一种船舶动力系统的制作方法

1.本发明涉及动力系统技术领域，尤其是涉及一种船舶动力系统。


背景技术：

2.现在航行在国际航线上的船舶动力一般都是柴油机、汽轮机和燃气轮机，柴油机缺点是造价高，零部件多，结构复杂，热效率低，而且每年要消耗大量的配件和气缸油，维修保养成本高。燃气轮机是以连续流动的气体为工质带动叶轮高速旋转，将燃料的能量转变为有用功的内燃式动力机械，是一种旋转叶轮式热力发动机。燃气轮机的缺点是工作时燃油连续不断的喷入燃烧室，温度太高，对喷咀和叶片的材质要求高，喷咀和叶片易变形，使用寿命短。


技术实现要素：

3.本发明就是为了解决上述问题而提出一种船舶动力系统。
4.本发明的技术方案是这样实现的：
5.一种船舶动力系统，包括动力主机，所述动力主机包括透平罐体，所述透平罐体内转动安装有主轴，所述透平罐体内对称设置有两组固定在所述主轴上的透平叶片，所述主轴端面上成型有若干个完全贯穿的冷却孔，所述透平罐体两端各固定有十二个燃烧气缸，所述燃烧气缸的出气口固定有朝向所述透平叶片的喷咀，所述透平罐体中部固定有排气管接头，所述透平罐体两端的侧壁内部成型有储气腔，所述透平罐体外壁上固定有与所述储气腔一端连通的进气管接头，所述储气腔另一端连通有若干根连通管，每根所述连通管连接有一个所述燃烧气缸，所述透平罐体其中一端端盖上通过管道连接有启动气瓶，所述启动气瓶与所述透平罐体连接的管道上固定有启动电磁阀，所述排气管接头连通有废气锅炉，所述废气锅炉连通有蒸汽透平引风机，所述蒸汽透平引风机连通有废气透平增压器，所述废气透平增压器包括外壳体，所述外壳体内设置有排气腔、压气腔两个独立的腔体，所述外壳体内部转动安装有贯穿所述排气腔和所述压气腔的联通轴，所述联通轴位于所述排气腔内部的一端固定有排气叶轮，所述联通轴位于所述压气腔内部的一端固定有进气叶轮，所述排气腔、所述压气腔内均设置有进气孔和出气孔，所述排气腔的进气孔与所述烟囱烟气处理器连通，所述排气腔的出气孔连接有烟囱烟气处理器，所述压气腔的进气孔与大气连接，所述压气腔的出气孔连接有过滤器，所述过滤器连通有空气冷却器，所述空气冷却器出气端通过管道并连有第一压气机和第二压气机，所述第一压气机、所述第二压气机通过管道分别与两个所述进气管接头连通，所述空气冷却器出气端通过管道并联有透平压气机，所述透平压气机的动力轴传动连接有汽轮机，所述透平压气机的出气端通过两根管道分别与两个所述进气管接头连通。
6.进一步的，所述燃烧气缸包括气缸套，所述气缸套安装有喷咀的一端一体成型有固定法兰，所述气缸套外壁上成型有气缸外壳，所述气缸外壳与所述气缸套之间成型有进气腔，所述气缸外壳外壁上成型有与所述进气腔一端连通的进气接头，所述进气接头与所
述连通管连通，所述气缸套远离所述固定法兰的一端固定有旋流器，所述旋流器上固定有缸头，所述缸头内部成型有空腔，所述缸头外圆上成型有若干个连通所述进气腔和所述缸头内腔的进气孔，所述缸头朝向所述旋流器的一侧开设有四个通孔，通孔内固定有进气阀，所述缸头上设置有缸头外罩，所述缸头外罩与所述气缸外壳固定在一起，所述缸头中央镶嵌有高压点火棒和喷油器，所述高压点火棒、所述喷油器贯穿所述旋流器、所述缸头外罩到达所述气缸套内腔内。
7.进一步的，所述缸头外圆与所述气缸外壳内圆面接触，所述缸头外圆上镶嵌有至少两个密封圈。
8.进一步的，所述气缸套靠近所述固定法兰的一端侧壁上镶嵌有测温热电偶。
9.进一步的，还包括与所有的所述燃烧气缸电连接的定时轴，所述定时轴包括伺服电机，所述伺服电机传动连接有五档变速箱，所述五档变速箱传动连接有转轴，所述转轴采用绝缘材料制成，所述转轴上镶嵌有三组六根导电板条，三组所述导电板条呈一百二十度夹角分布，每组所述导电板条对应八个所述燃烧气缸的所述高压点火棒，所述导电板条与所述高压点火棒通过碳刷连接。
10.进一步的，所述蒸汽透平引风机包括汽动引风机和电动引风机，所述汽动引风机、所述电动引风机并联连接在所述废气锅炉与所述废气透平增压器之间，所述汽动引风机、所述电动引风机与所述废气锅炉连通的管道上安装有蝶阀。
11.进一步的，所述过滤器内部设置有三块粗滤网和两块过滤吸附球网，粗滤网和过滤吸附球网交错堆叠在一起。
12.进一步的，所述空气冷却器出气端连接所述第一压气机、所述第二压气机、所述透平压气机的三根管道上均安装有电磁阀，所述第一压气机、所述第二压气机出气端管道上安装有电磁阀，所述第一压气机、所述第二压气机进气端通过电磁阀与大气连通。
13.进一步的，所述第一压气机、所述第二压气机的叶轮均传动连接有变速箱和电动机。
14.采用了上述技术方案，本发明的有益效果为：通过转轴控制间断喷油燃烧使得燃烧气缸工作过程中有爆发冲程和扫气冲程两个步骤，两个步骤完成一个工作循环；进入动力主机的空气进行两次增压，提高气缸的压缩比，因为在缸头上设置有进气阀，爆发时阀片可以自动关闭，缸内高压气体对透平叶片做功，爆发后的扫气冲程即可以把缸内废气全部带走，又可以对喷咀和透平叶片进行冷却，避免喷咀和透平叶片一直在高温条件下工作变形和损坏。
附图说明
15.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
16.图1是本发明的结构简图；
17.图2是本发明的动力主机剖视图；
18.图3是本发明的动力主机俯视图；
19.图4是本发明的燃烧气缸剖视图；
20.图5是本发明的废气透平增压器剖视图；
21.图6是本发明的过滤器结构简图；
22.图7是本发明的透平压气机剖视图；
23.图8是本发明的定时轴结构简图；
24.图9是本发明的主轴剖视图；
25.图10是本发明的进气阀主视图；
26.图11是本发明的进气阀主剖视图；
27.图12是本发明的进气阀俯视图；
28.图13是本发明的燃烧气缸喷油控制图；
29.图14是本发明的燃烧气缸点火控制电路图。
30.附图标记说明如下：
31.1、动力主机；101、透平罐体；102、主轴；103、透平叶片；104、储气腔；105、进气管接头；106、排气管接头；107、连通管；108、启动电磁阀；109、启动气瓶；110、冷却孔；2、燃烧气缸；201、气缸套；202、进气接头；203、进气腔；204、气缸外壳；205、旋流器；206、缸头；207、进气阀；208、缸头外罩；209、进气孔；210、高压点火棒；211、喷油器；212、测温热电偶；213、固定法兰；3、废气锅炉；4、蒸汽透平引风机；；41、汽动引风机；42、电动引风机；5、废气透平增压器；51、外壳体；52、排气腔；53、压气腔；54、联通轴；55、排气叶轮；56、进气叶轮；6、烟囱烟气处理器；7、过滤器；8、空气冷却器；9、第一压气机；10、第二压气机；11、透平压气机；12、汽轮机；13、定时轴；131、转轴；132、导电板条；133、五档变速箱；134、伺服电机。
具体实施方式
32.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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，本领域普通技术人员在没有作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。
33.如图1-图13所示，一种船舶动力系统，包括动力主机1，动力主机1包括透平罐体101，透平罐体101内转动安装有主轴102，透平罐体101内对称设置有两组固定在主轴102上的透平叶片103，主轴102外圆上开设有若干道叶片卡槽，透平叶片103等间距固定在主轴102两端的叶片卡槽内，透平叶片103的长度随着距离主轴102中心距离的变小逐渐增加，主轴102端面上成型有若干个完全贯穿的冷却孔110，冷却孔110的中轴线与所述主轴102的中轴线平行，方便气体流通对主轴102进行散热降温，主轴102两端与透平罐体101端面接触的轴面上镶嵌有至少两道密封圈，透平罐体101两端各固定有十二个燃烧气缸2，燃烧气缸2的出气口固定有朝向透平叶片103的喷咀，从喷咀喷出的高压气体可以推动两组透平叶片103旋转，透平罐体101中部固定有排气管接头106，透平罐体101两端的侧壁内部成型有储气腔104，透平罐体101外壁上固定有与储气腔104一端连通的进气管接头105，压气机产生的空气进入储气腔104内后可以降低透平罐体101的温度，同时利用热交换原理可以提高进入燃烧气缸2内的温度，储气腔104另一端连通有若干根连通管107，每根连通管107连接有一个燃烧气缸2，燃烧气缸2包括气缸套201，气缸套201安装有喷咀的一端一体成型有固定法兰
213，方便进行安装固定，气缸套201外壁上成型有气缸外壳204，气缸外壳204与气缸套201之间成型有进气腔203，气缸外壳204外壁上成型有与进气腔203一端连通的进气接头202，进气接头202与连通管107连通，气缸套201远离固定法兰213的一端固定有旋流器205，旋流器205上固定有缸头206，旋流器205内成型有若干片倾斜设置的导流叶片，通过导流叶片带动气体旋转吹入燃烧室内，缸头206内部成型有空腔，缸头206外圆上成型有若干个连通进气腔203和缸头206内腔的进气孔209，缸头206朝向旋流器205的一侧开设有四个通孔，通孔内固定有进气阀207，进气阀207由阀板和弹簧组成的单向阀，在弹簧弹力的作用下阀板堵在通孔内可以避免进气腔203与气缸套201内部的燃烧腔发生空气流通，当进气时高压气体从进气孔209进入缸头206内，然后推动进气阀207的阀板打开，气体从阀板上方流通到阀板边缘然后进入旋流器205内，进入旋流器205内的气体沿着导流叶片的导向方向流通形成旋转气流进入气缸套201内部的燃烧室内与从喷油器211喷出的油雾良好混合达到完全燃烧的目的，缸头206上设置有缸头外罩208，缸头外罩208与气缸外壳204固定在一起，缸头外罩208利用螺栓固定在气缸外壳204上时会压紧缸头206，缸头206将旋流器205压紧固定在气缸套201端部，缸头206中央镶嵌有高压点火棒210和喷油器211，高压点火棒210和喷油器211与缸头206通过填料固定，避免高压损坏，高压点火棒210、喷油器211贯穿旋流器205、缸头外罩208到达气缸套201内腔内，缸头206外圆与气缸外壳204内圆面接触，缸头206外圆上镶嵌有至少两个密封圈，提高密封性，气缸套201靠近固定法兰213的一端侧壁上镶嵌有测温热电偶212，用于检测燃烧腔的温度；
34.还包括与所有的燃烧气缸2电连接的定时轴13，定时轴13安装在机舱控制室的操纵台上，定时轴13包括伺服电机134，伺服电机134传动连接有五档变速箱133，五档变速箱133传动连接有转轴131，转轴131采用绝缘材料制成，转轴131上镶嵌有三组六根导电板条132，导电板条132上连接24v的直流电，三组导电板条132呈一百二十度夹角分布，每组导电板条132对应八个燃烧气缸2的高压点火棒210和供油泵，可以控制8个燃烧气缸2的高压点火棒210和供油泵同时工作，完成同时喷油和同时点火工作，二十四个燃烧气缸2分为a、b、c三组，三组燃烧气缸2交错分布，间隔喷油点火，在供油、点火、燃烧三个状态循环切换，转轴131的转动速度越快，点火频率越高，产生的高温废气越多，每次启动时动力主机1每侧各有四个燃烧气缸2启动，导电板条132与高压点火棒210通过碳刷连接；
35.透平罐体101其中一端端盖上通过管道连接有启动气瓶109，启动气瓶109与透平罐体101连接的管道上固定有启动电磁阀108，启动气瓶109内储存有30kg/cm2压缩气体，用于启动时产生推力推动透平叶片103旋转，只有在动力主机1开始运转时，按下对应的控制按钮控制启动电磁阀108启动，24v控制电源有电，不按启动按钮时伺服电机134和24v电源无电，电磁阀通电启动后启动气瓶109内的30kg/cm2高压气体通过两根管进入动力主机1内推动透平叶片103旋转，同时通过定时轴13控制8个燃烧气缸2喷油点火燃烧产生高压气体进入动力主机1内共同推动透平叶片103旋转，动力主机1运转后松开控制按钮，启动电磁阀108关闭，动力主机1运转时启动电磁阀108关闭，排气管接头106连通有废气锅炉3，废气锅炉3内设置有换热管路，可以对高温废气中的热量进行回收利用，降低排放气体的温度，同时可以产生高温的热蒸汽；
36.废气锅炉3连通有蒸汽透平引风机4，利用热蒸汽推动蒸汽透平引风机4工作可以产生吸力加快透平罐体101内气体的快速排出，废气锅炉3产生的蒸汽再一次进入炉腔内加
热变成过热蒸汽，可供给汽轮机12推动透平压气机11工作，蒸汽透平引风机4连通有废气透平增压器5，蒸汽透平引风机4包括汽动引风机41和电动引风机42，汽动引风机41、电动引风机42并联连接在废气锅炉3与废气透平增压器5之间，根据需要可以控制汽动引风机41、电动引风机42单独启动，汽动引风机41、电动引风机42与废气锅炉3连通的管道上安装有蝶阀；
37.废气透平增压器5包括外壳体51，外壳体51内设置有排气腔52、压气腔53两个独立的腔体，外壳体51内部转动安装有贯穿排气腔52和压气腔53的联通轴54，联通轴54位于排气腔52内部的一端固定有排气叶轮55，联通轴54位于压气腔53内部的一端固定有进气叶轮56，可以对空气进行初级加压，排气腔52、压气腔53内均设置有进气孔和出气孔，排气腔52的进气孔与烟囱烟气处理器6连通，排气腔52的出气孔连接有烟囱烟气处理器6，可以对废气进行净化处理，避免污染大体，废气从烟气处理器6内通过时，利用喷淋装置向废气喷射石灰水，对废气进行处理后的石灰水流入离心机内进行分离，将杂质留在离心机滤芯内，水穿过过滤器进入过滤池中循环利用，离心机滤芯上固定有可打开的上盖，方便对滤芯进行定期清洗，可以压气腔53的进气孔与大气连接，压气腔53的出气孔连接有过滤器7，过滤器7内部设置有三块粗滤网和两块过滤吸附球网，粗滤网和过滤吸附球网交错堆叠在一起，增压后的空气进入过滤器7内利用滤网对空气进行过滤，过滤器7连通有空气冷却器8，用于对空气降温，空气冷却器8出气端通过管道并连有第一压气机9和第二压气机10，第一压气机9、第二压气机10可以对空气进行二次压缩，增加密度，第一压气机9、第二压气机10通过管道分别与两个进气管接头105连通，可以实现空气的顺序流动，空气进入动力主机1外壳内后可以对动力主机1进行冷却降温，同时利用热交换远离对进入燃烧气缸2内的空气进行加热；
38.空气冷却器8出气端通过四根管道并联有透平压气机11，透平压气机11的动力轴传动连接有汽轮机12，经过废气锅炉3产生的干燥空气进入汽轮机12推动汽轮机12旋转，汽轮机12旋转时通过同轴传动带动透平压气机11内的叶轮旋转，透平压气机11的叶轮旋转过程中可以自动将外部的空气通过四根管道吸入透平压气机11内部并进行压缩，经过透平压气机11压缩后的空气可以通过进气管接头105进入动力主机1的储气腔104内，透平压气机11的出气端通过两根管道分别与两个进气管接头105连通，空气冷却器8出气端连接第一压气机9、第二压气机10、透平压气机11的三根管道上均安装有电磁阀，第一压气机9、第二压气机10出气端管道上安装有电磁阀，第一压气机9、第二压气机10进气端通过电磁阀与大气连通，第一压气机9、第二压气机10的叶轮均传动连接有变速箱和电动机，第一压气机9、第二压气机10内的叶轮采用电动机驱动转动。
39.本发明的工作原理为：刚起航或加速航行时，启动电动引风机42、燃烧气缸2的供油泵、第一压气机9的电动机、第二压气机10的电动机、以及燃油加热装置，保证燃油温度在七十摄氏度，先打开透平罐体101两端的启动电磁阀108使得启动气瓶109内的高压气体机内透平罐体101内腔内然后启动伺服电机134使得其中一组导电板条132与对应的燃烧气缸2的高压点火棒210接触通电进行气缸的点火，燃油在气缸套201内燃烧后高温废气进入透平罐体101内与启动气瓶109内的气体共同推动透平叶片103旋转，进而带动主轴102输出动力带动船舶移动，推动透平叶片103转动的废气从废气锅炉3内通过，经过余热回收的低温废气被电动引风机42吸引送入排气腔52内，电动引风机42的抽吸量大于排气管接头106的
排气量，使得透平罐体101内可以产生负压，进入排气腔52内的废气推动排气叶轮55转动，排气叶轮55转动时通过联通轴54带动进气叶轮56旋转，从排气腔52排出的废气进入烟囱烟气处理器6内经过喷淋处理去除废气中的二氧化硫等有害物质，喷淋废水经过废水回收系统进行处理后可以重复利用，进气叶轮56旋转时可以带动大气中的空气进入压气腔53内，然后空气被送入过滤器7内进行过滤，过滤后的空气进入空气冷却器8内进行冷却，冷却后的空气进入第一压气机9、第二压气机10内进行压缩，从第一压气机9、第二压气机10排出端排出的高压空气可以通过进气管接头105进入储气腔104内，当空气进入储气腔104内后可以对透平罐体101外壁进行降温，同时空气通过连通管107进入进气腔203内，由于伺服电机134的工作使得所有的燃烧气缸2处于间隔点火状态，当燃烧气缸2不处于点火状态时，气缸套201内的气压小，进气腔203内的空气通过进气孔209进入缸头206内腔内然后推动进气阀207自动打开使得空气可以进入气缸套201内，当燃烧气缸2进入点火状态时，燃油在气缸套201内与空气混合点火燃烧时，爆发压力突然加大，通过进气阀207下面的孔把进气阀207自动关闭，缸内的高压气体从喷咀喷出，吹动透平叶片103转动，由于排气腔是负压状态，加快了燃气对透平叶片103做功的流速；
40.当船舶处于定速巡航阶段时，主机由柴油改为燃料油，ifo-180油品，油温调定在120℃，不需要第一压气机9、第二压气机10压缩空气，改为汽动引风机41和汽轮机12工作，节省发电机柴油消耗，此时可以打开空气冷却器8与汽轮机12之间的电磁阀，闭合空气冷却器8与第一压气机9、第二压气机10之间的电磁阀，并关闭牵引第一压气机9、第二压气机10的电动机和电动引风机42，通过调整五档变速箱133使得转轴131快速旋转，此时燃烧气缸2的点火频率大大增加，动力主机1的排烟量也大大提高，动力主机1内的高温废气经过废气锅炉3后从汽动引风机41处通过带动汽动引风机41自动旋转产生抽吸力，从汽动引风机41排出的废气进入排气腔52内后进入烟囱烟气处理器6内进行废气处理，进气叶轮56自动旋转带动大气中的空气进入压气腔53内，然后经过过滤器7过滤和空气冷却器8降温后送入透平压气机11内，废气锅炉3内产生的高温蒸汽进入汽轮机12内推动透平压气机11叶轮自动旋转对进入透平压气机11内的空气进行压缩，从透平压气机11内排出的高压空气进入储气腔104内后通过连通管107进入进气腔203内，然后再次进入气缸套201内与燃油接触方便燃油充分燃烧，本机与现有的柴油机、汽轮机、燃气轮机相比具有构造简单、造价低、故障少，管理维修省事，马力大，热功率高等特点，每年可以为船主节省大量的配件和燃油消耗。
41.如图14所示，380v是船舶发动机电源经过变压器到220v用于船舶照明等用，经过变压器变成24v交流电，后经过整流器变成24v直流电，用于转轴电机工作使用，实现供油和点火；另一组变压器是将220v电压变成1000v电压，供点火棒使用，图中x1、x2、x3、d1、d2、d3是供油电磁阀线圈，d1、d2、d3、是控制d1-d3的触点，n1-n5是接触器控制的触点，m是控制转轴的伺服电机，c为启动电磁阀，n为接触器，只有动力主机工作，控制转轴的伺服电机才会有电能，才可以通电工作。
42.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。