一种四机两轴船用柴燃并车传动系统论文和设计-纪宏志

全文摘要

本实用新型属于机械传动设备技术领域，具体涉及一种四机两轴船用柴燃并车传动系统，系统呈左右舷对称布置，其中左舷传动系统包括左舷螺旋桨、左舷柴油机、左舷液力偶合器、左舷高弹联轴器、左舷双速齿轮箱、左舷膜片联轴器、左舷并车齿轮箱、左舷同步自动离合器、左舷膜盘联轴器和左舷燃气轮机；右舷传动系统包括右舷燃气轮机、右舷膜盘联轴器、右舷同步自动离合器、右舷并车齿轮箱、右舷膜片联轴器、右舷双速齿轮箱、右舷高弹联轴器、右舷液力偶合器、右舷柴油机和右舷螺旋桨。该传动系统用于同时提高船舶动力系统的功率等级、经济性和主机的利用率。

主设计要求

1.一种四机两轴船用柴燃并车传动系统，其特征在于：所述并车传动系统呈左右舷对称布置，其中左舷传动系统包括左舷螺旋桨（1）、左舷柴油机（2）、左舷液力偶合器（3）、左舷高弹联轴器（4）、左舷双速齿轮箱（5）、左舷膜片联轴器（6）、左舷并车齿轮箱（7）、左舷同步自动离合器（8）、左舷膜盘联轴器（9）和左舷燃气轮机（10）；右舷传动系统包括右舷燃气轮机（11）、右舷膜盘联轴器（12）、右舷同步自动离合器（13）、右舷并车齿轮箱（14）、右舷膜片联轴器（15）、右舷双速齿轮箱（16）、右舷高弹联轴器（17）、右舷液力偶合器（18）、右舷柴油机（19）和右舷螺旋桨（20）；所述左舷传动系统的左舷燃气轮机（10）通过左舷膜盘联轴器（9）和左舷同步自动离合器（8）与左舷并车齿轮箱（7）的船艏侧输入端相联，所述左舷柴油机（2）通过左舷液力偶合器（3）、左舷高弹联轴器（4）与左舷双速齿轮箱（5）的输入端相联，所述左舷双速齿轮箱（5）的输出端通过左舷膜片联轴器（6）与左舷并车齿轮箱（7）的船艉侧输入端相联，所述左舷并车齿轮箱（7）的输出端与左舷螺旋桨（1）相联；所述右舷传动系统的联接方式与左舷传动系统相同。

设计方案

2.根据权利要求1所述的一种四机两轴船用柴燃并车传动系统，其特征在于：所述左舷燃气轮机（10）设置于左舷并车齿轮箱（7）的船艏侧；所述左舷柴油机（2）设置于左舷双速齿轮箱（5）的船艉侧；所述左舷并车齿轮箱（7）设置于左舷燃气轮机（10）和左舷双速齿轮箱（5）之间，所述左舷双速齿轮箱（5）设置于左舷并车齿轮箱（7）和左舷柴油机（2）之间。

3.根据权利要求2所述的一种四机两轴船用柴燃并车传动系统，其特征在于：所述左舷柴油机（2）、左舷液力偶合器（3）、左舷高弹联轴器（4）、左舷双速齿轮箱（5）、左舷膜片联轴器（6）、左舷同步自动离合器（8）、左舷膜盘联轴器（9）和左舷燃气轮机（10）设置于左舷螺旋桨（1）的内侧。

设计说明书

技术领域

本实用新型属于机械传动设备技术领域，具体涉及一种四机两轴船用柴燃并车传动系统。

背景技术

柴油机、蒸汽轮机、燃气轮机等主机广泛应用于各类水面船舶，基于三类主机构建的单一类型船用动力系统在功率密度、最大功率、经济性、操纵运转机动性等方面各具优缺点。当船舶的满载排水量指标达到3000～6000吨，续航里程要求在4000～6000海里之间的时候，单一类型主机构成的动力系统已经无法同时满足船舶对于航速、续航能力和机动性的最优化需求。为了解决上述难题，联合动力系统开始被广泛应用，柴燃联合是目前最主要的船用联合动力形式之一。该动力系统在大功率范围内保证了船舶航行时的经济性，降低了耗油率，增加了航程。

柴燃联合动力系统可分为两种主要类型，即柴燃联合交替工作(Combined dieselor gas turbine，CODOG)动力系统和柴燃联合并车工作 (Combined diesel and gasturbine，CODAG)动力系统。CODOG动力系统在巡航时采用柴油机作为原动机，加速时采用燃气轮机推进。CODAG动力系统在巡航时采用柴油机作为原动机，而在加速时采用燃气轮机和柴油机并车推进。CODAG相对于CODOG的优势在于其继承了CODOG巡航时柴油机的经济性，而且在高速时还能将柴油机并入动力系统，而不是让柴油机“闲置”，进一步增大了动力系统的功率等级和柴油机的利用率。

传动装置是联合动力系统中的关键设备，联合传动技术通常是与主机技术保持同步发展。与动力系统相对应地，柴燃联合传动技术也分为两大类，即柴燃交替传动和柴燃并车传动。其中，柴燃并车传动又可以根据传动装置所匹配主机和桨轴数量，分为三机两轴、四机两轴等多种传动形式。目前，我国已经具备了研制大功率船用柴油机和燃气轮机的能力，但尚不具备相应的柴燃联合传动装置设计能力，仅对三机两轴船用柴燃联合传动技术进行过原理性研究，尚未提出过功率等级更高、结构和控制策略均较为简单的四机两轴船用柴燃并车传动系统方案。

实用新型内容

实用新型的目的是提供一种四机两轴柴燃并车传动系统，用于同时提高船舶动力系统的功率等级、经济性和主机的利用率。该传动系统可用于船用柴油机和燃气轮机的并车传动，实现四台主机（两台柴油机、两台燃气轮机）和两根螺旋桨之间的扭矩传递和转速匹配。共有三种运行模式，分别为：两台柴油机驱动双桨运行、两台燃气轮机驱动双桨运行、两台柴油机和两台燃气轮机并车驱动双桨运行。

本实用新型采用的技术方案为：一种四机两轴船用柴燃并车传动系统，所述并车传动系统呈左右舷对称布置，其中左舷传动系统包括左舷螺旋桨、左舷柴油机、左舷液力偶合器、左舷高弹联轴器、左舷双速齿轮箱、左舷膜片联轴器、左舷并车齿轮箱、左舷同步自动离合器、左舷膜盘联轴器和左舷燃气轮机；右舷传动系统包括右舷燃气轮机、右舷膜盘联轴器、右舷同步自动离合器、右舷并车齿轮箱、右舷膜片联轴器、右舷双速齿轮箱、右舷高弹联轴器、右舷液力偶合器、右舷柴油机和右舷螺旋桨；所述左舷传动系统的左舷燃气轮机通过左舷膜盘联轴器和左舷同步自动离合器与左舷并车齿轮箱的船艏侧输入端相联，所述左舷柴油机通过左舷液力偶合器、左舷高弹联轴器与左舷双速齿轮箱的输入端相联，所述左舷双速齿轮箱的输出端通过左舷膜片联轴器与左舷并车齿轮箱的船艉侧输入端相联，所述左舷并车齿轮箱的输出端与左舷螺旋桨相联；所述右舷传动系统的联接方式与左舷传动系统相同。

进一步地，所述左舷燃气轮机设置于左舷并车齿轮箱的船艏侧；所述左舷柴油机设置于左舷双速齿轮箱的船艉侧；所述左舷并车齿轮箱设置于左舷燃气轮机和左舷双速齿轮箱之间，所述左舷双速齿轮箱设置于左舷并车齿轮箱和左舷柴油机之间。

进一步地，所述左舷柴油机、左舷液力偶合器、左舷高弹联轴器、左舷双速齿轮箱、左舷膜片联轴器、左舷同步自动离合器、左舷膜盘联轴器和左舷燃气轮机设置于左舷螺旋桨的内侧。

本实用新型的有益效果：提供了一种四机两轴柴燃并车传动系统方案，用于同时提高船舶动力系统的功率等级、经济性和主机的利用率。该传动系统可实现四台主机（两台柴油机、两台燃气轮机）和两根螺旋桨之间的扭矩传递和转速匹配，共有三种运行模式，即两台柴油机驱动双桨运行、两台燃气轮机驱动双桨运行、两台柴油机和两台燃气轮机并车驱动双桨运行。于低速工况下采用两台柴油机驱动双桨运行模式，以充分发挥柴油机巡航经济性好的特点；高速工况下采用两台燃气轮机驱动双桨运行模式，以充分发挥燃气轮机功率等级高的特点；全速工况下采用两台柴油机和两台燃气轮机并车驱动双桨运行模式，以提高整个船舶动力系统的最大功率等级和柴油机的利用率。于传动系统中配置了双速齿轮箱，能够保证柴油机在低速和全速工况下均以最佳效率运行，可进一步提升动力系统的经济性。通过双速齿轮箱、并车齿轮箱、同步自动离合器、液力偶合器等组件的联合应用，能够实现三种运行模式间的动态切换，可极大地提高船舶动力系统的机动性和灵活性。

附图说明：

图1为实施例一的结构示意图。

具体实施方式：

实施例一

参照图1，一种四机两轴船用柴燃并车传动系统，所述并车传动系统呈左右舷对称布置，其中左舷传动系统包括左舷螺旋桨1、左舷柴油机2、左舷液力偶合器3、左舷高弹联轴器4、左舷双速齿轮箱5、左舷膜片联轴器6、左舷并车齿轮箱7、左舷同步自动离合器8、左舷膜盘联轴器9和左舷燃气轮机10；右舷传动系统包括右舷燃气轮机11、右舷膜盘联轴器12、右舷同步自动离合器13、右舷并车齿轮箱14、右舷膜片联轴器15、右舷双速齿轮箱16、右舷高弹联轴器17、右舷液力偶合器18、右舷柴油机19和右舷螺旋桨20；所述左舷传动系统的左舷燃气轮机10通过左舷膜盘联轴器9和左舷同步自动离合器8与左舷并车齿轮箱7的船艏侧输入端相联，所述左舷柴油机2通过左舷液力偶合器3、左舷高弹联轴器4与左舷双速齿轮箱5的输入端相联，所述左舷双速齿轮箱5的输出端通过左舷膜片联轴器6与左舷并车齿轮箱7的船艉侧输入端相联，所述左舷并车齿轮箱7的输出端与左舷螺旋桨1相联；所述右舷传动系统的联接方式与左舷传动系统相同。

四机两轴柴燃并车传动系统，主要由齿轮箱、联轴器、离合器、液力偶合器等组件所组成，匹配的主机为两台柴油机和两台燃气轮机，负载为两根螺旋桨。整个传动系统呈左右舷对称布置。左舷包括左舷并车齿轮箱（双输入单输出）、左舷双速齿轮箱（单输入单输出）、膜盘联轴器、同步自动离合器、膜片联轴器、高弹联轴器、液力偶合器；右舷包括右舷并车齿轮箱（双输入单输出）、右舷双速齿轮箱（单输入单输出）、膜盘联轴器、同步自动离合器、膜片联轴器、高弹联轴器、液力偶合器。燃气轮机位于并车齿轮箱的船艏侧，柴油机位于双速齿轮箱的船艉侧，所有主机均布置在两根螺旋桨的内侧。并车齿轮箱位于燃气轮机和双速齿轮箱之间，双速齿轮箱位于并车齿轮箱和柴油机之间。左舷燃气轮机通过膜盘联轴器和同步自动离合器与左舷并车齿轮箱的船艏侧输入端相联，左舷柴油机通过液力偶合器、高弹联轴器与左舷双速齿轮箱的输入端相联，双速齿轮箱的输出端通过膜片联轴器与左舷并车齿轮箱的船艉侧输入端相联，左舷并车齿轮箱的输出端与左舷螺旋桨相联。右舷的联接方式与左舷相同。同步自动离合器布置在并车齿轮箱上，用于实现燃气轮机的接入和脱开；液力偶合器位于柴油机前端，用于实现柴油机的接入和脱开；双速齿轮箱具有脱开、高速接合、低速接合三个档位，分别适用于四机两轴柴燃并车传动系统的三种运行模式。

实施例二

整个四机两轴柴燃并车传动系统呈左右舷对称布置，以左舷柴油机、右舷柴油机、左舷燃气轮机、右舷燃气轮机为驱动主机，以左舷螺旋桨和右舷螺旋桨为负载。本传动系统能够实现两台柴油机驱动双桨运行、两台燃气轮机驱动双桨运行、两台柴油机和两台燃气轮机并车驱动双桨运行三种运行模式。四机两轴柴燃并车传动系统的运行模式调控方法为：

1）、两台柴油机驱动双桨运行模式

当两台柴油机驱动双螺旋桨运行时，两舷的液力偶合器处于接合状态，双速齿轮箱处于低速接合档位，同步自动离合器处于脱开状态，燃气轮机不启动。左舷柴油机通过左舷液力偶合器、左舷高弹联轴器、左舷双速齿轮箱、左舷膜片联轴器、左舷并车齿轮箱将功率传递至左舷螺旋桨，并实现机桨转速匹配。右舷柴油机通过右舷液力偶合器、右舷高弹联轴器、右舷双速齿轮箱、右舷膜片联轴器、右舷并车齿轮箱将功率传递至右舷螺旋桨，并实现机桨转速匹配。

2）、两台燃气轮机驱动双桨运行模式

当两台燃气轮机驱动双螺旋桨运行时，两舷的同步自动离合器将随着燃气轮机转速的上升而自动接合，液力偶合器处于脱开状态，双速齿轮箱处于脱开档位，柴油机不启动。左舷燃气轮机通过左舷膜盘联轴器、左舷同步自动离合器、左舷并车齿轮箱将功率传递至左舷螺旋桨，并实现机桨转速匹配。右舷燃气轮机通过右舷膜盘联轴器、右舷同步自动离合器、右舷并车齿轮箱将功率传递至右舷螺旋桨，并实现机桨转速匹配。

3）、两台柴油机和两台燃气轮机并车驱动双桨运行模式

当两台柴油机和两台燃气轮机并车驱动双螺旋桨运行时，两舷的液力偶合器处于接合状态，双速齿轮箱处于高速接合档位，同步自动离合器将随着燃气轮机转速的上升而自动接合。左右舷柴油机分别通过液力偶合器、高弹联轴器、双速齿轮箱、膜片联轴器将功率传递至并车齿轮箱；左右舷燃气轮机分别通过膜盘联轴器、同步自动离合器将功率传递至并车齿轮箱；柴油机功率和燃气轮机功率将在并车齿轮箱处汇流，再传递至左右舷螺旋桨，并实现两舷机桨转速匹配。

能够实现两台柴油机驱动双桨运行、两台燃气轮机驱动双桨运行、两台柴油机和两台燃气轮机并车驱动双桨运行三种运行模式。在低速工况下，两台柴油机通过双速齿轮箱的低速档位驱动双桨运行，可充分发挥柴油机巡航经济性好的特点。在高速工况下，两台燃气轮机通过并车齿轮箱驱动双桨运行，可充分发挥燃气轮机功率等级高的特点。在全速工况下，两台柴油机经双速齿轮箱的高速档变速与两台燃气轮机并车经并车齿轮箱共同驱动双桨运行，提高了整个船舶动力系统的最大功率等级和柴油机的利用率。通过在传动系统中配置双速齿轮箱，使得两台柴油机在低速和全速工况下均以最佳效率运行，可进一步提升动力系统的经济性。通过双速齿轮箱、并车齿轮箱、同步自动离合器、液力偶合器等组件的联合应用，能够实现三种运行模式间的动态切换，可极大地提高船舶动力系统的机动性和灵活性。

设计图

一种四机两轴船用柴燃并车传动系统论文和设计

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主设计要求

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