专利名称：船舶用混合推进系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种根据权利要求1前序部分所述的船舶用推进系统。
技术背景如图l所示，筒单的船舶用推进系统只具有由一柴油机4 (也称"主柴 油机")驱动的一个推进器2或一个船用螺旋桨2。这个柴油机4不仅驱动推 进器2,还用于驱动发电机6，发电机6在其负载侧可通过接触器8与船上 供电系统10相连。这个推进系统还具有至少一个辅助发电机组12。图l中 显示了三个辅助发电机组12，每个辅助发电机组均包括一个柴油机14和一 个发电机16。每个辅助发电机组12的柴油机14又称"辅柴油机"。各发电 机16的负载侧均与船舶的船上供电系统IO相连。为确保具有这种推进系统 的船舶在主柴油机4发生故障的情况下也能可靠地驶入港口 ，这个推进系统 还额外地具有一个变流器18，变流器18 —方面用于启动发电机6,另一方 面可在主柴油机发生故障的情况下使发电机6以电动机模式进行工作。为此， 变流器18在发电机侧和船上供电系统侧分别具有一个接触器20和22。当发 电机6与船上供电系统10分离，并在变流器18的作用下以电动机模式进行 工作时，这种工作状态就称为"动力输入"(PTI)。反之，当发电机6与船 上供电系统IO导电相连时，这种工作状态就称为"动力输出"(PT0)。罗尔夫 贝斯欣(Rolf Biischen)的文章《WGA 23——新型轴传动发 电机系统》(刊于德国杂志《HANSA》第13号第120辑合订本，1983年第七 期，第1203 1207页)中公开过另一种类型的船舶用推进系统，下面将 借助图2对此进行详细说明。这种已知推进系统具有一个柴油机4、 一个传动装置24、 一个推进器2、至少一个柴油发电机组12和一个机器系统26。 柴油机4通过传动装置24与船舶的推进器2相连。此外，机器系统26也通 过传动装置24与推进器2相连。在这种已知推进系统中，机器系统26具有一个发电机6、 一个电流中间 电路变流器28和一个励磁装置30，其中，发电机6在这篇文章中被称为轴 传动发电机。轴传动发电机6的定子侧通过电流中间电路变流器28与船上 供电系统10导电相连。励石兹装置30具有例如带有匹配变压器的励^磁变流器， 并与轴传动发电机6的励磁绕组导电相连。轴传动发电机6的转子与传动装 置24相连。提供一个他励同步电机用作轴传动发电机6，这个同步电机主要 以发电机模式进行工作。在发电机侧具有一个整流器并且在船上供电系统侧具有一个逆变器的 电流中间电路变流器28根据频率使船上供电系统10与轴传动发电机6退耦。 电流中间电路变流器28中的整流器和逆变器在直流侧通过直流中间电路彼 此相连。这个直流中间电路由一个扼流圈构成，所述扼流圏的作用是为了能 够对故障和短路情况下的变流器电流进行限制。这个直流中间电路变流器28 在船上供电系统侧配有一个用于限制短路电流和谐波的电源系统扼流圈。由于船上供电系统10上还连接有需要无功电流的用电设备，因此，机 器系统26还具有一个无功分量发生器，其带有一个手动启动的电动机，为 清楚起见，附图并未对这个无功分量发生器进行详细图示。在上述文章中，草图形式的机器模型26被称为"轴传动发电机系统"。 借助于这个轴传动发电机系统的轴传动发电机，可在船舶上以较低成本产生 电能，其中，轴传动发电机由主柴油机4通过传动装置24驱动。由于电流中间电路变流器28中的整流器和逆变器均配有晶闸管，因此， 这个电流中间电路变流器28也可进行相反方向(即从船上供电系统10到轴 传动发电机6)的功率传输。在此情况下，轴传动发电机6以电动机模式进 行工作，可用作(例如)船用应急驱动装置。在这种工作模式下，主柴油机4处于断开状态。轴传动发电机6以电动机模式进行工作所需的能量由柴油 发电机组12提供，这些柴油发电机组均具有一个柴油机14和一个发电机16。 为了让主柴油机4经济地工作，主柴油机4以恒定转速(例如额定转速) 进行工作。为能对船舶速度进行控制，推进器2具有多个螺距可调的推进器 叶片32。除这个推进系统外，部分船舶还具有至少一个电动应用设备，例如泵。 图3显示的是一个用于装载及卸载泵的驱动单元。为清楚起见，附图并未对 泵进行详细图示。如附图所示，这个驱动单元包括三个变流器34、 36和38， 每个变流器的前面均在船上供电系统侧有一个上游扼流圈40。这些扼流圈 40均可通过接触器42与船舶的船上供电系统10导电相连。每个变流器34、 36和38的负载侧均存在一个电压可变及频率可变的三相供电系统。每个装 载及卸载泵机组中的泵的电动机44均可通过开关设备46与这三个产生三相 供电系统中的一个相连。借此可在不受其他两个三相供电系统影响的情况 下，将任意一个三相供电系统调节至预定的可变电压及可变频率。这一点在 现有装载及卸载泵具有不同工作电压和转速的情况下是非常有利。这种驱动 单元只有在船舶停靠在港口码头进行卸货时才会得到使用。由于船舶在港口 中的停留时间相对于船舶在海上的停留时间而言可以忽略不计，因此，在船 主看来，这种驱动单元相对于整个船舶的经济效率非常低。发明内容本发明的目的是对已知的船舶用推进系统进行改进，使其变得更加简单。根据本发明，这个目的通过权利要求1的特征部分和权利要求2的特征 部分而达成。如果驱动单元的至少一个变流器在负载侧可与发电才几相连，就可省去传 统技术中为由主柴油机驱动的发电机所设置的变流器。由于这个变流器只有在船舶不卸货或装货时才会得到使用，因此，这个变流器的功能也可由驱动 单元的至少一个变流器来承担。通过省去这个用于启动发电机并且用于使发 电机在PTI状态下以电动机模式进行工作的变流器，可减小空间和重量。在根据权利要求2所述的推进系统(又被称为轴传动发电机系统)中， 不仅省去了这个轴传动发电机系统的变流器，还省去了启动变压器。因此，除空间和重量外，通过本发明设计的船舶用推进系统还可降低投 资成本。
下面借助附图所示的本发明的船舶用推进系统的实施方式，对本发明作进一步说明，其中图1为简单的已知船舶用推进系统；图2为已知轴传动发电机系统的细部图；图3为用于装载及卸载泵用的已知驱动单元；图4为本发明的推进系统的第一实施方式；而图5为本发明的推进系统的第二实施方式；图6为本发明的推进系统的第三实施方式；图7为本发明的推进系统的通用驱动单元；图8为图7所示的驱动单元中复数个变流器的连接表；以及图9为图3和图7所示驱动单元的具有回馈能力的电压中间电路变流器 的简图。
具体实施方式
图4显示的是本发明的推进系统的第一实施方式。本发明的这种推进系 统的特征在于，图1所示的发电机6可以通过附加开关设备48与三个三相 供电系统中的至少一个相连，这三个三相供电系统分别连接至驱动单元中相应的变流器34、 36和38,可供至少一个应用设备使用。开关设备48被精确 地设计成与已知的装载及卸载泵所用驱动单元的开关设备46结构相同。也 就是说，通过这个开关设备48可将一个、两个或三个产生三相供电系统并 联。需要将这三个变流器34、 36和38中的几个并联，以及需要将这三个产 生三相供电系统中的几个并联，这取决于启动发电机6所需的能量。发电机 6启动后，接触器8闭合，因此使得发电机6以电动初4莫式进行工作(PTI )。 开关设备48重新断开，因为在无故障情况下无需再用变流器34、 36和38 来驱动船舶。根据本发明，通过将装载及卸载泵所用驱动单元与推进器2的 推进单元相连，可获得一种船舶用推进系统，相比已知的推进系统，这种推 进系统至少省去了图l所示的变流器18。但在功能方面没有任何改变。根据本发明，通过将图3所示的驱动单元与图2所示的驱动单元相连， 可产生如图5所示的推进系统的实施方式。通过采用本发明的这种连接方式， 可省去图2中所示的电流中间电路变流器28。根据本发明的推进系统的第二 实施方式，发电机6可以通过至少一个变流器34、 36或38与船上供电系统 10导电相连。在装载及卸载泵所用驱动单元中，需要使用的变流器34、 36 或38的数量取决于发电机6所产生的电功率。通过使用开关设备48，可使 发电机6在船上供电系统侧与三个变流器34、 36或38中的一个相连，或与 两个并联的变流器34、 36; 36、 38;或38、 34相连，或与三个并联的变流 器34、 36和38相连。当主柴油机4发生故障，并通过一个离合器50与传 动装置24分离时，两个驱动单元之间仍保持本发明的连接方式，其中，对 所用变流器34、 36和38进行控制，使得能量从船上供电系统10流向发电 机6。借此可使发电机6以电动机模式进行工作，从而实现应急运行。图6显示的本发明的推进系统的第三实施方式。这种实施方式与图4所 示的实施方式之间的区别在于，此处设置有一个助推器52。这个附加的助推 器52通过传动装置24与船舶的推进器2相连。这种用于推进器2的推进单 元是一种所谓的混合驱动装置。助推器52所需的能量由船上供电系统10提供。发电机6启动后，在船上供电系统侧直接与船上供电系统IO导电相连。 助推器52通过开关设备48与装载及卸载泵所用驱动单元中预定数量的变流 器34、 36或38相连。借助这个驱动单元的变流器34、 36、 38中的一个或 复数个变流器，可对输送给助推器52的能量进行控制。图7显示的是本发明的推进系统的通用驱动单元。在这个示意图中，图 4、图5或图6所示的所有开关设备46和附加开关设备48均整合在一个矩 阵设备58内。负载侧连接有多个电动机44、 52和60。其中，44表示的是 图4、图5或图6所示的用于装载及卸载泵的电动机，52表示的是图6所示 的助推器，60表示的是用于艏侧推器的电动机。在该示意图，在船上供电系 统侧，矩阵设备的端子与四个变流器34、 36、 38和62的输出端相连。根据 图4、图5或图6所示，每个变流器34、 36、 38、 62在船上供电系统侧均可 通过一个扼流圏40和一个接触器42与船舶的船上供电系统10导电相连。 与图4、图5、图6或图7所示不同，这个驱动单元也可以只具有两个变流 器，或具有四个以上的变流器34、 36、 38和62。从图8所示的表格中可以看出，实施各驱动和推进任务时分别需要使用 四个变流器34、 36、 38和62中的几个变流器。举例而言，驱动艏侧推器的 电动机60需要使用两个变流器，具体为变流器38和62。实施各驱动和推进 任务时分别需要使用船舶用推进系统的驱动单元中的几个已安装变流器，这 主要取决于要求的总功率和变流器的功率。图9显示的是具有回馈能力的电压中间电路变流器34、 36、 38或62的 简图。这些具有回馈能力的电压中间电路变流器34、 36、 38、 62与矩阵设 备58和船上供电系统10之间的连接方式使得供电系统侧变流器64可通过 接触器42与船上供电系统IO相连，并使得负载侧变流器66与矩阵设备58 的输入端相连。根据这个简图所示，供电系统侧变流器64和负载侧变流器 66在直流电压侧通过一个直流电压中间电^各68;波此导电相连，其中，直流电压中间电路68由至少一个电解电容器70构成。供电系统侧变流器64在 交流电压侧具有供电系统滤波器72，供电系统滤波器72具有一个滤波电容 器74和两个滤波扼流圏40和76。在输入端带有扼流圈40的供电系统侧变 流器64在变流器技术中又被称为"主动前端"(AFE)。根据具有回馈能力的 电压中间电路变流器34、 36、 38或62的这个筒图所示，设置有绝缘栅双极 晶体管，即IGBT,这些IGBT用作供电系统侧变流器64和负载侧变流器66 的变流阀。当然，也可将其他任意一种类型的可断半导体开关用作这两个变 流器64和66各自的变流阀。IGBT技术结合滤波器的自换相脉冲供电/回馈 变流器对供电系统的反作用可以忽略不计，并可实现功率因子修正。市场上 所销售的变流器-配电箱(参见标题为"SINAMICS S150 - 75 kW至1200 kW 变流器-配电箱"的西门子产品目录D21.3, 2004年5月)就是带有这种简 图的变流器装置。本发明的这种船舶用推进系统包括一个用于推进器2的推进单元和一个 用于应用i殳备的驱动单元，其中，这两个驱动推进单元彼此相连。这样就可 通过应用设备所用驱动单元来实施其他驱动和推进任务。还可在用于推进器 2的推进单元中省去至少一个变流器单元。借此可减小本发明的推进系统的 重量和所需的空间。此外还可在明显更长的工作时间内使用装机容量，从而 使这种推进系统的经济效率得到显著提高。
权利要求
1.一种船舶用推进系统，包括一个柴油机(4)、一个推进器(2)、至少一个辅助发电机组(12)、一个发电机(6)和一个用于至少一个应用设备的驱动单元，其中，所述柴油机(4)一方面可与所述推进器(2)相连，另一方面可通过所述发电机(6)与所述船舶的船上供电系统(10)相连，所述应用设备所用驱动单元具有至少一个变流器(34，36，38，62)，所述变流器一方面可与所述船上供电系统(10)相连，另一方面可与所述应用设备相连，其特征在于，所述应用设备所用驱动单元的至少一个变流器(34，36，38，62)在负载侧可通过一开关设备(48)与所述发电机(6)相连。
2. —种船舶用推进系统，包括一个柴油机(4)、 一个推进器(2)、至 少一个辅助发电机组(12)、 一个发电机(6)、 一个助推器(52)、 一个传动 装置(24)和一个用于至少一个应用设备的驱动单元，其中，所述柴油机(4) 和所述助推器(52)通过所述传动装置(24)与所述推进器(2)相连，所 述发电机(6)可与所述船舶的船上供电系统(10)相连，所述应用设备所 用驱动单元具有至少一个变流器(34， 36， 38， 62)，所述变流器一方面可 与所述船上供电系统(10)相连，另一方面可与所述应用设备相连，其特征在于，所述应用设备所用驱动单元的至少一个变流器(34, 36， 38, 62 )在负 载侧可与所述助推器(52)相连。
3. 根据权利要求1所述的推进系统，其特征在于，所述发电机(6 )和所述柴油机(4 )可通过一个传动装置(24 )与所述 推进器(2 )相连。
4. 根据权利要求2所述的推进系统，其特征在于， 在所述柴油机(4 )与所述传动装置(24 )之间布置有一个离合器(50 )。
5. 根据上述权利要求中任一项权利要求所述的推进系统，其特征在于，所述应用设备和所述发电机(6)可通过一个矩阵设备(58)与所述应 用设备所用驱动单元的变流器(34， 36, 38， 62)的负载侧端子相连。
6. 根据上述权利要求中任一项权利要求所述的推进系统，其特征在于， 所述应用设备所用驱动单元的各个变流器(34， 36， 38， 62)为电压中间电^各变流器。
7. 根据权利要求4所述的推进系统，其特征在于， 所述电压中间电路变流器建构为具有回馈能力。
8. 根据上述权利要求中任一项权利要求所述的推进系统，其特征在于， 所述辅助发电机组(12 )具有一个柴油机(14 )和一个发电机(16 )。
9. 根据上述权利要求中任一项权利要求所述的推进系统，其特征在于， 所述应用设备是泵。
10. 根据权利要求1至8中任一项权利要求所述的推进系统，其特征在
全文摘要
本发明涉及一种船舶用推进系统，所述推进系统具有一个柴油机(4)、一个推进器(2)、至少一个辅助发电机组(12)、一个发电机(6)和用于至少一个应用设备的驱动单元，其中，所述柴油机(4)一方面可与所述推进器(2)相连，另一方面可通过所述发电机(6)与所述船舶的船上供电系统(10)相连，所述应用设备所用驱动单元具有至少一个变流器(34，36，38，62)，所述变流器一方面可与所述船上供电系统(10)相连，另一方面可与所述应用设备相连。所述应用设备所用驱动单元的至少一个变流器(34，36，38，62)在负载侧可与所述发电机(6)相连。
文档编号H02J9/04GK101326098SQ200680046726
公开日2008年12月17日 申请日期2006年10月11日 优先权日2005年12月14日
发明者奥利弗·贝克, 威尔·范莫尔 申请人:西门子公司