速匹配。

c)一台中速电机或一台柴油机驱动两输出轴运行

以中速电机15为例，根据附图1试验台结构，当1台中速电机15驱动两输出轴运行时，左双速齿轮箱13内部的大速比摩擦离合器接合，处于大速比接合档位，右双速齿轮箱18内部的2台摩擦离合器脱开，中速电机16不启动，同步自动离合器3脱开，高速电机1不启动。中速电机15通过联轴器14、左双速齿轮箱13、联轴器12将功率传递至左主齿轮箱7。在左主齿轮箱7处进行功率分流，左侧功率流经联轴器8、左增速齿轮箱9、联轴器10将功率传递至水力测功器11，并实现转速匹配；右侧功率流经联轴器6、摩擦离合器5、平行轴功率分流齿轮箱4、摩擦离合器26、联轴器25、右主齿轮箱24、联轴器23、右增速齿轮箱22、联轴器21将功率传递至水力测功器20，并实现转速匹配。

以柴油机28为例，根据附图2试验台结构，当1台柴油机28驱动两输出轴运行时，左双速齿轮箱13内部的大速比摩擦离合器接合，处于大速比接合档位，右双速齿轮箱18内部的2台摩擦离合器脱开，柴油机29不启动，同步自动离合器3脱开，燃气轮机27不启动。柴油机28通过联轴器14、左双速齿轮箱13、联轴器12将功率传递至左主齿轮箱7。在左主齿轮箱7处进行功率分流，左侧功率流经联轴器8将功率传递至水力测功器11，并实现转速匹配；右侧功率流经联轴器6、摩擦离合器5、平行轴功率分流齿轮箱4、摩擦离合器26、联轴器25、右主齿轮箱24、联轴器23将功率传递至水力测功器24，并实现转速匹配。

d)三台主机共同驱动两输出轴运行

根据附图1试验台结构，当3台主机共同驱动两输出轴运行时，所有主机均处于工作状态，双速齿轮箱13、18内部的小速比摩擦离合器接合，处于小速比接合档位。高速电机1通过联轴器2、同步自动离合器3将功率传递至平行轴功率分流齿轮箱4。在平行轴功率分流齿轮箱4处进行功率分流，左侧功率流经摩擦离合器5、联轴器6传递至左主齿轮箱7；右侧功率流经摩擦离合器26、联轴器25、传递至右主齿轮箱24。与此同时，中速电机15通过联轴器14、左双速齿轮箱13、联轴器12将功率传递至左主齿轮箱7，在左主齿轮箱7处与高速电机1左侧功率流汇流后，再经联轴器8、左增速齿轮箱9、联轴器10传递至水力测功器11，并实现转速匹配；中速电机16通过联轴器17、右双速齿轮箱18、联轴器19将功率传递至右主齿轮箱24，在右主齿轮箱24处与高速电机1右侧功率流汇流后，再经联轴器23、右增速齿轮箱22、联轴器21传递至水力测功器20，并实现转速匹配。

根据附图2试验台结构，当3台主机共同驱动两输出轴运行时，所有主机均处于工作状态，双速齿轮箱13、18内部的小速比摩擦离合器接合，处于小速比接合档位。燃气轮机1通过联轴器2、同步自动离合器3将功率传递至平行轴功率分流齿轮箱4。在平行轴功率分流齿轮箱4处进行功率分流，左侧功率流经摩擦离合器5、联轴器6传递至左主齿轮箱7；右侧功率流经摩擦离合器26、联轴器25、传递至右主齿轮箱24。与此同时，柴油机28通过联轴器14、左双速齿轮箱13、联轴器12将功率传递至左主齿轮箱7，在左主齿轮箱7处与燃气轮机27左侧功率流汇流后传递至水力测功器11，并实现转速匹配；柴油机16通过联轴器17、右双速齿轮箱18、联轴器19将功率传递至右主齿轮箱24，在右主齿轮箱24处与燃气轮机27右侧功率流汇流后传递至水力测功器20，并实现转速匹配。

2.试验台设备选择及测试基本原理

在进行三机两轴船用柴燃并车传动装置的原理性试验研究，可以选择电动机作为试验用主机。其中，高速电机的转速范围应该与目标实船燃气轮机相当，中速电机的转速范围应该与目标实船柴油机相当。高速电机和中速电机的总功率至少应大于试验用三机两轴柴燃并车齿轮传动装置的功耗，且高速电机和中速电机的功率比应当与目标实船燃气轮机和柴油机的比例相同。试验用三机两轴柴燃并车齿轮传动装置的结构型式、齿轮强度应尽量与实船传动装置相同。在进行实尺寸样机系统动态特性试验研究时，主机、试验用三机两轴柴燃并车齿轮传动装置均应与实船一致。负载端水力测功器的转速与功率比值应与实船螺旋桨相同。

为了获得三机两轴船用柴燃并车传动装置的系统动态特性，需要在试验台上布置测扭仪和振动传感器，具体位置参见附图3、4。通过在每台齿轮箱的输入、输出端布置测扭仪可以确定试验用三机两轴柴燃并车齿轮传动装置各处的扭矩、转速、功率流向、传动效率。此外，振动传感器主要布置在各箱体的轴承盖处，实测振动值可用于验证齿轮-转子-轴承系统动态力仿真结果的正确性。