船舶主机与飞轮储能系统联合工作装置及其使用方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN109995182A(43)申请公布日2019.07.09(21)申请号201910359322.8(22)申请日2019.04.30(71)申请人大连海事大学地址116026辽宁省大连市高新园区凌海路1号(72)发明人李文华岳英杰张存有孙玉清张君彦张金男周性坤林珊颖韩凤翚刘雄雁(74)专利代理机构大连东方专利代理有限责任公司21212代理人王志强李洪福(51)Int.Cl.H02K7/02(2006.01)H02J3/30(2006.01)B63H23/02(2006.01)权利要求书2页说明书6页附图1页(54)发明名称船舶主机与飞轮储能系统联合工作装置及其使用方法(57)摘要本发明提供一种船舶主机与飞轮储能系统联合工作装置及其使用方法，包括：为船舶提供推进动力的主机系统、可储存能量的飞轮储能系统、配电系统和能量管理系统，船舶主机通过离合器传动连接有传动轴系，传动轴系前端设置有螺旋桨，传动轴系通过齿轮箱与轴带发电机连接，使传动轴系的旋转能够带动轴带发电机发电，或传动轴系在轴带发电机的驱动下旋转。本发明所述的船舶主机与飞轮储能系统联合工作装置及其使用方法，将飞轮储能系统应用于船舶，通过能量管理系统使飞轮储能装置与船舶主机联合工作，使主机可持续运转于低油耗工况，节省成本，并可维持船舶主机工作于较高负荷，有利于其运转以及减少有害排放，增加工作寿命，减少维修保养。CN109995182ACN109995182A权利要求书1/2页1.一种船舶主机与飞轮储能系统联合工作装置，其特征在于，包括：主机系统，包括船舶主机、离合器、传动轴系、螺旋桨、齿轮箱和轴带发电机，所述船舶主机通过离合器传动连接有传动轴系，所述传动轴系前端设置有螺旋桨，且所述螺旋桨在传动轴系的驱动下旋转，推动船舶前进，所述传动轴系通过齿轮箱与轴带发电机连接，使所述传动轴系的旋转能够通过齿轮箱带动所述轴带发电机发电，或所述传动轴系通过齿轮箱在所述轴带发电机的驱动下旋转；飞轮储能系统，包括飞轮、可逆式电动/发电机和真空室，所述飞轮和可逆式电动/发电机设于所述真空室，且所述可逆式电动/发电机用于驱动所述飞轮旋转蓄能或在飞轮的惯性旋转驱动下带动所述可逆式电动/发电机发电；配电系统，包括主配电板、第一电子电力元件和第二电子电力元件，所述主配电板通过第一电子电力元件连接有所述轴带发电机，且所述轴带发电机通过第一电子电力元件向所述主配电板输送电力，或所述轴带发电机在主配电板分配的电力驱动下旋转，并通过齿轮箱、传动轴系带动所述螺旋桨旋转工作；当船舶主机低负荷工况至指定值，所述轴带发电机发电，且将电力依次通过第一电子电力元件、主配电板和第二电子电力元件，传输至飞轮储能系统，驱动所述可逆式电动/发电机旋转，进而带动飞轮旋转蓄能；当船舶主机高负荷工况至指定值，或故障不工作时，所述飞轮惯性旋转带动所述可逆式电动/发电机发电，且将电力依次通过第二电子电力元件、主配电板和第一电子电力元件，传输至所述轴带发电机，驱动所述轴带发电机旋转，通过齿轮箱带动传动轴系及螺旋桨旋转。2.根据权利要求1所述的船舶主机与飞轮储能系统联合工作装置，其特征在于，所述真空室内设有旋转轴，所述旋转轴的前后两端分别设有第一轴承和第二轴承，所述飞轮和可逆式电动/发电机设于所述旋转轴上。3.根据权利要求1所述的船舶主机与飞轮储能系统联合工作装置，其特征在于，所述的飞轮为高强度复合材料制成的高速飞轮。4.根据权利要求1所述的船舶主机与飞轮储能系统联合工作装置，其特征在于，所述的可逆式电动/发电机采用直流永磁无刷同步电机。5.根据权利要求2所述的船舶主机与飞轮储能系统联合工作装置，其特征在于，所述第一轴承和第二轴承为磁悬浮轴承，且在所述旋转轴上设有机械保护轴承，用于磁悬浮轴承失效时支撑旋转轴。6.根据权利要求1所述的船舶主机与飞轮储能系统联合工作装置，其特征在于，所述第一电子电力元件和第二电子电力元件为具有双向变流功能的电力转换器。7.根据权利要求1所述的船舶主机与飞轮储能系统联合工作装置，其特征在于，所述飞轮储能系统还设有监测飞轮转速的监控仪表。8.一种上述权利要求1所述的船舶主机与飞轮储能系统联合工作装置的使用方法，其特征在于包括以下步骤：当船舶抛锚、等引水或进出港时，船舶主机处于低负荷、变负荷工况，此时，能量管理系统检测到船舶主机负荷低于一定值后，给飞轮储能系统发送信号，使飞轮储能系统工作于充电模式，此时可逆式电动/发电机以电动机方式运行，可逆式电动/发电机侧变流器驱动2CN109995182A权利要求书2/2页可逆式电动/发电机带动飞轮加速旋转，将处于发电机模式下的轴带发电机发出的电能转换为飞轮的动能，维持船舶主机在较高负荷下运行；当船舶主机处于高负