RU2544268C2 - Движительная система - Google Patents

Движительная система Download PDF

Info

Publication number
RU2544268C2
RU2544268C2 RU2013135710/11A RU2013135710A RU2544268C2 RU 2544268 C2 RU2544268 C2 RU 2544268C2 RU 2013135710/11 A RU2013135710/11 A RU 2013135710/11A RU 2013135710 A RU2013135710 A RU 2013135710A RU 2544268 C2 RU2544268 C2 RU 2544268C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
propeller
alternator
alternating current
motor
energy
Prior art date
Application number
RU2013135710/11A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2013135710A (ru
Inventor
Киммо КОККИЛА
Микко КАЯВА
Сами КАНЕРВА
Original Assignee
Абб Ой
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Абб Ой filed Critical Абб Ой
Publication of RU2013135710A publication Critical patent/RU2013135710A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2544268C2 publication Critical patent/RU2544268C2/ru

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63J—AUXILIARIES ON VESSELS
    • B63J3/00—Driving of auxiliaries
    • B63J3/02—Driving of auxiliaries from propulsion power plant
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B17/00—Pumps characterised by combination with, or adaptation to, specific driving engines or motors
    • F04B17/03—Pumps characterised by combination with, or adaptation to, specific driving engines or motors driven by electric motors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H21/00—Use of propulsion power plant or units on vessels
    • B63H21/12—Use of propulsion power plant or units on vessels the vessels being motor-driven
    • B63H21/17—Use of propulsion power plant or units on vessels the vessels being motor-driven by electric motor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H5/00—Arrangements on vessels of propulsion elements directly acting on water
    • B63H5/07—Arrangements on vessels of propulsion elements directly acting on water of propellers
    • B63H5/08—Arrangements on vessels of propulsion elements directly acting on water of propellers of more than one propeller
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H5/00—Arrangements on vessels of propulsion elements directly acting on water
    • B63H5/07—Arrangements on vessels of propulsion elements directly acting on water of propellers
    • B63H5/08—Arrangements on vessels of propulsion elements directly acting on water of propellers of more than one propeller
    • B63H5/10—Arrangements on vessels of propulsion elements directly acting on water of propellers of more than one propeller of coaxial type, e.g. of counter-rotative type
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2200/00—Type of vehicles
    • B60L2200/32—Waterborne vessels
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H5/00—Arrangements on vessels of propulsion elements directly acting on water
    • B63H5/07—Arrangements on vessels of propulsion elements directly acting on water of propellers
    • B63H5/125—Arrangements on vessels of propulsion elements directly acting on water of propellers movably mounted with respect to hull, e.g. adjustable in direction, e.g. podded azimuthing thrusters
    • B63H2005/1254—Podded azimuthing thrusters, i.e. podded thruster units arranged inboard for rotation about vertical axis
    • B63H2005/1258—Podded azimuthing thrusters, i.e. podded thruster units arranged inboard for rotation about vertical axis with electric power transmission to propellers, i.e. with integrated electric propeller motors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H21/00—Use of propulsion power plant or units on vessels
    • B63H21/20—Use of propulsion power plant or units on vessels the vessels being powered by combinations of different types of propulsion units
    • B63H2021/202—Use of propulsion power plant or units on vessels the vessels being powered by combinations of different types of propulsion units of hybrid electric type
    • B63H2021/205—Use of propulsion power plant or units on vessels the vessels being powered by combinations of different types of propulsion units of hybrid electric type the second power unit being of the internal combustion engine type, or the like, e.g. a Diesel engine
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T70/00—Maritime or waterways transport
    • Y02T70/50—Measures to reduce greenhouse gas emissions related to the propulsion system
    • Y02T70/5218—Less carbon-intensive fuels, e.g. natural gas, biofuels
    • Y02T70/5236—Renewable or hybrid-electric solutions

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Ocean & Marine Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Control Of Multiple Motors (AREA)
  • Connection Of Motors, Electrical Generators, Mechanical Devices, And The Like (AREA)
  • Control Of Eletrric Generators (AREA)
  • Control Of Electric Motors In General (AREA)

Abstract

Изобретение относится к устройству для подачи движительной энергии к движительной системе с противоположно вращающимися гребными винтами в морском судне. Устройство содержит первый гребной винт, приводимый вращающимся силовым агрегатом, и второй гребной винт, приводимый двигателем переменного тока. Второй гребной винт вращается в направлении, противоположном первому гребному винту. Генератор переменного тока приводится вращающимся силовым агрегатом, а также электрически соединен с двигателем переменного тока. Скорость вращения второго гребного винта составляет между 95-150% от скорости вращения первого гребного винта. Двигатель переменного тока и генератор переменного тока имеют одинаковую электрическую частоту, и количество полюсов генератора переменного тока составляет от 2 до 40 и количество полюсов двигателя переменного тока составляет от 2 до 40. Отношение количества генератора переменного тока и двигателя переменного тока составляет от 0,05 до 20. Достигается рентабельность устройства для обеспечения электрической энергии на корабле или морском судне. 13 з.п. ф-лы, 9 ил.

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение относится к устройству для подачи движительной энергии к движительной системе с противоположно вращающимися гребными винтами (contra rotating propellers (CRP)) в морском судне, причем это устройство содержит первый гребной винт, приводимый вращающимся силовым агрегатом, и второй гребной винт, приводимый двигателем переменного тока.
ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Движительная энергия больших кораблей или морских судов вырабатывается вращающимся силовым агрегатом, источником энергии которого является нефть, газ, ядерная энергия. Вращающийся силовой агрегат может быть дизельным двигателем, газовой турбиной или турбиной, приводимой во вращение ядерным реактором. Механический выходной вал либо непосредственно, либо через зубчатую передачу присоединен к валу гребного винта, или вращающийся силовой агрегат приводит генератор, который подает электрическую энергию к двигателям гребных винтов корабля. Кроме того, используются несколько разных комбинаций этих двух основных способов приведения гребного винта.
Мощностная и энергетическая эффективность морского судна требуют, чтобы движительная энергия вырабатывалась настолько экономично, насколько это возможно, в разных режимах работы. Следовательно, должно быть оптимизировано общее потребление энергии. Это значит, что электрическая энергия должна быть выработана с использованием наиболее экономичной системы производства энергии, которая доступна на борту, и что электрическая энергия должна использоваться настолько эффективно, насколько это возможно, при подаче электрической энергии к устройствам и двигателям, использующим электрическую энергию.
Как хорошо известно, в данной области техники, движительные устройства потребляют большинство энергии, расходуемой на морских судах. Кроме того, движущая сила или тяга образуется с одновременным использованием разных типов двигателей. Следовательно, важно, чтобы они взаимодействовали так, чтобы при вырабатывании требуемой энергии для продвижения и руления, их совместное потребление энергии было настолько низким, насколько это возможно. В это же время, полное потребление энергии и выработка электричества должны быть настолько эффективными, насколько это возможно. Важно, чтобы полная энергия судна вырабатывалась эффективно, и электрическая энергия подавалась ко всем устройствам, потребляющим электрическую энергию, и использовалась ими эффективно в разных рабочих ситуациях.
В публикации WO 02/072418 предложено устройство с гребным винтом CRP, в котором один гребной винт приводится основным двигателем, и другой гребной винт приводится электрическим двигателем. Валы первого и второго гребных винтов являются соосными, и вал первого гребного винта расположен внутри полого вала второго гребного винта. Основной двигатель приводит первый гребной винт, присоединенный к валу основного двигателя, и генератор, присоединенный к валу основного двигателя, подает электрическую энергию к двигателю, который приводит второй гребной винт. Кроме того, существуют другие двигатели, которые вращают генераторы, которые подают энергию к двигателю.
В публикации DE 3207398 описано устройство CRP, в котором основной двигатель вращается на гребном винте, который установлен на опоре в корпусе корабля, и другой гребной винт присоединен к рулевому агрегату. Другой гребной винт вращается двигателем, который питается от генератора, приводимого основным двигателем. Двигатель присоединен к генератору непосредственно или через преобразователь частоты. В качестве альтернативы, двигатель питается через основную распределительную панель от другого генератора, приводимого другим основным двигателем.
КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Целью изобретения является создание нового и рентабельного устройства для обеспечения электрической энергии на корабле или морском судне. Это устройство согласно изобретению отличается признаками п.1 формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления изобретения определены в зависимых пунктах формулы изобретения.
Устройство для подачи движительной энергии к движительной системе с противоположно вращающимися гребными винтами (CRP) в морском судне содержит первый гребной винт, приводимый вращающимся силовым агрегатом, и второй гребной винт, приводимый двигателем переменного тока, посредством чего второй гребной винт вращается в направлении, противоположном первому гребному винту, причем генератор переменного тока приводится вращающимся силовым агрегатом, и генератор переменного тока электрически присоединен к двигателю переменного тока. Скорость вращения второго гребного винта находится между 95% и 150% от скорости вращения первого гребного винта, двигатель переменного тока и генератор переменного тока имеют одинаковую электрическую частоту, количество полюсов генератора переменного тока составляет от 2 до 40, количество полюсов двигателя переменного тока составляет от 2 до 40, так что отношение количества полюсов двигателя переменного тока и генератора переменного тока составляет от 0,05 до 20. Величина количества полюсов является четным числом.
Согласно одному предпочтительному варианту осуществления изобретения диаметр второго гребного винта меньше, чем диаметр первого гребного винта.
Согласно одному предпочтительному варианту осуществления изобретения расстояние между первым гребным винтом и вторым гребным винтом меньше, чем два диаметра первого гребного винта.
Согласно одному предпочтительному варианту осуществления изобретения отношение мощности первого гребного винта и второго гребного винта лежит в диапазоне между 50:50 и 80:20.
Согласно одному предпочтительному варианту осуществления изобретения двигатель переменного тока питается вторым источником электрической энергии, который электрически соединен параллельно к генератору переменного тока.
Согласно одному предпочтительному варианту осуществления изобретения генератор переменного тока подает электрическую энергию ко второму электрическому потребителю, который электрически присоединен к генератору переменного тока.
Согласно одному предпочтительному варианту осуществления изобретения второй источник энергии содержит преобразователь частоты, и тем, что второй источник энергии электрически присоединен через переключатель к двигателю переменного тока.
Согласно одному предпочтительному варианту осуществления изобретения второй источник энергии выполнен с возможностью переключения к двигателю переменного тока и/или к генератору переменного тока при изменении распределения энергии между первым гребным винтом и вторым гребным винтом.
Согласно одному предпочтительному варианту осуществления изобретения электрическое силовое соединение между двигателем переменного тока и генератором переменного тока содержит линейный выключатель, при этом генератор переменного тока и второй источник энергии альтернативно подключаются к двигателю переменного тока при маневрировании судна.
При использовании устройства согласно изобретению обеспечивается больше свободы общего устройства корабля и конструкции корпуса по сравнению, например, с механическим движителем. Генераторы электрической энергии могут быть расположены более преимущественным образом, и посредством этого улучшается гидродинамическая эффективность судна.
Энергия вырабатывается наиболее эффективным образом в разных рабочих ситуациях и удовлетворяет изменяющимся потребностям судна в энергии. Посредством этого электрические потери морского судна также сводятся к минимуму по сравнению с обычными электрическими движительными системами.
Устройство согласно изобретению позволяет чувствительно конфигурировать установки по выработке энергии и двигатели с использованием первичного источника энергии согласно потребностям судна. Это дает свободу выбора наиболее подходящей из множества конфигураций энергетической установки и, таким образом, обеспечивает энергоэффективную работу корабля.
Вырабатывающие энергию машины, такие как дизельные двигатели и двигатели, образующие движущую силу, такие как электродвигатели, или дизель, приводящий основной гребной винт, распределены по судну, и они могут быть соединены и рассоединены. Посредством этого может быть увеличено резервирование движительных агрегатов и их элементов.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Теперь изобретение будет описано более подробно со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
- на Фиг.1 показан первый предпочтительный вариант осуществления изобретения,
- на Фиг.2 показан второй предпочтительный вариант осуществления изобретения,
- на Фиг.3 показан режим работы второго предпочтительного варианта осуществления изобретения,
- на Фиг.4 показан второй режим работы второго предпочтительного варианта осуществления изобретения,
- на Фиг.5 показан третий режим работы второго предпочтительного варианта осуществления изобретения,
- на Фиг.6 показан четвертый режим работы второго предпочтительного варианта осуществления изобретения,
- на Фиг.7 показан пятый режим работы второго варианта осуществления изобретения,
- на Фиг.8 показан второй предпочтительный вариант осуществления изобретения, и
- на Фиг.9 показан третий предпочтительный вариант осуществления изобретения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
НАСТОЯЩЕГО ИЗОБРЕТЕНИЯ
На Фиг.1 показана схематичная диаграмма второго варианта осуществления изобретения. Основной вращающийся силовой агрегат 2, который представляет собой, например, двухтактный дизельный двигатель, приводит движительный генератор 4 переменного тока, ротор которого прикреплен к одному выходному валу вращающегося силового агрегата 2. Основной гребной винт 6 судна прикреплен к другому выходному валу 10 вращающегося силового агрегата 2. Несмотря на то, что генератор 4 переменного тока и гребной винт 6 находятся на противоположных сторонах вращающегося силового агрегата 2 в варианте осуществления, показанном на Фиг.1, генератор может также быть на той же стороне вращающегося силового агрегата 2, что и гребной винт 6. Напротив основного гребного винта 6 расположен второй гребной винт 12, который приводится двигателем 8 переменного тока. Основной или передний гребной винт 6 установлен с помощью подшипника в корпус судна. Второй или задний гребной винт 12 прикреплен двигателем 8 переменного тока к корпусу судна или к рулевому устройству судна. Передний гребной винт 6 и задний гребной винт 12 выполнены с возможностью работы в режиме противоположно вращающегося гребного винта (CRP), который хорошо известен специалистам в данной области техники. Генератор 4 переменного тока присоединен к двигателю 8 переменного тока посредством электрического силового соединения 14. Двигатель 8 переменного тока и генератор 4 переменного тока имеют одинаковую частоту. Их скорость вращения, также как скорость вращения заднего и переднего гребных винтов, зависит от частоты.
Мощность PME вращающегося силового агрегата 2 составляет несколько дюжин МВт, как например, 60-100 МВт или более, в зависимости от потребности в тяговой мощности морского судна. Мощность PG генератора 4 переменного тока и мощность PM двигателя 8 переменного тока лежат в диапазоне 20-50% от PME. Таким образом, отношение мощности переднего и заднего гребных винтов изменяется от 50:50 до 20:80. Количество полюсов генератора 4 переменного тока и количество полюсов двигателя 8 переменного тока имеют величины, которые выбираются для обеспечения оптимального движительного эффекта в установке CRP. Скорость вращения второго гребного винта лежит между 95% и 150% от скорости вращения первого гребного винта. Количество полюсов генератора 4 переменного тока может от 2 до 40, и количество полюсов двигателя 8 переменного тока может составлять от 2 до 40, посредством чего величина количества полюсов является четным числом. Отношение количеств полюсов двигателя переменного тока и генератора переменного тока составляет от 0,05 до 20.
Величины определяются для каждого отдельного случая при выборе размеров всего привода CRP, и на это влияет несколько факторов. Могут быть зубчатые передачи между вращающимся силовым агрегатом и генератором переменного тока, зубчатые передачи между передним гребным винтом и вращающимся силовым агрегатом, и зубчатые передачи между задним гребным винтом и двигателем переменного тока. Пропорции диаметра гребных винтов и расстояния между гребными винтами также влияют на требуемое отношение скоростей вращения заднего и переднего гребных винтов. Посредством выбора количества полюсов генератора переменного тока и количества полюсов двигателя переменного тока достигается требуемое отношение скорости вращения заднего и переднего гребных винтов, поскольку взаимная скорость двигателей переменного тока и генератора переменного тока определяется их количествами полюсов.
В качестве примера: скорость вращения вращающегося силового агрегата составляет 100 об/мин, и генератор переменного тока и передний гребной винт непосредственно присоединены к валу вращающегося силового агрегата. Требуется, чтобы скорость вращения заднего гребного винта, который непосредственно присоединен к валу двигателя переменного тока, была 120 об/мин. Тогда посредством выбора количества полюсов, равного 12, для генератора переменного тока и количества полюсов, равного 10, для двигателя переменного тока, будет достигнуто требуемое отношение скоростей вращения гребных винтов, поскольку генератор переменного тока и двигатель переменного тока непосредственно соединены электрическим силовым соединением и имеют одинаковую частоту.
В качестве другого примера: скорость вращения вращающегося силового агрегата составляет 100 об/мин, и передний гребной винт непосредственно присоединен к валу вращающегося силового агрегата. Генератор переменного тока присоединен через коробку передач к валу вращающегося силового агрегата. Передаточное число зубчатой передачи равно 3, и скорость вращения генератора переменного тока равна 300 об/мин. Требуется, чтобы скорость вращения заднего гребного винта, который непосредственно присоединен к валу двигателя переменного тока, была 120 об/мин. Тогда посредством выбора количества полюсов, равного 4 для генератора переменного тока и количества полюсов, равного 10 для двигателя переменного тока, будет достигнуто требуемое отношение скоростей вращения гребных винтов, поскольку генератор переменного тока и двигатель переменного тока непосредственно соединены электрическим силовым соединением и имеют одинаковую частоту.
На Фиг.2 показана схематичная диаграмма второго варианта осуществления изобретения. Основной вращающийся силовой агрегат 40, который представляет собой, например, двухтактный дизельный двигатель, приводит движительный генератор 4 переменного тока, ротор которого прикреплен к одному выходному валу вращающегося силового агрегата 40. Основной гребной винт 44 судна прикреплен к другому выходному валу 46 вращающегося силового агрегата 40. Несмотря на то, что генератор 42 и гребной винт 44 находятся на противоположных сторонах вращающегося силового агрегата 40 в варианте осуществления, показанном на Фиг.2, генератор может также быть на той же стороне вращающегося силового агрегата 40, что и гребной винт 44. Напротив основного гребного винта 44 расположен второй гребной винт 48, который приводится двигателем 50 переменного тока. Основной или передний гребной винт 44 установлен с помощью подшипника в корпус судна. Второй или задний гребной винт 48 прикреплен двигателем 50 переменного тока к корпусу судна или к рулевому устройству судна. Передний гребной винт 44 и задний гребной винт 48 выполнены с возможностью работы в режиме противоположно вращающегося гребного винта (CRP), который хорошо известен специалистам в данной области техники. Движительный генератор 42 переменного тока присоединен к двигателю 50 переменного тока посредством электрического силового соединения 52. На электрическом силовом соединении 52 расположен выключатель 54, посредством которого соединение между двигателем 50 переменного тока и движительным генератором 4 переменного тока может быть включено и выключено. Когда выключатель 54 включен, двигатель 50 переменного тока и движительный генератор 4 переменного тока имеют одинаковую частоту. Их скорость вращения, также как скорость вращения заднего и переднего гребных винтов, зависит от частоты.
Два вспомогательных вращающихся силовых агрегата 56 и 58 присоединены к двум генераторам 60 и 62, которые через электрические силовые соединения присоединены к основной распределительной панели или основной шине 64 корабля. Распределительная панель 64 присоединена к электрическим распределительным магистралям судна, и генераторы 60 и 62 подают электрическую энергию к потребителям. Вспомогательные вращающиеся силовые агрегаты 56 и 58 представляют собой четырехтактные дизельные двигатели, имеющие меньшую мощность, чем вращающийся силовой агрегат 40. Вспомогательные вращающиеся силовые агрегаты 56 и 58 могут быть расположены в подходящем пространстве в корпусе судна и их не обязательно располагать рядом с гребными винтами 44 или 48 судна или рядом с другими потребителями электрической энергии. Преобразователь 66 частоты присоединен между основной распределительной панелью 64 и местом 68 соединения электрического силового соединения 52 с электрическим силовым соединением 70 и с электрическим силовым соединением 72, соответственно. Предусмотрены второй выключатель 74 между основной распределительной панелью 64 и преобразователем 66 частоты и третий выключатель 76 между преобразователем 66 частоты и местом 68 соединения.
Движительная система, показанная на Фиг.2, может быть приведена в действие и управляема различными способами в зависимости от режима работы. Со ссылкой на Фиг.3-6 будут уточнены некоторые режимы работы. При возможности, на Фиг.3-7 будут использованы такие же ссылочные обозначения, как на Фиг.2.
На Фиг.3 показан второй вариант осуществления изобретения в режиме маневрирования, в котором движительная энергия вырабатывается вспомогательными вращающимися силовыми агрегатами 56 и 58, тогда как основной вращающийся силовой агрегат не работает. Движительная энергия вырабатывается задним гребным винтом 48, как проиллюстрировано стрелкой 82, и передний гребной винт остается неподвижным. Таким образом, генератор 42 переменного тока не вырабатывает электрическую энергию, и выключатель 54 выключен. Выключатели 74 и 76 включены, и электрическая энергия подается к двигателю 50 переменного тока через преобразователь 66 частоты и через основную распределительную панель от генераторов 60 и 62. Поток электрической энергии проиллюстрирован стрелками 80. Мощность и частота электрической энергии, подаваемой к двигателю 50 переменного тока, управляются преобразователем 66 частоты. Движительная энергия заднего гребного винта ограничена производительностью генераторов 60 и 62 переменного тока и, на практике, производительностью преобразователя 66 частоты.
На Фиг.4 показан второй вариант осуществления изобретения в первом пусковом режиме, в котором движительная энергия вырабатывается вспомогательными вращающимися силовыми агрегатами 56 и 58 и основным вращающимся силовым агрегатом 40. Задний гребной винт 48 и передний гребной винт 44 работают в режиме CRP, как проиллюстрировано стрелками 82 и 84. Несмотря на то, что основной вращающийся силовой агрегат работает, генератор 42 переменного тока не вырабатывает электрическую энергию, и силовой выключатель 54 выключен. Выключатели 74 и 76 включены, и электрическая энергия подается к двигателю 50 переменного тока через преобразователь 66 частоты и через основную распределительную панель от генераторов 60 и 62. Поток электрической энергии проиллюстрирован стрелками 80. Мощность и частота электрической энергии, подаваемой к двигателю 50 переменного тока, управляются преобразователем 66 частоты. В этом режиме скорость заднего гребного винта 48 может быть управляемой независимо от скорости переднего гребного винта 44. Основной вращающийся силовой агрегат работает на уровне пониженной мощности, например, на 25% от его номинальной мощности, и движительная энергия переднего гребного винта составляет около 25% от его полной мощности. Движительная энергия заднего гребного винта ограничена производительностью генераторов 60 и 62 переменного тока, и, на практике, производительностью преобразователя 66 частоты.
На Фиг.5 показан второй вариант осуществления изобретения во втором пусковом режиме, в котором движительная энергия вырабатывается вспомогательными вращающимися силовыми агрегатами 56 и 58 и основным вращающимся силовым агрегатом 40. Двигатель переменного тока питается как от генераторов 60 и 62 переменного тока через преобразователь 66 частоты, так и от генератора 42 переменного тока через электрическое силовое соединение 52. Задний гребной винт 48 и передний гребной винт 44 работают в режиме CRP, как проиллюстрировано стрелками 82 и 84. Основной вращающийся силовой агрегат работает, и генератор 42 переменного тока вырабатывает электрическую энергию, и силовой выключатель 54 включен. Выключатели 74 и 76 включены, и электрическая энергия подается к двигателю 50 переменного тока через преобразователь 66 частоты и через основную распределительную панель от генераторов 60 и 62. Поток электрической энергии от генераторов 60 и 62 переменного тока проиллюстрирован стрелками 80, поток электрической энергии от генератора 42 переменного тока проиллюстрирован стрелкой 86, и поток электрической энергии к двигателю 50 переменного тока проиллюстрирован стрелкой 88. Мощность и частота электрической энергии, подаваемой к двигателю 50 переменного тока, управляются преобразователем 66 частоты. В этом режиме подача энергии к двигателю 50 переменного тока постепенно переходит от генераторов 60 и 62 переменного тока к генератору 42 переменного тока посредством регулировки выходной мощности генератора 42 переменного тока и управления преобразователем частоты, соответственно. Основной вращающийся силовой агрегат работает на уровне пониженной мощности, такой как 25% от его номинальной мощности, и движительная энергия переднего гребного винта составляет около 25% от его полной мощности для удерживания уровней движительной энергии заднего и переднего гребных винтов в допустимых пределах. Движительная энергия заднего гребного винта ограничена производительностью генераторов 60 и 62 переменного тока, и, на практике, производительностью преобразователя 66 частоты, и правильная работа CRP требует, чтобы движительные энергии переднего и заднего гребных винтов находились в правильном отношении, предпочтительно, между 20:80 и 50:50.
На Фиг.6 показан второй вариант осуществления изобретения в третьем пусковом режиме, в котором движительная энергия вырабатывается основным вращающимся силовым агрегатом 40. Он также является примером продвижения на полной скорости и на полной мощности, при котором оба гребных винта работают от энергии основного вращающегося силового агрегата 40 и генератора 42 переменного тока, непосредственно присоединенного к двигателю 50 переменного тока. Выключатель 54 включен, тогда как выключатели 74 и 76 выключены, и двигатель 50 переменного тока полностью питается от генератора 42 переменного тока через электрическое силовое соединение 52. Задний гребной винт 48 и передний гребной винт 44 работают в режиме CRP, как проиллюстрировано стрелками 82 и 84. Поток электрической энергии к двигателю 50 переменного тока проиллюстрирован стрелками 90. Во время третьего пускового режима мощность основного вращающегося силового агрегата увеличивается от пониженного уровня, такого как 25%, до его номинальной мощности. Для того, чтобы иметь эффективную работу CRP, движительные энергии переднего и заднего гребных винтов находятся в правильном отношении, предпочтительно, между 20:80 и 50:50. Поскольку генератор 42 переменного тока непосредственно присоединен к двигателю 50 переменного тока через электрическое силовое соединение 52, генератор 42 переменного тока и двигатель переменного тока имеют одинаковую частоту. Когда они оба представляют собой синхронные машины, их скорости вращения отличаются друг от друга на основании количеств полюсов машин. Соответственно, скорости вращения заднего и переднего гребных винтов отличаются таким же образом, поскольку они прикреплены к валам машин.
На Фиг.7 показан второй вариант осуществления изобретения в четвертом режиме, в котором движительная энергия вырабатывается основным вращающимся силовым агрегатом 40. Основной вращающийся силовой агрегат 40 работает на полной мощности, и генератор 42 переменного тока непосредственно присоединен к двигателю 50 переменного тока. Выключатель 54 включен, и выключатели 74 и 76 также включены, и преобразователь 66 частоты соединен между основной распределительной панелью 64 и местом 68 соединения линии 52. Двигатель 50 переменного тока полностью питается от генератора 42 переменного тока через электрическое силовое соединение 52. Кроме того, генератор 42 переменного тока также подает энергию к основной распределительной панели 64, согласно управлению посредством преобразователя 66 частоты. Поток электрической энергии к двигателю 50 переменного тока проиллюстрирован стрелкой 94, поток электрической энергии от генератора 42 переменного тока проиллюстрирован стрелками 92, и поток электрической энергии к основной распределительной панели 64 проиллюстрирован стрелками 96. Движительная энергия уменьшена на величину, которая подается к основной распределительной панели 64. В других отношениях CRP работает, как объяснено для Фиг.6.
На Фиг.8 показана схематичная диаграмма третьего варианта осуществления изобретения. Основной вращающийся силовой агрегат 2, который представляет собой, например, двухтактный дизельный двигатель, приводит движительный генератор 4 переменного тока через зубчатую передачу 20, которая присоединена к первому выходному валу 22 вращающегося силового агрегата 2. Вторая зубчатая передача 24 присоединена к второму выходному валу 26 вращающегося силового агрегата 2. Гребной винт 6 присоединен к вторичному валу 28 зубчатой передачи 24. Напротив основного гребного винта 6 расположен второй гребной винт 12, который приводится двигателем 8 переменного тока. Основной или передний гребной винт 6 установлен с помощью подшипника в корпус судна. Второй или задний гребной винт 12 прикреплен двигателем 8 переменного тока к корпусу судна или к рулевому устройству судна. Передний гребной винт 6 и задний гребной винт 12 выполнены с возможностью работы в режиме противоположно вращающегося гребного винта (CRP), который хорошо известен специалистам в данной области техники. Генератор 4 переменного тока присоединен к двигателю 8 переменного тока электрическим силовым соединением 14. Двигатель 8 переменного тока и генератор 4 переменного тока имеют одинаковую частоту. Количества полюсов генератора 4 переменного тока и двигателя 8 переменного тока определены так, чтобы скорость вращения второго гребного винта 12 находилась между 95% и 150% от скорости вращения первого гребного винта 6.
На Фиг.9 показана схематичная диаграмма четвертого варианта осуществления изобретения. Основной вращающийся силовой агрегат 2, который представляет собой, например, двухтактный дизельный двигатель, приводит первый гребной винт 6, присоединенный к его выходному валу 10. Другой вращающийся силовой агрегат 30 вращает генератор 32 переменного тока, который присоединен к выходному валу 33 вращающегося силового агрегата 30. Вращающийся силовой агрегат 30 может быть выполнен отдельно от основного вращающегося силового агрегата 2 или он может представлять собой турбокомпрессор, использующий выхлопные газы основного вращающегося силового агрегата. Напротив основного гребного винта 6 расположен второй гребной винт 12, который приводится двигателем 8 переменного тока. Основной или передний гребной винт 6 установлен с помощью подшипника в корпус судна. Второй или задний гребной винт 12 прикреплен двигателем 8 переменного тока к корпусу судна или к рулевому устройству судна. Передний гребной винт 6 и задний гребной винт 12 выполнены с возможностью работы в режиме противоположно вращающегося гребного винта (CRP), который хорошо известен специалистам в данной области техники. Генератор 4 переменного тока присоединен к двигателю 8 переменного тока электрическим силовым соединением 34. Двигатель 8 переменного тока и генератор 4 переменного тока имеют одинаковую частоту. Количества полюсов генератора 4 переменного тока и двигателя 8 переменного тока и скорости вращения основного вращающегося силового агрегата 2 и другого вращающегося силового агрегата 30 определены так, чтобы скорость вращения второго гребного винта 12 находилась между 95% и 150% от скорости вращения первого гребного винта 6.
Устройство согласно изобретению может иметь множество вариантов выполнения. Некоторые из них, таким образом, упомянуты в качестве примеров. Двигатель переменного тока и/или генератор переменного тока имеют одну или более независимых обмоток, которые могут быть использованы так, как известно в данной области техники. Двигатель переменного тока и генератор переменного тока и электрические силовые соединения содержат три или более электрических фаз.
Первый гребной винт и второй гребной винт совмещены соосно в устройстве CRP. Гребные винты также могут быть немного сдвинуты так, чтобы они не лежали точно на одной и той же линии, или чтобы они были немного наклонены.
Генератор переменного тока может содержать один или более отдельных генераторов. Если достаточно большой генератор недоступен, возможно использовать два или более генераторов, соединенных параллельно и приводимых во вращение вращающимся силовым агрегатом. Генераторы могут быть присоединены и отсоединены в зависимости от потребности в энергии.
Возможно, что генератор переменного тока приводится только тем же источником вращательной энергии, что и первый гребной винт. Также возможно разделять основной вращающийся силовой агрегат на меньшие агрегаты, посредством чего один из них вращает первый гребной винт, а другой вращает генератор переменного тока, присоединенный к двигателю переменного тока второго гребного винта. Меньшие вращающиеся силовые агрегаты могут быть расположены более свободно на судне, или пространство будет использовано более оптимально. Меньший силовой агрегат может представлять собой газовую турбину, посредством чего возможно регулировать отношение скоростей вращения гребных винтов.
Второй гребной винт может быть прикреплен к корпусу или к рулю судна. Второй гребной винт может быть гребным винтом гондольного типа. Он также может быть азимутального типа, который может быть использован для рулевого управления судном.
Различные типы машин переменного тока возможны как для двигателя переменного тока, так и для генератора переменного тока. Машины переменного тока могут быть индукционными или синхронными машинами. Синхронные машины могут быть возбуждены электрическими магнитами или постоянными магнитами.
Когда используется индукционный двигатель, проскальзывание двигателя индукционного типа изменяется, когда регулируется возбуждение генератора синхронного типа. Таким образом, может быть слегка отрегулирована мощность по отношению к скорости. В случае, когда генератор представляет собой генератор индукционного типа с контактными кольцами, в котором цепь ротора включает в себя резисторы с внешним управлением или преобразователь частоты, позволяющий управлять относительной скоростью ротора и статора, возможно дополнительно регулировать проскальзывание генератора. Посредством этого способа проскальзывание может быть отрегулировано приблизительно на ± 20%. Тогда этот генератор может приводить индукционный или синхронный двигатель с регулируемой частотой. Посредством этих двух способов нагрузка вращающегося силового агрегата может быть отрегулирована, чтобы быть более оптимальной, например, для потребления топлива вращающегося силового агрегата.
Как первый гребной винт, так и второй гребной винт могут иметь неизменный шаг или управляемый шаг.

Claims (14)

1. Устройство для подачи движительной энергии к движительной системе с противоположно вращающимися гребными винтами (CRP) в морском судне, причем устройство содержит первый гребной винт (6), приводимый вращающимся силовым агрегатом (2), и второй гребной винт (12), приводимый двигателем (8) переменного тока, посредством чего второй гребной винт (12) вращается в направлении, противоположном первому гребному винту (6), при этом генератор (4) переменного тока приводится вращающимся силовым агрегатом (2), и генератор (4) переменного тока электрически соединен с двигателем (8) переменного тока, отличающееся тем, что скорость вращения второго гребного винта (12) составляет между 95-150% от скорости вращения первого гребного винта (6), тем, что двигатель (8) переменного тока и генератор (4) переменного тока имеют одинаковую электрическую частоту, и тем, что количество полюсов генератора (4) переменного тока составляет от 2 до 40, и количество полюсов двигателя (8) переменного тока составляет от 2 до 40, так что отношение количества полюсов двигателя (8) переменного тока и генератора (4) переменного тока составляет от 0,05 до 20.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что диаметр второго гребного винта (12) меньше, чем диаметр первого гребного винта (6).
3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что расстояние между первым гребным винтом (6) и вторым гребным винтом (12) меньше, чем два диаметра первого гребного винта (6).
4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что отношение мощности первого гребного винта (6) и второго гребного винта (12) лежит в диапазоне между 50:50 и 80:20.
5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что двигатель (50) переменного тока питается вторым источником (66) электрической энергии, который электрически соединен параллельно с генератором (42) переменного тока.
6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что генератор (42) переменного тока подает электрическую энергию ко второму электрическому потребителю (64), который электрически соединен с генератором (42) переменного тока.
7. Устройство по п.5, отличающееся тем, что второй источник энергии содержит преобразователь (66) частоты, и тем, что второй источник энергии электрически соединен через переключатель (76) с двигателем (50) переменного тока.
8. Устройство по п.5, отличающееся тем, что второй источник энергии выполнен с возможностью переключения к двигателю (50) переменного тока и/или к генератору (42) переменного тока при изменении распределения энергии между первым гребным винтом (44) и вторым гребным винтом (48).
9. Устройство по п.5, отличающееся тем, что электрическое силовое соединение между двигателем (50) переменного тока и генератором (42) переменного тока содержит линейный выключатель (54), и тем, что генератор (42) переменного тока и второй источник (66) энергии альтернативно подключаются к двигателю (50) переменного тока, при маневрировании судна.
10. Устройство по п.1, отличающееся тем, что двигатель переменного тока и/или генератор переменного тока имеют одну или более независимых катушек.
11. Устройство по п.1, отличающееся тем, что генератор переменного тока содержит один или более независимых генераторов.
12. Устройство по п.1, отличающееся тем, что между первым гребным винтом (6) и вращающимся силовым агрегатом (2), приводящим первый гребной винт, имеется одна или более механических зубчатых передач (24).
13. Устройство по п.1, отличающееся тем, что между генератором (4) переменного тока и вращающимся силовым агрегатом (2), приводящим генератор переменного тока, имеется одна или более механических зубчатых передач (20), и/или агрегат зубчатой передачи расположен между вторым гребным винтом и двигателем переменного тока.
14. Устройство по п.1, отличающееся тем, что второй гребной винт относится к азимутальному типу.
RU2013135710/11A 2010-12-31 2012-01-02 Движительная система RU2544268C2 (ru)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP10197480.6 2010-12-31
EP10197480 2010-12-31
PCT/EP2012/050022 WO2012089846A1 (en) 2010-12-31 2012-01-02 Propulsion system

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2013135710A RU2013135710A (ru) 2015-02-10
RU2544268C2 true RU2544268C2 (ru) 2015-03-20

Family

ID=45554627

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013135710/11A RU2544268C2 (ru) 2010-12-31 2012-01-02 Движительная система

Country Status (10)

Country Link
US (1) US20130336818A1 (ru)
EP (1) EP2658773B1 (ru)
JP (1) JP2014505621A (ru)
KR (1) KR20140004117A (ru)
CN (1) CN103402867B (ru)
AU (1) AU2012203988A1 (ru)
BR (1) BR112013017020A2 (ru)
CA (1) CA2823489A1 (ru)
RU (1) RU2544268C2 (ru)
WO (1) WO2012089846A1 (ru)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6289332B2 (ja) * 2014-09-30 2018-03-07 三菱重工業株式会社 船舶推進システムおよびこれを有する船舶
US11105259B2 (en) 2015-02-03 2021-08-31 Williams International Co., L.L.C. Turbo-electric turbo-compounding method
US11105258B2 (en) 2015-02-03 2021-08-31 Williams International Co., L.L.C. Turbo-electric turbo-compounding system
CN107208537B (zh) 2015-02-03 2020-10-23 威廉国际有限责任公司 涡轮电力涡轮复合***
JP6539896B2 (ja) 2015-02-20 2019-07-10 三菱造船株式会社 船舶推進システム、船舶及び船舶推進方法
DE102017213414A1 (de) * 2017-08-02 2019-02-07 Siemens Aktiengesellschaft Aktivrudernachrüstung
CN113382923B (zh) * 2018-12-14 2024-04-19 Abb瑞士股份有限公司 驱动布置、摆线船用推进单元和操作驱动布置的方法
US20230234687A1 (en) * 2022-01-24 2023-07-27 GE Energy Power Conversion France Counter rotating propeller pod electrical arrangement

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CH87327A (de) * 1918-07-04 1920-11-16 Bbc Brown Boveri & Cie Elektrischer Schiffsschraubenantrieb.
DE3207398A1 (de) * 1982-03-02 1983-09-22 Licentia Patent-Verwaltungs-Gmbh, 6000 Frankfurt Schiffspropulsionsanlage mit einem haupt- und einem zusatzpropeller
RU2342282C2 (ru) * 2003-04-11 2008-12-27 Абб Ой Способ и устройство для управления судном
EP2236409A2 (en) * 2009-04-02 2010-10-06 Dai-Ichi Electric Co., Ltd. Electric propulsion system for ships

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4213057A (en) * 1978-05-08 1980-07-15 Endel Are Wind energy conversion device
JPH07121717B2 (ja) * 1992-08-07 1995-12-25 川崎重工業株式会社 舶用二重反転プロペラ
DE4340747C1 (de) * 1993-11-30 1995-04-27 Nord Systemtechnik Schiffspropulsionsanlage mit zwei gegenläufig rotierenden Propellern
CN2184654Y (zh) * 1994-03-11 1994-12-07 肖鑫生 360°全回转双互反转螺旋桨挂桨机
DE19514878C2 (de) * 1995-04-22 1997-07-10 Blohm Voss Ag Propellerantrieb für Wasserfahrzeuge
JP3557453B2 (ja) * 1995-10-18 2004-08-25 ヤマハマリン株式会社 二重反転プロペラ装置
DE10111910A1 (de) 2001-03-13 2002-09-19 Man B&W Diesel A/S, Copenhagen Sv Hybride dieselmechanische und -elektrische Antriebsanlage für einen sicheren und anpassungsfähigen Schiffsbetrieb
JP4301748B2 (ja) * 2001-06-29 2009-07-22 三菱重工業株式会社 船舶の推進装置
FR2842783B1 (fr) * 2002-07-25 2005-03-11 Alstom Methanier equipe d'une helice de propulsion
NO318223B1 (no) * 2003-09-02 2005-02-21 Norpropeller As Drivsystem for skip
FI20031416A (fi) * 2003-09-30 2005-03-31 Abb Oy Propulsiojärjestelmä
FI116972B (fi) * 2004-02-09 2006-04-28 Waertsilae Finland Oy Proomusovitelma, proomuyksikkö ja hinaajayksikkö
US8764397B1 (en) * 2007-01-16 2014-07-01 Michael Brian Wittig Method and system for stall-tolerant rotor
KR101287717B1 (ko) * 2007-06-01 2013-07-18 지멘스 악티엔게젤샤프트 선박 하이브리드 구동 시스템을 작동하기 위한 방법 및 장치
FR2922272A1 (fr) * 2007-10-11 2009-04-17 Frederic Carre Aerogenerateur a deux rotors successifs
JP5146878B2 (ja) * 2008-04-14 2013-02-20 西芝電機株式会社 船舶推進システム

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CH87327A (de) * 1918-07-04 1920-11-16 Bbc Brown Boveri & Cie Elektrischer Schiffsschraubenantrieb.
DE3207398A1 (de) * 1982-03-02 1983-09-22 Licentia Patent-Verwaltungs-Gmbh, 6000 Frankfurt Schiffspropulsionsanlage mit einem haupt- und einem zusatzpropeller
RU2342282C2 (ru) * 2003-04-11 2008-12-27 Абб Ой Способ и устройство для управления судном
EP2236409A2 (en) * 2009-04-02 2010-10-06 Dai-Ichi Electric Co., Ltd. Electric propulsion system for ships

Also Published As

Publication number Publication date
KR20140004117A (ko) 2014-01-10
US20130336818A1 (en) 2013-12-19
AU2012203988A1 (en) 2013-07-18
CA2823489A1 (en) 2012-07-05
BR112013017020A2 (pt) 2019-09-24
EP2658773B1 (en) 2016-10-05
RU2013135710A (ru) 2015-02-10
JP2014505621A (ja) 2014-03-06
WO2012089846A1 (en) 2012-07-05
CN103402867B (zh) 2018-09-21
EP2658773A1 (en) 2013-11-06
CN103402867A (zh) 2013-11-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2544268C2 (ru) Движительная система
RU2553530C2 (ru) Движительная система
US8299638B2 (en) Propulsion system for ships
CA2825560C (en) Arrangement for steering a ship and for supplying power to its propulsion system
EP3168968A1 (en) Variable gear ratio electrical machine
KR20080079620A (ko) 해상 추진 시스템 및 그 작동 방법
KR20140137677A (ko) 메인엔진 샤프트를 이용한 엔진 발전시스템
KR101363514B1 (ko) 선박용 추진 장치 및 이를 포함하는 선박
RU2655569C1 (ru) Комбинированная энергетическая установка судна
JP6298967B2 (ja) 電気推進船用周波数変換装置及び電気推進船
CN204871560U (zh) 磁耦合推进***
CN209506033U (zh) 圆盘电动螺旋桨
AU2012213481A1 (en) Arrangement for steering a ship and for supplying power to its propulsion system
CN105015752A (zh) 磁耦合推进***及其在船舶推进上的应用

Legal Events

Date Code Title Description
PC41 Official registration of the transfer of exclusive right

Effective date: 20180608