船舶气电混合动力系统电机匹配选型方法与流程

1.本发明涉及船舶气电混合动力系统技术领域，特别是涉及一种船舶气电混合动力系统电机选型方法。


背景技术：

2.节能环保日益增强，船舶能效法规日益严格。随着船舶能效设计指数标准(energy efficiency design index，eedi)第2、3阶段时间的逼近，船企面临着巨大的技术挑战。船舶混合动力技术成为解决技术挑战的方案之一，尤其是船舶气电混合动力技术采用清洁能源天然气发动机和电机作为混合动力源，可减少15％
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20％的co2排放量，80％的nox排放量，100％的硫化物和颗粒排放，可以实现船舶动力的超低排放要求，并且电机的瞬态快速响应能够弥补单独使用气体机存在动力性较差、动态响应较慢的缺陷。


技术实现要素：

3.本发明所要解决的技术问题是提供一种船舶气电混合动力系统电机选型方法，旨在为根据天然气发动机及工作特性，快速匹配适合的电机。
4.本发明的目的是这样实现的：
5.(1)获取船舶混合动力系统天然气发动机的基本参数，所述基本参数包括额定转速额定功率
6.(2)通过满足动态加速过程中所需电机最大功率，所述的步骤包括：找到与天然气发动机同基本参数的柴油机，通过设定相关试验，测试不同载荷下天然气发动机和柴油机的瞬时加载能力p，所述瞬时加载能力p指对应载荷下瞬时提升功率，计算不同载荷下瞬时加载能力差，获得柴油机和天然气发动机的最大瞬时加载能力差δp
max
，为了使天然气发动机拥有柴油机相当能力的加载能力，获取电机实际所需功率为
7.(3)通过确定天然气发动机低负荷低效率区获取电机额定功率，所述的步骤包括：当天然气发动机单独推进效率小于电动机推进效率时，此时发动机工作在低负荷低效率区，计算得到分界点推进效率，根据天然气发动机推进特性曲线工况以及分界点推进效率得到船舶气电混合动力系统的低负荷区η
low
，获取电机实际所需功率为
8.(4)通过最优混合度确定电机额定功率，所述混合度β指电机额定功率占天然气发动机和电机额定功率和比值，所述的步骤包括：对e3循环工况进行拓展为负荷为10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％、100％新循环工况，研究在不同工况、不同混合度下的能量效率，分析得到混合动力系统节能效果最优的混合度β
opt
，获取电机实际所需功率为
9.(5)电机额定功率计算，根据所述功率获取所述电机的最大功率，也是应取的电机额定功率
10.(6)电机额定转速的确定，若齿轮箱为外啮式且齿数比为i，所示的齿数比指发动机连接齿轮齿数与电机连接齿轮齿数比，则电机的额定转速为
11.(7)所述的电机额定转速和额定功率可作为船舶气电混合动力系统中涉及到的匹配电机。
12.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
13.本发明能够通过天然气发动机的基本参数和工作特性计算出解决天然气发动机动力性较差、动态响应较慢所需驱动电机的额定功率、额定转速，且能够实现快速选型。
附图说明
14.图1为本发明实施提供的一种船舶混合动力系统电机匹配选型方法的流程图；
15.图2为本发明实施提供的瞬时加载能力相关试验测试表；
16.图3为本发明实施提供的天然气发动机推进特性曲线工况试验表；
17.图4为本发明实施提供的e3循环工况进行拓展的新循环工况。
具体实施方式
18.下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
19.下面将结合附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加清楚和完整地描述，如图1所示，在本发明实施例中，提供一种船舶气电混合动力系统电机匹配选型方法，所述方法包括：
20.100步骤：获取船舶气电混合动力系统天然气发动机基本参数，包括的主要参数有额定转速额定功率
21.101步骤：找到与天然气发动机同基本参数的柴油机，通过设定相关试验如图2所示，测试不同载荷下天然气发动机和柴油机的瞬时加载能力p，所述瞬时加载能力p指对应载荷下瞬时提升功率，计算不同载荷下瞬时加载能力差，获得柴油机和天然气发动机的最大瞬时加载能力差δp
max
，为了使天然气发动机拥有柴油机相当能力的加载能力，获取电机实际所需功率为
22.102步骤：当天然气发动机单独推进效率小于等于电动机推进效率时，此时发动机工作在低负荷低效率区，计算得到分界点推进效率，根据天然气发动机推进特性曲线工况(见图3)以及分界点推进效率得到船舶气电混合动力系统的低负荷区η
low
，获取电机实际所需功率为
23.103步骤：对e3循环工况进行拓展为负荷为10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％、100％新循环工况见图4，研究在不同工况、不同混合度下的能量效率，分析得到混合动力系统节能效果最优的混合度β
opt
，获取电机实际所需功率为
24.105步骤：根据步骤101、102、103，获取所述电机的最大功率，也是应取的电机额定功率
25.104步骤：若齿轮箱为外啮式且齿数比为i，所示的齿数比指发动机连接齿轮齿数
与电机连接齿轮齿数比，则电机的额定转速为
26.106步骤：确定电机额定转速为
27.107步骤：根据步骤105和106，可配置船舶气电混合动力系统电机。
28.综上所述：本发明提供一种船舶气电混合动力系统电机匹配选型方法，该方法包括：首先获取船舶混合动力系统天然气发动机的基本参数，选取电动机的额定转速；然后从天然气发动机低负荷低效率区、动态加载能力以及船舶最优混合度角度出发，获取电机的额定功率，通过额定转速和额定功率选取匹配电机，本发明能够通过天然气发动机的基本参数和工作特性计算出解决天然气发动机动力性较差、动态响应较慢所需驱动电机的额定功率、额定转速，且能够实现快速选型。