混合对转吊舱的供电系统及船舶推进系统的制作方法

本发明涉及船舶供电的技术领域，尤其是涉及一种混合对转吊舱的供电系统及船舶推进系统。

背景技术：

随着追求更高的船舶推进效率，以及尽可能的节能环保，特种推进器越来越受到重视，而对转桨就是特种推进器的一种，对转桨具有效率高、转矩平衡等显著优点，传统的对转桨系统是由主机通过齿轮传动机构带动同心的内外轴分别驱动前桨与后桨，内外轴旋转方向相反，轴系和动力系统比较复杂，在实际应用上一直受到很多限制，费用也高。

随着电力推进在船舶上的应用日益广泛，出现了吊舱推进器，吊舱推进器的出现催生了新的对转桨系统，主要有两种形式：一种是吊舱推进器直接采用对转电机，成为对转吊舱，另一种是在传统单轴驱动的螺旋桨后方布置一个吊舱推进器形成对转，称为crp(contrarotatingpod)推进系统，这两种形式虽然已在船舶上进行应用，但是，其机械结构复杂，吊舱功率受限，难以达到船舶推进节能环保的要求。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种混合对转吊舱的供电系统及船舶推进系统，以缓解现有技术中的船舶推进系统难以达到船舶推进节能环保的要求的技术问题。

第一方面，本发明实施例提供了一种混合对转吊舱的供电系统，该混合对转吊舱的供电系统包括：主发电机供电系统和推进吊舱供电系统，其中，主发电机供电系统和推进吊舱供电系统通过第一变流器电连接；主发电机供电系统包括多个主发电机，用于给船舶负载进行供电；推进吊舱供电系统包括直流汇流排、第二变流器、第三变流器、前桨驱动单元和后桨驱动单元；其中，前桨驱动单元通过第二变流器与直流汇流排连接，后桨驱动单元通过第三变流器与直流汇流排连接，前桨驱动单元和后桨驱动单元通过直流汇流排进行电能的传输。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，上述前桨驱动单元包括依次连接的轴带发电机、主机和输出轴，输出轴用于与船舶的前桨连接；轴带发电机用于通过主机和输出轴推进前桨，以及将输出的交流电经第二变流器转换成直流电后，输出至直流汇流排，为后桨驱动单元提供电能。

结合第一方面的第一种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，上述后桨驱动单元包括驱动电机，驱动电机用于与船舶的后桨连接；驱动电机用于通过第三变流器从直流汇流排取电，输出与后桨匹配的转速和功率，以推进后桨。

结合第一方面的第二种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，上述第一变流器与直流汇流排之间设置有第一断路器；当轴带发电机处于电能输出状态时，第一断路器处于断开状态；混合对转吊舱的供电系统通过轴带发电机的电能输出推进前桨和后桨旋转；当轴带发电机处于非电能输出状态时，第一断路器处于闭合状态；混合对转吊舱的供电系统通过主发电机供电系统推进前桨和后桨。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，上述第二变流器与直流汇流排之间设置有第二断路器；第三变流器与直流汇流排之间设置有第三断路器。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，上述主发电机供电系统包括主配电板，多个主发电机分别通过所在供电支路的断路器与主配电板连接；第一变流器设置在主配电板和直流汇流排的连接通路上。

结合第一方面的第五种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，上述主配电板与第一变流器之间还设置有变压器；以匹配主配电板与第一变流器之间的电压参数。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中，上述前桨驱动单元还可以配置齿轮箱，当配置齿轮箱时，前桨驱动单元包括轴带发电机、主机、输出轴、前桨和齿轮箱；轴带发电机的输入轴、输出轴和前桨的螺旋桨轴均与齿轮箱连接；轴带发电机通过齿轮箱推进前桨。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第八种可能的实施方式，其中，上述前桨驱动单元包括依次连接的电动机、输出轴和前桨；电动机的输入端与第二变流器连接；电动机通过第二变流器从直流汇流排取电，以推进前桨。

第二方面，本发明实施例还提供一种船舶推进系统，该船舶推进系统配置有上述第一方面所述的混合对转吊舱的供电系统。

本发明实施例带来了以下有益效果：

本发明实施例提供的一种混合对转吊舱的供电系统及船舶推进系统，通过在主发电机供电系统和推进吊舱供电系统之间设置第一变流器，可以使主发电机供电系统和推进吊舱供电系统独立运行，并且，通过在推进吊舱供电系统中设置直流汇流排的方式，能够使前桨驱动单元和后桨驱动单元通过该直流汇流排进行电能的传输，并且，前浆驱动单元和后桨驱动单元分别通过第二变流器和第三变流器与直流汇流排连接，能够实现对功率需求及功率输出做动态监测，实时调整电流的流向，进一步增加了混合对转吊舱的供电系统的供电灵活可靠性，可以灵活调整能量走向，减少主发电机的使用，进而达到最优的节能效果。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种混合对转吊舱的供电系统的结构框图；

图2为本发明实施例提供的另一种混合对转吊舱的供电系统的结构框图；

图3为本发明实施例提供的另一种混合对转吊舱的供电系统的结构框图；

图4为本发明实施例提供的另一种混合对转吊舱的供电系统的结构框图；

图5为本发明实施例提供的另一种混合对转吊舱的供电系统的结构框图；

图6为本发明实施例提供的另一种混合对转吊舱的供电系统的结构框图；

图7为本发明实施例提供的另一种混合对转吊舱的供电系统的结构框图；

图8为本发明实施例提供的另一种混合对转吊舱的供电系统的结构框图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

目前，针对现有的对转桨推动系统，出现了新型的推进系统，该新型的推进系统可以将后方的可回转吊舱采用一种固定式的舵吊舱来代替，吊舱与舵的固定部分集成为一体，这种推进方式也被称之为混合对转推进，通常，这种混合对转推进的方式其轴带发电机的有效输出功率一般按照船舶设计航速时，后桨所需的最大输出功率来确定，但是，在船舶的实际运营过程中，船舶在大多数情况下并非行驶在设计航速，这时后桨驱动电机所需功率为大大降低，此时轴带发电机输出的功率无法得到有效的利用。由于船舶航行时使用轴带发电机比使用主发电机要节能，因此该方案的节能效果没有达到最优。

基于此，本发明实施例提供的一种混合对转吊舱的供电系统及船舶推进系统，可以有效缓解上述节能效果没有达到最优的技术问题。

为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种混合对转吊舱的供电系统进行详细介绍。

实施例一：

本发明实施例提供了一种混合对转吊舱的供电系统，如图1所示的一种混合对转吊舱的供电系统的结构框图，该混合对转吊舱的供电系统包括以下结构：主发电机供电系统10和推进吊舱供电系统20，其中，主发电机供电系统和推进吊舱供电系统通过第一变流器30连接。

具体地，主发电机供电系统包括多个主发电机(图1中未示出)，用于给船舶负载进行供电；如，船舶的动力供电、生活供电等，而生活供电还可以包括通信供电、照明供电等等。

进一步，推进吊舱供电系统包括直流汇流排201、第二变流器202、第三变流器203、前桨驱动单元204和后桨驱动单元205；

具体地，前桨驱动单元通过第二变流器与直流汇流排连接，后桨驱动单元通过第三变流器与直流汇流排连接，前桨驱动单元和后桨驱动单元通过直流汇流排进行电能的传输。

在实际使用时，本发明实施例提供的混合对转吊舱的供电系统，通过设置直流汇流排的方式，可以在混合对转吊舱的供电系统中引入直流环节，使得主发电机供电系统、前桨驱动单元和后桨驱动单元均通过变流器连接至该直流汇流排，进行电能的传输，并且，上述变流器，即第一变流器、第二变流器和第三变流器能够将交流电转换为直流电，或将直流电转换为交流电，使得后桨驱动单元或者前浆驱动单元的输出功率可调，并且，直流汇流排上可以设置多个直流母线，与上述三组变流器一起作为功率传输器件，使得成本可控。

应当理解，在实际使用时，上述变流器，即第一变流器、第二变流器和第三变流器的型号可以相同，也可以不同，具体可以根据实际情况进行设置，本发明实施例对此不进行限制。

因此，本发明实施例提供的一种混合对转吊舱的供电系统，通过在主发电机供电系统和推进吊舱供电系统之间设置第一变流器，可以使主发电机供电系统和推进吊舱供电系统独立运行，并且，通过在推进吊舱供电系统中设置直流汇流排的方式，能够使前桨驱动单元和后桨驱动单元通过该直流汇流排进行电能的传输，并且，前浆驱动单元和后桨驱动单元分别通过第二变流器和第三变流器与直流汇流排连接，能够实现对功率需求及功率输出做动态监测，实时调整电流的流向，进一步增加了混合对转吊舱的供电系统的供电灵活可靠性，可以灵活调整能量走向，减少主发电机的使用，进而达到最优的节能效果。

为了便于理解，图2示出了一种混合对转吊舱的供电系统的电气连接示意图。

通常，上述主发电机供电系统包括主配电板，多个主发电机分别通过供电支路的断路器与主配电板连接；第一变流器设置在主配电板和直流汇流排的连接通路上。

在实际使用时，上述主配电板的供电信号通常为交流电，因此，在主配电板上多设置有交流母线，如图2中所示的ac，进一步，在直流汇流排上可以设置多个直流母线，如图2所示的dc。

通常，根据不同船舶的动力需求，上述主发电机可以设置成不同的数量，其中，为了便于说明，图2中仅仅示出了3个主发电机，如图2所示的主发电机g，每个主发电机g的供电之路均包含断路器，如图2所示的断路器s1、s2和s3，用于控制主发电机的通断状态。并且，每个主发电机g均配置有功率驱动单元，如图2所示的p1、p2和p3，以对每个主发电机的功率进行控制。基于图2所示的主发电机供电系统，可以相对于推进吊舱供电系统独立运行。

进一步，上述推进吊舱供电系统的前桨驱动单元包括依次连接的轴带发电机206、主机207和输出轴208，该输出轴用于与船舶的前桨连接；通常，该主机为轴带发电机的功率驱动单元，轴带发电机用于通过主机和输出轴推进前桨，以及将输出的交流电经第二变流器转换成直流电后，输出至直流汇流排，为后桨驱动单元提供电能。

进一步，上述后桨驱动单元包括驱动电机209，该驱动电机为后桨驱动电机，用于与船舶的后桨连接；具体地，驱动电机用于通过上述第三变流器从直流汇流排取电，输出与后桨匹配的转速和功率，以推进后桨。

基于图2所示的混合对转吊舱的供电系统的电气连接示意图，轴带发电机能够通过第二变流器输出稳定的直流电压，并提供至少大于后桨驱动电机所需的电功率，后桨驱动电机通过第三变流器从直流汇流排上取电，其转速和输出功率可以单独通过与其相连的第三变流器调节。轴带发电机输出的剩余电功率，可通过连接至主配电板的第一变流器转换成交流电源，与主发电机并联或单独向主配电板供电。因此，基于本发明实施例提供的混合对转吊舱的供电系统，后桨驱动电机的转速和输出功率均为可调，轴带发电机的输出功率也被有效利用，并且采用了直流母线和三组变流器作为功率传输器件，进一步使成本可控。

具体实现时，上述第一变流器与所述直流汇流排之间设置有第一断路器，如图2所示的第一断路器s4；进一步，上述第二变流器与直流汇流排之间设置有第二断路器s5；第三变流器与直流汇流排之间设置有第三断路器s6。通过上述断路器的通断状态，可以实现上述主发电机供电系统10和推进吊舱供电系统20的独立运行。

为了便于说明，基于图2所示的电气连接示意图，图3示出了另一种混合对转吊舱的供电系统的电气连接示意图，在图3中，以第一断路器s4断开，第二断路器s5和第三断路器s6闭合为例进行说明。此时，轴带发电机通过第二变流器输出，驱动电机通过第三变流器输入和调速，二者通过直流汇流排相连并完成电能的传输。

具体地，当轴带发电机处于电能输出状态时，第一断路器s4处于断开状态；第二断路器s5和第三断路器s6处于闭合状态，此时混合对转吊舱的供电系统通过轴带发电机的电能输出推进前桨和后桨旋转；与轴带发电机连接的变流器和与后桨驱动电机连接的变流器组成一组变频器，完成驱动电机的供电及调速功能。此时，电能传输的流向为图3中箭头所指的方向，即，与轴带发电机连接的第二变流器和与后桨驱动电机连接的第三变流器组成一组变频器，完成驱动电机的供电及调速功能。

进一步，图4也示出了另一种混合对转吊舱的供电系统的电气连接示意图，其中，图4所示的电气连接示意图为第一断路器、第二断路器和第三断路器均闭合时的电气连接示意图。

如图4所示，此时，轴带发电机处于非电能输出状态，在这种状态下，第一断路器闭合，混合对转吊舱的供电系统可以通过主发电机供电系统推进前桨和后桨。

具体地，图4中，与主配电板连接的第一断路器处于连接状态，可以通过对功率需求及功率输出做动态监测，实时调整电流的流向，最大限度利用轴带发电机发出的电能，以期达到最优的节能效果。

其中，图4示出的是第一断路器处于连接状态下，电流通过第一变流器从主配电板流向直流汇流排的情形，此时，主发电机向驱动电机供电，进一步，图5示出的另一种混合对转吊舱的供电系统的电气连接示意图，是在第一断路器、第二断路器和第三断路器均闭合的状态下，电流通过第一变流器从直流汇流排流向主配电板的情形，此时，轴带发电机可以向主配电板负载供电。

因此，基于图4和图5所示的电气连接示意图，主配电板可通过第一变流器与直流汇流排相连接，与轴带发电机同时在网向负载供电。电流在该第一变流器中的流动方向可以是从主配电板流向直流汇流排，也可以是从直流汇流排流向主配电板，当从主配电板流向直流汇流排时，主发电机向驱动电机供电；当从直流汇流排流向主配电板时，轴带发电机向主配电板负载供电。

在实际使用时，上述第一断路器仅在轴带发电机无法输出时闭合，此时，仅通过主配电板向驱动电机供电。因此，上述轴带发电机还可以运行在电动机模式，由船舶主发电机提供的电功率驱动该电动机与主机共同推动前桨或单独推动前桨。

基于上述图2～图4所示的混合对转吊舱的供电系统的电气连接示意图，本发明实施例提供的混合对转吊舱的供电系统，其供电方式相对灵活，有效提高了船舶推进器的供电可靠性，同时又提高了轴带发电机的利用率，使船舶的节能效果达到最优。

考虑到与主配电板连接第一变流器两端的电压会出现不一致的情况，因此，在主配电板与第一变流器之间，还可以增加变压器环节，即主配电板与第一变流器之间还可以设置有变压器；如图6所示的另一种混合对转吊舱的供电系统的电气连接示意图中的变压器60，该变压器60可以匹配上述主配电板与第一变流器之间的电压参数，以便于在第一变流器两端的电压出现不一致的情况时，能够有效匹配混合对转吊舱的供电系统的电压参数。

在实际使用时，为了使混合对转吊舱的供电系统得供电更加灵活，上述前浆驱动单元还可以改变轴带发电机和主机之间的连接方式，具体地，上述前桨驱动单元还可以配置齿轮箱，如图7所示的另一种混合对转吊舱的供电系统的电气连接示意图，包括齿轮箱700，当配置齿轮,700时，上述前桨驱动单元除包括轴带发电机206、主机207、输出轴208外，还包括该齿轮箱700；具体地，轴带发电机206的输入轴、输出轴208和前桨的螺旋桨轴均与齿轮箱连接；上述轴带发电机206通过该齿轮箱推进前桨。

具体地，通过改变轴带发电机和主机之间的连接方式，即轴带发电机安装在主机的输出端，主机的输出轴与前桨的螺旋桨轴、轴带发电机的输入轴通过齿轮箱连接，使得在轴带发电机运行在电动机状态时，与主机并联运行推动前桨，使得混合对转吊舱的供电系统的供电更为灵活，同时，在主机故障的情况下，船舶也可通过该种供电方式进行混合对转推进。

进一步，除上述前浆驱动单元配置主机的情形，对于某些特定船型，还可以考虑取消主机，此时，前桨和后桨均采用电动机驱动，所有动力均有主发电机输出，即，完全由主发电机提供电功率，推动前桨和后桨，实现混合对转推进。

对于取消主机的情形，图8示出了另一种混合对转吊舱的供电系统的电气连接示意图，在前浆驱动单元不配置主机时，该前桨驱动单元包括依次连接的电动机800、输出轴208，该输出轴208直接与前桨连接；电动机800的输入端与第二变流器202连接；具体地，该电动机800通过第二变流器202从直流汇流排取电，以推进前桨。

综上所述，本发明实施例提供的混合对转吊舱的供电系统具有以下优点：

1、供电灵活可靠，可根据轴带发电机的输出灵活调整能量走向，减少主发电机的使用，达到最优的节能效果。

2、船舶主发电机不仅可以向驱动电机供电，满足船舶应急情况下的航行需求，还可以和轴带发电机并联运行，同时向驱动电机和船舶负载供电。

3、采用直流汇流排连接各个变流器，变流器可以在船舶内部灵活布置，对船舶空间限制降低。

4、供电系统适应性强，对多种混合对转推进系统均能适应，只需控制程序做一些针对性的改动。

实施例二：

基于上述实施例所述的混合对转吊舱的供电系统，本发明实施例还提供了一种船舶推进系统，具体地，该船舶推进系统配置有上述实施例一所述的混合对转吊舱的供电系统。

本发明实施例提供的船舶推进系统，与上述实施例提供的混合对转吊舱的供电系统具有相同的技术特征，所以也能解决相同的技术问题，达到相同的技术效果。

本发明实施例所提供的混合对转吊舱的供电系统及船舶推进系统的计算机程序产品，包括存储了程序代码的计算机可读存储介质，所述程序代码包括的指令可用于执行前面方法实施例中所述的方法，具体实现可参见方法实施例，在此不再赘述。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的船舶推进系统的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

另外，在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

最后应说明的是：以上实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。