一种船舶用动力推进系统及应用其的动力控制系统的制作方法

1.本实用新型涉及船舶用动力系统技术领域，尤其涉及一种船舶用动力推进系统以及应用该动力推进系统的动力控制系统。


背景技术：

2.以往的船舶通常采用船舶自身的柴油发动机发电，以满足船舶用电的需求。然而，柴油发电机在工作中燃烧大量的油料，排出大量的废气，并且产生噪声污染。尤其是，由于我国沿海即将实行环渤海，长三角，珠三角三个排放控制区，为了使船舶柴油机符合控制区排放要求，必须对柴油机进行改造或者使用清洁能源、新能源、或尾气后处理等替代措施才能满足船舶排放控制要求。
3.针对上述技术问题，目前提出一种较为先进的船舶，其为采用蓄电池的电动船舶，电动船舶作为一种新型的海洋或河道运输工具，具有能源效率高、零排放、无噪音等优点，目前已经在内河和近海水域中得到应用，如申请号为cn201922490379.x(授权公告号为cn211493679u)的中国实用新型专利公开的《一种电动船舶动力系统》，对此进行了类似公开。但是，上述纯电动驱动的船舶存在一次性投资大，续航能力不足及充电时间过长等问题。
4.还出现了一种混合动力的船舶推进装置，其包括至少两种动力源，如，既可以通过柴油机使螺旋桨旋转，又可以通过电动组件使螺旋桨旋转，来适应于不同应用环境。其中，在使用柴油机的时候，可以利用柴油机工作时多余的动力给电动组件充电，使两种动力源互补，使能源充分利用，增加使用时间。如申请号为cn201821104615.9(授权公告号为cn208530821u)的中国实用新型专利公开的《一种双动力源船舶推进装置》，对该类混合动力的船舶推进装置进行了类似公开。
5.但，上述混合动力的船舶推进装置还存在以下不足：首先，现有的柴油机与电动机混合动力的推进装置在给电动组件充电时，需要将发电机的输入端设置的固定轴套与第二转轴连接，由此，通过柴油机带动齿轮箱及第二转轴来带动发电机转动，从而实现充电过程，而，在需要启用电动组件作为动力源时，又需要人工将发电机的输入端设置的固定轴套从第二转轴上拆下，将电动组件(旋转电机)的输出端通过固定轴套再与第二转轴连接，这种结构设置需要操作者将第二转轴在发电机的输入端及旋转电机的输出端之间来回进行切换连接，其操作步骤相对繁琐，尤其是在排放控制区附近往复运输时，切换过程相对频繁，极大地增大了操作人员的工作量。再者，现有的混合动力船舶推进装置的电动推进模式或者柴油机推进模式的切换过程，基本上是通过操作者判定是否进入排放控制区后，再通过人工进行切换，这种方式不够灵活准确，因而，如何提供一种能在船舶进入或者驶出排放控制区时自动选择电动推进模式及者柴油机推进模式的船舶用动力推进系统成为了本领域技术人员亟待解决的技术问题。


技术实现要素：

6.本实用新型所要解决的第一个技术问题是针对现有技术的现状，提供一种能够在柴油机推进模式以及电动推进模式之间进行灵活切换的船舶用动力推进系统。
7.本实用新型所要解决的第二个技术问题是针对现有技术的现状，提供一种能在船舶进入或者驶出排放控制区时自动选择电动推进模式及者柴油机推进模式的船舶用动力控制系统。
8.本实用新型解决上述第一个技术问题所采用的技术方案为：一种船舶用动力推进系统，包括：
9.柴油机组件，包括柴油机以及与柴油机的动力输出端连接的动力传动轴；
10.电动机组件，包括电动机以及用于向所述电动机进行供电的供电装置；
11.发电机组件，包括用于向所述供电装置提供电能的发电机，该发电机的动力输入轴与所述柴油机的动力输出端连接；
12.齿轮传动组件，具有第一转轴、第二转轴以及用于与螺旋桨连接的第三转轴，所述第一转轴用于与所述动力传动轴连接，以将所述柴油机的动力传递至所述螺旋桨以带动螺旋桨转动，所述第二转轴用于与所述电动机的动力输出端连接，以将所述电动机的动力传递至所述螺旋桨以带动螺旋桨转动；
13.所述柴油机组件的动力传动轴具有第一动力输出端以及第二动力输出端，所述第一动力输出端通过第一离合器与所述齿轮传动组件的第一转轴连接，所述第二动力输出端与所述发电机的动力输入端连接，所述电动机的动力输出端通过第二离合器与所述齿轮传动组件的第二转轴连接。
14.为了实现储存发电机产生的电能以及向电动机进行供电的目的，所述供电装置包括蓄电池，所述发电机与所述蓄电池连接，以将发电机产生的电能传输至所述蓄电池，所述蓄电池与所述电动机连接。
15.作为一种优选实施方式，所述齿轮传动组件以及第一离合器均设于所述柴油机之外，所述齿轮传动组件为减速齿轮箱，所述第一离合器与所述动力传动轴的第一动力输出端通过第一弹性联轴节连接。其中，第一弹性联轴节的设置方便了第一转轴、第一离合器以及动力传动轴的第一动力输出端之间的灵活、快速连接，其次，由于柴油机连接传动设备时具有扭振(振动)，该第一弹性联轴节(高弹性联轴节)的设置，具有消除柴油机的扭振的作用。采用减速齿轮箱作为所述的齿轮传动组件，实现了降低螺旋桨的转动速度以提高推进效率的目的。
16.作为另一种实施方式，所述齿轮传动组件为设于所述柴油机的机座箱内的变速齿轮组，所述的第一离合器也对应设于柴油机的机座箱内。也即，可采用自身带有变速功能及脱排功能的离合器的柴油机。
17.作为改进，所述电动机为电动、发电两用电机。当需要采用电动驱动时，该两用电机可切换至电动机模式，用来驱动螺旋桨转动；而当需要柴油机驱动螺旋桨转动时，该两用电机可切换至发电机模式，并通过第二离合器带动该两用电机旋转，这时两用电机变为发电机，可以用来给蓄电池充电，这样可省去原柴油机的发电机组件或发电辅机系统。
18.为了实现动力传动轴与发电机之间的快速连接，以及消除柴油机的扭振，以保证两者之间的稳定传动，所述动力传动轴的第二动力输出端通过第二弹性联轴节与所述发电
机的动力输入轴连接。
19.为了提高发电机的发电效率，以及实现增速齿轮箱与动力传动轴及发电机之间的快速连接，以及消除柴油机的扭振，保证上述三者之间的稳定传动，还包括增速齿轮箱，所述动力传动轴的第二动力输出端通过第三弹性联接轴与所述增速齿轮箱的动力输入端连接，所述发电机的动力输入轴通过第四弹性联结轴与所述增速齿轮箱的动力输出端连接。
20.为了使蓄电池能及时储备足够的电能，还包括用于向所述蓄电池提供电能的发电辅机系统。在发电机发生故障时，可通过发电辅机系统向蓄电池进行供电，以储备足够的电能，延长船舶续航时间。
21.为了更好地与柴油机的动力传动轴相适配，充分利用柴油机的多余动力实现发电，所述的发电机为轴带发电机。
22.本实用新型解决上述第二个技术问题所采用的技术方案为：一种应用上述船舶用动力推进系统的动力控制系统，包括：
23.gps系统，用于获取船舶所在的位置；
24.控制单元，与所述gps系统以及船舶的动力推进系统均信号连通，用于获取根据gps系统采集的船舶所在位置以及船舶动力推进系统的推进动力状态信息，从而给出将船舶的动力推进模式调整至与船舶所在位置相匹配的动力推进模式的处理指令；
25.岸站监测系统，与所述控制单元信号连通，包括卫星通讯系统和岸站显示系统，所述卫星通讯系统用于将控制单元获取的信息及以及作出的处理指令信息传输至所述的岸站显示系统。
26.船舶用动力控制系统的控制方法，包括以下步骤：
27.s1、通过gps系统获取船舶所在的位置；
28.s2、通过设于船舶上的控制单元获取gps系统获得的船舶所在位置信息以及船舶动力推进系统的推进动力状态信息，其中，根据获得船舶所在位置信息，判断船舶是否处于排放控制区内；
29.如果船舶位于排放控制区内，然后进行判断船舶动力推进系统是否处于电动推进模式，如果是处于电动推进模式，则保持在该推进模式状态，如果不是处于该电动推进模式，则发出动力推进模式调整指令，通过人工或控制单元自动将船舶动力推进系统的推进模式切换至电动推进模式；
30.如果船舶位于排放控制区之外，然后进行判断船舶动力推进系统是否处于柴油机推进模式，如果是处于柴油机推进模式，则保持在该推进模式状态，如果不是处于该柴油机推进模式，则发出动力推进模式调整指令，通过人工或控制单元自动将船舶动力推进系统的推进模式切换至柴油机推进模式；
31.s3、通过卫星通讯系统将控制单元所获取的船舶所在位置信息、船舶动力推进系统的推进动力状态信息以及作出的调整处理指令信息传输至所述的岸站显示系统。
32.与现有技术相比，本实用新型的优点：船舶用动力推进系统的柴油机组件的动力传动轴具有第一动力输出端以及第二动力输出端，其中，第一动力输出端通过第一离合器与齿轮传动组件的第一转轴连接，电动机的动力输出端通过第二离合器与齿轮传动组件的第二转轴连接，当需要切换柴油机或发电机作为动力源来驱动螺旋桨转动时，只需要人工或者通过控制单元自动控制第一离合器以及第二离合器对应脱开或者连接即可，这种结构
设计，方便了动力控制系统在柴油机推进模式以及电动推进模式之间进行灵活切换。此外，柴油机组件的动力传动轴的第二动力输出端还与发电机的动力输入端连接，利用柴油机工作时多余的动力向供电装置提供电能，满足了电动机的用电需求，提高了动力推进系统的整体续航能力。
附图说明
33.图1为本实用新型实施例1的船舶用动力推进系统的结构示意图；
34.图2为本实用新型实施例1的船舶用动力控制系统的结构示意图；
35.图3为本实用新型实施例2的船舶用动力推进系统的结构示意图；
36.图4为本实用新型实施例3的船舶用动力推进系统的结构示意图；
37.图5为本实用新型实施例4的船舶用动力推进系统的结构示意图；
38.图6为本实用新型实施例4的船舶用动力推进系统的结构示意图。
具体实施方式
39.以下结合附图实施例对本实用新型作进一步详细描述。
40.实施例1
41.参见图1
‑
图2，一种船舶用动力推进系统包括柴油机组件、电动机组件、发电机组件、齿轮传动组件50、第一离合器71、第二离合器72以及增速齿轮箱32。电动机组件包括电动机20以及供电装置，供电装置用于向电动机20进行供电。发电机组件包括用于向供电装置提供电能的发电机30，该发电机30的动力输入轴与柴油机10的动力输出端连接。
42.参见图1，本实施例是以柴油机组件作为主机来驱动螺旋桨60转动。其中，柴油机组件包括柴油机10以及与柴油机10的动力输出端连接的动力传动轴11。上述动力传动轴11的前后两端分别为第一动力输出端以及第二动力输出端。具体地，第一动力输出端通过第一离合器71与齿轮传动组件50的第一转轴51连接，第二动力输出端与发电机30的动力输入端连接。
43.本实施例的柴油机10可以采用现有各种船舶动力推进用柴油机10，具体可优选为二冲程低速柴油机10，其具有体积大，转速低的特点。也可优选为四冲程中速柴油机 10，其具有体积小，转速高。
44.参见图1，齿轮传动组件50具有第一转轴51、第二转轴52以及用于与螺旋桨60 连接的第三转轴53。其中，第一转轴51作为齿轮传动组件50的一个动力输入端，与动力传动轴11连接，从而将柴油机10的动力传递至螺旋桨60以带动螺旋桨60转动。第二转轴52作为齿轮传动组件50的另一个动力输入端，用于与电动机20的动力输出端连接，从而将电动机20的动力传递至螺旋桨60以带动螺旋桨60转动。
45.参见图1，在本实施例中，柴油机10的动力传动轴11的第一动力输出端通过第一离合器71与齿轮传动组件50的第一转轴51连接，其中，通过人工或自动控制单元92 操纵第一离合器71脱开或结合动作，可以实现动力传动轴11与齿轮传动组件50的断开或连接，从而关闭柴油机10推进模式或启动柴油机10推进模式。
46.参见图1，本实施例的齿轮传动组件50以及第一离合器71均设于柴油机10之外，其中，第一离合器71与动力传动轴11的第一动力输出端之间还通过第一弹性联轴节81 连接。
该第一弹性联轴节81的设置，一方面，方便了第一转轴51、第一离合器71以及动力传动轴11的第一动力输出端之间的灵活、快速连接；另一方面，能有效消除柴油机的扭振，实现了第一转轴51与动力传动轴11之间的稳定传动。
47.参见图1，电动机20的动力输出端通过第二离合器72与齿轮传动组件50的第二转轴52连接。其中，同样可通过人工或自动控制单元92操纵第二离合器72脱开或结合动作，可以实现动力传动轴11与电动机20的动力输出端的断开或连接，从而关闭电动推进模式或启动电动推进模式。
48.参见图1，动力传动轴11的第二动力输出端通过第二弹性联轴节82与发电机30 的动力输入轴连接。第二弹性联轴节82的设置，实现动力传动轴11与发电机30之间的快速连接，并保证动力传动轴11与发电机30之间的稳定传动效果。
49.参见图1，本实施例的供电装置包括蓄电池41，其中，发电机30经恒频恒压控制柜31与蓄电池41连接，以将发电机30产生的电能传输至蓄电池41，进行蓄电。本实施例的发电机30优选为轴带发电机30。上述蓄电池41通过线缆与电动机20连接，向电动机20进行供电。
50.本实施例的电动机20为电动、发电两用电机。当需要采用电动驱动时，该两用电机可切换至电动机模式，用来驱动螺旋桨60转动；而当需要柴油机10驱动螺旋桨60 转动时，该两用电机可切换至发电机模式，并通过第二离合器72带动该两用电机旋转，这时两用电机变为发电机，可以用来给蓄电池441充电，这样可省去原柴油机10的发电机组件或发电辅机系统。
51.参见图1以及图2，本实施例还涉及一种应用上述船舶用动力推进系统的动力控制系统，包括船舶就地系统100以及岸站监测系统93。船舶就地系统100包括gps系统 91、控制单元92以及动力推进系统94。gps系统91用于获取船舶所在的位置。控制单元92与gps系统91以及船舶的动力推进系统94均信号连通，用于获取gps系统 91采集的船舶所在位置信息以及获取船舶动力推进系统的推进动力状态信息，并判断船舶的动力推进模式调整至与船舶所在位置是否相匹配，从而给出将船舶的动力推进模式调整至与船舶所在位置相匹配的动力推进模式的处理指令。岸站监测系统93与控制单元92信号连通，包括卫星通讯系统931和岸站显示系统932，其中，卫星通讯系统931 用于将控制单元92获取的信息及以及作出的处理指令信息传输至所述的岸站显示系统 932，从而供岸站的工作人员进行监测船舶是否正确的切换了推进动力模式。
52.参见图2，上述船舶用动力控制系统的控制方法，包括以下步骤：
53.s1、通过gps系统91获取船舶所在的位置；
54.s2、通过设于船舶上的控制单元92获取gps系统91获得的船舶所在位置信息以及船舶动力推进系统的推进动力状态信息，其中，根据获得船舶所在位置信息，判断船舶是否处于排放控制区内；
55.如果船舶位于排放控制区内，然后进行判断船舶动力推进系统是否处于电动推进模式，如果是处于电动推进模式，则保持在该推进模式状态，如果不是处于该电动推进模式，则发出动力推进模式调整指令，通过人工或控制单元92自动将船舶动力推进系统的推进模式切换至电动推进模式；
56.如果船舶位于排放控制区之外，然后进行判断船舶动力推进系统是否处于柴油机 10推进模式，如果是处于柴油机10推进模式，则保持在该推进模式状态，如果不是处于该柴
油机10推进模式，则发出动力推进模式调整指令，通过人工或控制单元92自动将船舶动力推进系统的推进模式切换至柴油机10推进模式；
57.s3、通过卫星通讯系统931将控制单元92所获取的船舶所在位置信息、船舶动力推进系统的推进动力状态信息以及作出的调整处理指令信息传输至所述的岸站显示系统932。
58.其中，在上述s2步骤中，当船舶进入排放控制区外，通过人工或者控制单元92 脱开与电动机20连接的第二离合器72，启动柴油机10，闭合用于与柴油机10的动力传动轴11连接的第一离合器71，采用柴油机10作为推进动力，同时，通过发电机30 给蓄电池41充电。当船舶进入排放控制区内时，脱开用于与柴油机10的动力传动轴11 连接的第一离合器71，关闭柴油机10，启动电动机20，闭合用于电动机20连接的第二离合器72，采用电动机20作为推进动力。在船舶靠岸后，也可通过岸站给船舶的蓄电池41进行充电。
59.由于船舶进入排放控制区时，航速也降下来了，使用的功率也降很多，这样所配的电机和所配的蓄电池41容量也减少很多。这样投资成本轻，又能延迟长续航能力，而且只要对老旧船舶进行改造也可实现排放要求，是一种既经济又能彻底解决排放控制区的排放问题，达到零排放。
60.实施例2
61.参见图3，本实施例与实施例1的区别在于：在动力传动轴11的第二动力输出端与发电机30的动力输入端之间增设了增速齿轮箱32，具体地，动力传动轴11的第二动力输出端通过第三弹性联接轴83与增速齿轮箱32的动力输入端连接，发电机30的动力输入轴通过第四弹性联结轴与增速齿轮箱32的动力输出端连接。上述增速齿轮箱32 的设置，提高发电机30的发电效率，第三弹性联接轴83以及第四弹性联结轴的设置，实现了增速齿轮箱32与动力传动轴11及发电机30之间的快速连接，并保证上述三者之间的稳定传动过程。
62.实施例3
63.参见图4，本实施例与实施例1以及实施例2的区别在于：齿轮传动组件50为设于柴油机10的机座箱内的变速齿轮组，其中，第一离合器71也对应设于柴油机10的机座箱内，也即，可采用自身带有变速功能及脱排功能的离合器的柴油机10。如，图4 示出了柴油机10的动力传动轴11与发电机30之间采用第三弹性联轴节、增速齿轮箱 32以及第四弹性联轴节84进行传动连接的结构，当然，可以想到的是，也可以省去上述增速齿轮箱32，即柴油机10的动力传动轴11与发电机30之间只采用第二弹性联轴节82连接(即与实施1中对应的传动结构相同)。
64.实施例4
65.参见图5及图6，本实施例与实施例1、实施例2以及实施例3的区别在于：除了采用发电机30之外，船舶上还设有发电辅机系统42来为蓄电池41进行供电。在发电机30发生故障时，可通过发电辅机系统42向蓄电池41进行供电，以储备足够的电能，延长船舶续航时间。如，图5为在实施例1及实施例2的基础上，增设发电辅机系统42 后的结构示意图(其中，柴油机10与发电机30之间的传动部件未示出)。如，图6为在实施例3的基础上，增设发电辅机系统42后的结构示意图(其中，柴油机10与发电机30之间的传动部件未示出)。