一种气电混合动力系统实验平台的制作方法

1.本发明涉及船舶发动机领域，尤其涉及一种气电混合动力系统实验平台。


背景技术：

2.船舶气-电混合动力系统为包括气体发动机和电动机作为动力源的混合动力系统。该混合动力系统具有利用清洁的气体能源替代燃油及使用电力作为能源且零排放的特点，能有效地提升船舶的能效，且具有能量效率高、排放低等优点。
3.气-电混合动力系统是绿色船舶动力发展的重要方向。国内船舶的气-电池混合动力系统技术发展缓慢，关键技术尚未有突破。国外也处于刚刚起步研究的阶段。从维护国家能源安全、改善大气环境，提高船舶工业竞争力的战略高度，实施船舶的气-电混合动力系统应用研究，有利于加快船舶动力新能源的发展。目前，气电混合动力系统实验平台还未成熟，亟需能适应气-电混合动力系统的试验平台来开展试验验证。


技术实现要素：

4.针对上述问题，本发明的目的在于提供了一种气电混合动力系统实验平台，用于解决上述问题中的至少一个。
5.为了实现上述目的，本发明提供了一种气电混合动力系统实验平台。该平台包括：
6.基座；
7.气体发动机，气体发动机设置在所述基座上，所述气体发动机以燃气作为动力源；
8.齿轮箱，所述齿轮箱设置在所述基座上，所述齿轮箱与所述气体发动机传动连接；
9.电动机，所述电动机设置在所述基座上，所述电动机以电力作为动力源，所述电动机与所述齿轮箱传动连接；
10.电力测功器，所述电力测功器设置在所述基座上，所述电力测功器与所述齿轮箱传动连接，所述电力测功器用于测量所述齿轮箱输出的功率；
11.发电机组，所述发电机组与所述电动机电连接，所述发电机组用于向所述电动机供电。
12.在一实施例中，所述气电混合动力系统实验平台还包括：
13.多个减震器，多个所述减震器设置在所述基座的底部。
14.在一实施例中，所述齿轮箱包括至少两个功率输出端，所述功率输出端分别与所述电动机和所述电力测功器连接。
15.在一实施例中，所述电动机包括可逆轴带电机。
16.在一实施例中，所述气电混合动力系统实验平台还包括储能装置，所述储能装置分别与所述发电机组和所述电动机连接，所述储能装置用于储存所述发电机组产生的电能并用于为所述电动机供电。
17.在一实施例中，所述储能装置包括蓄电池和超级电容中的至少一种。
18.在一实施例中，所述气电混合动力系统实验平台还包括lng储气罐，所述lng储气
罐用于向所述气体发动机供气。
19.在一实施例中，所述电力测功器与所述齿轮箱之间通过弹性联轴器传动连接，所述弹性联轴器的一端为橡胶板结构，所述弹性联轴器的另一端为万向轴机构。
20.在一实施例中，所述气电混合动力系统实验平台还包括控制装置，所述控制装置用于控制所述气体发动机、电动机以及发电机组。：
21.该气电混合动力系统实验平台可开展气体发动机单机推进、气体发动机推进 可逆轴带电机(pto模式)发电、气体发动机推进 可逆轴带电机(pti模式)助推及可逆轴带电机(pti模式)单独电力推进等多种模式试验研究，进而为气电混合动力系统的试验提供支持，以及还可用于大功率补偿储能系统技术的研究。
22.参照后文的说明和附图，详细公开了本发明的特定实施方式，指明了本发明的原理可以被采用的方式。应该理解，本发明的实施方式在范围上并不因而受到限制。在所附权利要求的精神和条款的范围内，本发明的实施方式包括许多改变、修改和等同。
23.针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。
24.应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤或组件的存在或附加。
附图说明
25.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
26.图1为本发明的一种气电混合动力系统实验平台的俯视结构示意图；
27.图2为本发明的一种气电混合动力系统实验平台的正视结构示意图；
28.图3为本发明的一种气电混合动力系统实验平台的各部件间连接示意图。
具体实施方式
29.下面将结合附图和具体实施方式，对本发明的技术方案作详细说明，应理解这些实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落入本技术所附权利要求所限定的范围内。
30.实施例
31.本发明的实施例公开了一种气电混合动力系统实验平台。参照图1-3所示，该气电混合动力系统实验平台可以包括：基座8、气体发动机1、齿轮箱3、电动机7、电力测功器6以及发电机组(9、10)等。以下对各部件进行详细说明。
32.气体发动机1可以设置在基座8上。气体发动机1可以以燃气作为动力源，例如燃气可以为天然气(lng)。对应的，为了给气体发动机1提供燃气。气电混合动力系统实验平台还包括lng储气罐16，lng储气罐16用于向气体发动机1供气。lng储气罐16也可以设置在基座8上。
33.齿轮箱3设置在基座8上。齿轮箱3与气体发动机1传动连接，用于承接气体发动机1
输入的功率，并再将功率输出。进一步的，齿轮箱3包括至少两个功率输出端。功率输出端分别与电动机7和电力测功器6连接。例如，参照图1所示，齿轮箱3包括两个功率输出端，一端的功率输出端与电力测功器6连接，另一端的功率输出端与电动机7连接。
34.电动机7可以设置在基座8上。电动机7以电力作为动力源。电动机7与齿轮箱3传动连接。例如，因电动机7包括可逆轴带电机7，此电动机7可以作为动力源对外输出动力，或者作为发电机来发电。齿轮箱3与电动机7的功率输出端因此也可以为电动机7的功率输入端。例如，可逆轴带电机7可以实现pto/pti两种运行模式。可逆轴带电机7与齿轮箱3之间可以采用高弹性联轴器联接。可逆轴带电机7pto运行时，与气体发动机1并联运行，可以给储能装置(蓄电池14 超级电容15)充电或配电板13供电。可逆轴带电机7pti运行时，由pms通过发电机组(9、10)和储能装置(蓄电池14 超级电容15)匹配供电。参照图1和3所示，可逆轴带电机7通过变频器12实现变频起动，可逆轴带电机7的模式切换控制通过pto/pti模式切换控制装置20实现。在一实施例中，发电机组(9、10)与电动机7电连接，发电机组(9、10)用于向电动机7供电。优选的，为了保证电力系统的稳定，还可以包括变压器11。
35.进一步的，为了实现各部件间的高效地传动连接，电动机7与齿轮箱3之间通过弹性联轴器4传动连接。弹性联轴器4的一端可以为橡胶板结构。当然，传动联接件包括气体发动机1和齿轮箱3之间、可逆轴带电机7与齿轮箱3之间均采用高弹性联轴器连接。电力测功器6与齿轮箱3之间设有挠性伸缩高弹性联轴器5。高弹性联轴器5为一端橡胶板高弹性结构，另一端采用挠性万向轴结构。高弹性联轴器5吸收扭转振动，挠性万向轴补偿发动机和电力测功器6之间的位置度误差。
36.电力测功器6设置在基座8上，电力测功器6与齿轮箱3传动连接。电力测功器6用于测量齿轮箱3输出的功率。例如，电力测功器6可以采用多变量直接扭矩控制(dtc)技术，进而实现动力机工况改变的动态测试。其响应时间＜3ms，进而能够模拟螺旋桨推进、倒退工况下螺旋桨特性的模拟，在模拟推进工况时电力测功器6运行在发电工况，发出的电能可对电网无污染馈电。模拟倒航工况时电力测功器6运行在电动工况，由pms通过柴油发电机组(9、10)和储能装置匹配供电。
37.为了保证平台的稳定性，平台的隔振设计方案是气体发动机1、齿轮箱3、可逆轴带电机7及电力测功器6安装在基座8上，其中，气体发动机1、可逆轴带电机7及电力测功器6通过橡胶式减震器18安装在基座8上表面，齿轮箱3则通过垫块19安装在基座8上表面。多个减震器18可以设置在基座8的底部，进而提高基座8的减振效果。
38.在一实施例中，气电混合动力系统实验平台还包括储能装置(蓄电池14 超级电容15)，储能装置分别与发电机组(9、10)和电动机7电连接，其中，储能装置与电动机7之间还可以设置有电力变换装置21。储能装置用于储存发电机组(9、10)产生的电能并用于为电动机7供电。进一步的，储能装置包括蓄电池14和超级电容15中的至少一种。
39.气电混合动力系统实验平台还包括控制装置20，控制装置20用于控制气体发动机1、电动机7以及发电机组(9、10)。其中，控制装置20包括控制选择开关选到“就地”位置能够实现系统的手动运行，选到“远程”位置能够通过集控台实现试验台的遥控和自动控制。例如，利用常规柴油发电机组(9、10)，通过轴带电机控制屏可以实现轴带电机与柴油发电机组(9、10)并网运行，也可以通过能源管理系统(pms)，把柴油发电机组(9、10)的电能提供给轴带电机(pti模式)，通过pto/pti齿轮箱3带动电力测功器6，实现助推或单独推进。
40.该气电混合动力系统实验平台可以对推进、加速、倒车等动态特性的试验研究，包括：气体发动机1单独推进匹配特性试验研究；pti单独推进工况匹配特性试验研究；气体发动机1推进 pti助推工况匹配特性试验研究以及pto发电工况匹配特性试验研究等。
41.轴带电机的试验研究包括pto/pti两种模式下的匹配，pti模式下的启动、两种模式下的控制策略等方面的试验研究，包括：
42.空档模式：停止变频器12，同时使可逆轴带电机7灭磁状态；在pti与pto模式之间切换时或出现故障时，切换装置将使可逆轴带电机7处于空档模式；
43.pto模式：与并车控制器共同实现主机与可逆轴带电机7并车后，进行可逆轴带电机7模式控制，使其工作在发电机状态，能独立带负载工作，也能并网运行；
44.pti模式：与并车控制器共同实现主机与可逆轴带电机7并车后，进行可逆轴带电机7模式控制，使其工作在电动机7状态，实现助推功能；当主机未接排时，使可逆轴带电机7独立带载运行。
45.气电混合动力系统实验平台可开展气体发动机1单机推进、气体发动机1推进 可逆轴带电机7(pto模式)发电、气体发动机1推进 可逆轴带电机7(pti模式)助推及可逆轴带电机7(pti模式)单独电力推进等多种模式试验研究，进而为气电混合动力系统的试验提供支持，以及还可用于大功率补偿储能系统技术的研究。
46.应该理解，以上描述是为了进行图示说明而不是为了进行限制。通过阅读上述描述，在所提供的示例之外的许多实施方式和许多应用对本领域技术人员来说都将是显而易见的。因此，本教导的范围不应该参照上述描述来确定，而是应该参照所附权利要求以及这些权利要求所拥有的等价物的全部范围来确定。出于全面之目的，所有文章和参考包括专利申请和公告的公开都通过参考结合在本文中。在前述权利要求中省略这里公开的主题的任何方面并不是为了放弃该主体内容，也不应该认为发明人没有将该主题考虑为所公开的发明主题的一部分。