CN2355494Y - 电液控制式船舶主机轴带同步发电机装置 - Google Patents

Abstract

一种变速运行的船舶主机带动同步发电机发出恒频电能的船用电源装置。它是船舶主机转轴通过齿轮箱带动电液伺服变量液压泵，此泵与定量液压马达联接成闭式容积液压调速回路，液压马达通过联轴器驱动发电机发电。光电测速与控制装置将发电机转速变换成电信号后与给定的转速信号进行比较，将差值信号放大和运算后输出一控制信号去调节变量泵中的电液伺服装置来改变泵的相应排量，以保证船舶主机转速变化时发电机的转速稳定。

Description

电液控制式船舶主机轴带同步发电机装置

本实用新型涉及一种转速变动的船舶主机可以带动同步发电机发出频率稳定的交流电能的船用电源装置。

一般的船舶上都有一台推动螺旋桨的低速柴油主机和二至三台驱动三相同步发电机的发电柴油辅机。船舶主机的功率比发电用辅机的功率大得多，并且船舶主机是燃用价格便宜的重柴油的低速柴油机，发电用辅机则是燃用价格昂贵的轻柴油的高速柴油机。用船舶主机取代一台柴油发电辅机，可以充分利用主机的功率容量，节约能源，降低船舶的燃料费用和润滑油消耗量，减少对一台高速柴油发电辅机的维修工作量，还可减少船舶机舱的被占空间及降低噪音，改善船舶轮机管理人员的工作环境。因此，船舶主机轴带交流发电装置被船运界认为是船舶节能及降低营运费用的主要技术措施之一。但是，船舶主机在运行时要按照船舶航行或作业的需要而经常变速变工况，而为了保证船舶电网的频率和电压稳定，又要求同步发电机的转速和机端电压稳定。为了解决这一问题，至今为止已知的主要技术方法有两种。一种是用电磁滑差离合器作为联结船舶主机和同步发电机的中间环节，在船舶主机的转速变化时通过调节电磁滑差离合器的励磁电流以保证发电机的转速稳定，从而保证电网的频率稳定，同步发电机中配置的自励恒压装置则保证电网的电压稳定。但这种电磁滑差离合器式的船舶主机轴带交流发电装置的传动效率较低，能使发电机正常发电的主机转速变化范围小，发电机的功率也难以提高，因而至今只有少数小型船舶采用。另一种方法是，船舶主机的转轴经升速齿轮箱直接带动交流发电机发出频率变动的电能，由整流器和逆变器组成的变频器将频率变动的电能变成频率稳定的工频交流电能，这种频率的稳定是通过一套自动检测控制装置控制逆变器中晶闸管的逆变角而实现的。为了减少变频器产生的谐波对船舶电网造成过分严重的污染，需在逆变器的出口经过交流电抗器接入电网。再用另一台同步电机接于船舶电网中作为同步调相机用，以向船舶电网提供所需的无功功率。自动调节同步调相机的励磁电流以保证船舶电网的电压稳定。同步调相机的另一个重要作用是在电网发生短路、逆变器快速闭锁时，向短路点供应足够大的短路电流，以保证电网的短路保护装置能可靠的动作。为使同步调相机能启动，需用一台专用异步电动机或通过电磁离合器用船舶主机来启动同步调相机，船舶主机轴带交流发电装置正常工作之后，同步调相机再与它的启动装置脱离。这种船舶主机轴带交流发电装置是目前国内外研究的主要方向。但这种形式的船舶主机轴带交流发电装置结构复杂，造价很高，控制环节也很复杂，对其进行维护检修所需的技术要求船舶轮机管理人员很难达到，工作可靠性也不够高且体积仍较庞大。因此，至今国内外仍只有少数大型船舶采用，很难在各种船舶中大面积推广采用。

本实用新型的目的是采用电液控制式的转速和转矩自动控制***作为联接船舶主机与同步发电机的中间环节，使得船舶主机能以高的传动效率直接带动同步发电机发电。当船舶主机的转速变化或同步发电机的输出功率变化时，电液控制式的转速和转矩自动控制***能维持同步发电机的转速稳定，使这种新型的船舶主机轴带交流发电装置的效果与同步发电机直接由发电柴油辅机驱动时的效果一样，且发电机的容量可按需要配置而不受限制。与变频式船舶主机轴带交流发电装置相比，结构和控制则大大简化。这种新型船舶主机轴带交流发电装置能在各种船舶上普遍采用，以达到船舶节能和降低营运费用，改善船舶机舱工作环境的目的。

实现本实用新型的方法是：用电液伺服变量液压泵和定量液压马达组成闭式液压容积调速回路，在船舶主机驱动螺旋桨的主轴中加一齿轮箱，齿轮箱的主动轮轴由船舶主机带动，从动轮轴带动液压泵，液压泵带动与发电机转子联接的液压马达旋转，这样就实现船舶主机带动同步发电机发电。在发电机的转轴中加一转速测量盘，转速测量控制装置通过对测量盘的转速的测量，将发电机的转速信号与给定的同步转速信号进行比较，所得到的差值信号经过放大、运算后，输出一个控制信号，去控制电液伺服阀，使其自动改变电液伺服变量液压泵的排量，以控制液压泵的输出流量，使与定量液压马达连接的发电机的转速稳定。在船舶主机的某一转速和同步发电机的某一有功负载下，变量液压泵的输出流量为一定值，使与定量液压马达联接的同步发电机的转速维持同步转速运行。当船舶主机的转速升高时，电液伺服变量液压泵的转速也随着升高使其输出流量增大，导致定量液压马达和与其相联的发电机转速升高。转速测量装置将测到的转速信号与给定的同步转速信号比较，并将差值信号放大、运算后输出一个控制信号，使电液伺服变量液压泵的排量自动减少，这样，泵的输出流量减小，从而使液压马达和发电机的转速回落到同步转速并维持转速的稳定，而液压***的工作压力则由与发电机的有功负载所决定的液压马达的负载转矩的大小所决定。当船舶主机的转速降低时，电液伺服变量液压泵的转速也随之降低使其输出流量减小，导致液压马达和发电机的转速降低。此时，转速自动测量控制装置将输出一控制信号，使电液伺服变量液压泵的排量增大，从而使液压马达和发电机的转速升高到同步转速并维持转速的稳定。在闭式容积液压调速回路中，液压马达的转速由液压泵的输出流量所决定，而液压***的工作压力则由液压马达的负载转矩所决定。因此，当船舶主机的转速不变而发电机的有功负载增大时，液压马达的负载转矩也增大，使液压***的工作压力升高，从而，船舶主机向轴带同步发电机装置的输出功率也增大。当船舶主机的转速不变而发电机的有功负载减小时，液压***的工作压力相应降低，船舶主机轴带同步发电机装置的输出功率也相应减小。由于船舶航行或作业的需要，当船舶主机的转速要降低到变量液压泵所允许的最低工作转速以下时，在船舶主机发出降速或停车指令的同时，启动辅助柴油发电机组，并进行发电机组的并车，有功和无功负载的转移操作，使主机轴带同步发电机处于空栽状态。然后，通过一电磁换向阀使液压***处于卸荷状态，以便主机轴带交流发电装置退出运行。

在船舶主机轴带交流发电装置的转速自动测量控制回路中，并联上一套可以手动转换的转速手动调节回路，通过它可以手动调节以使同步发电机的转速能在其额定转速的±5％范围内变化。手动调节装置是一个电子电路构成的电流发生器，通过手动调节电位器可以改变输出电流的大小而作用于电液伺服阀，这样就可以实现手动小范围无级调速，以满足同步发电机组并联运行操作的需要。

按照本实用新型制造的船舶主机轴带交流发电装置，可使变速变工况运行的船舶主机能带动要求恒速运行的同步发电机直接发出工频电能。由于液压调速***的反应速度快，惯性小，因此这种主机轴带交流发电装置的频率稳定性好，船舶主机转速在较大的范围内变化时都能维持同步发电机的正常运行，并且，发电机的有功功率输出可以从零到额定功率之间变化。如果在选择船舶主机时考虑了轴带交流发电装置的容量时，就可使这种主机轴带交流发电装置作为船舶电力***中的主电源，以使能在船舶的各种航行工况下运行发电。这样，可大大节省船舶的燃料费用和润滑油耗量，省去对一台高速柴油辅机的维护工作，从而大大降低船舶的营运费用，节约能源。同时，也大大地改善了船舶机舱的工作环境。与电磁滑差离合器式的船舶主机轴带交流发电装置相比，发电机允许的主机转速变化范围大，效率大大提高且制造容量不受限制。与变频器式的船舶主机轴带交流发电装置相比，不必采用同步调相机作为无功电源，且造价大大降低和体积减小，控制方式大为简化，对船舶电网没有谐波污染，工作可靠性也明显提高，对其进行维修所需的技术要求明显降低。

说明书附图1是电液控制式船舶主机轴带交流发电装置的原理结构图。附图1中的各标号表示：1发电机电气控制柜；2同步发电机；3发电机转速光电检测装置；4船舶柴油主机；5定量液压马达；6电液伺服变量液压泵；7齿轮增速箱；8液压***控制柜；9主机与螺旋桨联接轴；10螺旋桨。说明书附图2是集成式静压闭式循环容积调速液压***工作原理图。附图2中的各标号表示：1同步发电机；2集成式定量液压马达组；3两位四通电磁换向阀；4集成式电液伺服变量液压泵；5船舶柴油主机；6、7低压溢流阀；8辅助泵；9、10高压溢流阀。说明书附图3是发电机转速稳定自动控制***原理图。附图3中的各标号表示：1电液伺服阀；2变量液压泵；3定量液压马达；4同步发电机。

本实用新型适用于主机为柴油机的所有水面船舶，特别适用于排水量千吨以上的大、中型船舶和排水量二百吨以下、机舱面积特别窄小的小型船舶。在设计和制造船舶时，船舶主机的功率是按照螺旋桨的最大推力要求选择额定功率的，而在正常航行时船舶主机的功率一般都未达到满功率。实施本实用新型之后，船舶在正常运行时轴带交流发电装置即可运行发电。若在选择船舶主机的额定容量时已计及轴带交流发电装置的容量，则实施本实用新型之后，主机轴带交流发电装置可作为船舶电力***中的主电源，只有在船舶停靠码头或抛锚，主机停止运行时才由柴油发电辅机发电。本实用新型也适用于船舶电网完全由柴油发电辅机供电的已营运船舶的改造。由于液压管路的安装布置可因地制宜，因此在实施本实用新型进行改造时，只需拆去一台发电用柴油辅机。在发电机转轴中加一转速测量盘，在船舶主机联接螺旋桨的转轴中加一齿轮箱，并用集成式静压闭式循环容积调速液压***将发电机与齿轮箱联接，再加上相应的控制装置即可。

Claims (2)

1.一种采用电液伺服变量液压泵和定量液压马达组成闭式容积液压调速回路作为变速恒频传动环节的电液式船舶主机轴带同步发电机装置，其特征是，船舶主机转轴通过齿轮箱带动电液伺服变量液压泵，液压马达通过联轴器驱动发电机发电，由电子电路和位于发电机转轴的转速测量盘组成的光电测速与控制装置测量发电机的转速，将所得到的转速电信号与给定的转速电信号进行比较和运算后，输出一控制信号去调节位于变量泵中的电液伺服装置来改变变量泵的排量，使得主机的转速改变导致泵的转速改变时泵的输出流量不变，从而维持液压马达和发电机的转速稳定。

2.根据权利要求1所述的电液控制式船舶主机轴带发电机装置，其特征是，在变量液压泵的流量输出自动控制回路中，并联了一套由电子电路构成电流发生器的手动转速调节装置，自动调节装置与手动调节装置通过转换开关接到电液伺服装置中以便进行切换，手动调节装置的输出端通过电位器手动调节输出量以改变电液伺服阀的开度来调节液压马达和发电机的转速，以满足同步发电机并联运行操作的需要。

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