[发明专利]船舶推进系统

说明书

本申请是按照国家知识产权局于2011年02月23日对申请号为200910224777.5，申请日为2005年10月5日，名称为“船舶推进系统”的发明专利申请作出的审查意见提出的上述发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种包括大型二冲程十字头式柴油发动机的船舶推进系统。

背景技术

用于船只推进的大型二冲程柴油发动机是一种复杂的机器，其形成船只动力及推进系统的核心并包括一系列的辅助设备。

这些低速运行的大型二冲程十字头式柴油发动机是庞大并高效的动力产生机器。这些发动机中的最大者在94转/分时产生大约100.000kW的动力，总长度为33米并且重量接近3500吨。

这些发动机附有驱动发电机——即所谓的发电机组——的辅助柴油发动机。发电机组在发电机停止期间以及在启动过程中供电及供热。

二冲程柴油发动机的辅助设备包括例如高压液压泵、气压泵(压缩机)、润滑油泵、燃油供给泵、燃油循环泵、海水泵、气缸套冷却水泵、中央水泵以及辅助风扇。

大多数列出的辅助设备或者是电力驱动的——例如辅助风扇，或者通过机械传动机构(即，链条或齿轮)从大型二冲程柴油发动机的曲轴获得动力——例如在高压液压泵或泵站的情况下。

电子控制的大型二冲程柴油发动机连同其液压操作的排气门在发动机操作过程中使用相当大量的液压动力(约曲轴动力的1.5％至2％)。

在发动机启动过程中需要少量的液压。因此，在发动机启动过程中由电动的较小液压泵或泵站提供液压动力。由于发动机是通过利用压缩空气使气缸加压来启动，所以至少一部分的气压泵是电力驱动的。驱动这些液压泵和气压泵的电动机的电能由发电机组提供。发电机组还在发动机停止期间为大型二冲程柴油发动机保温并且提供电能以在燃料管道以及贮存器中循环重燃油。发电机组还提供船上的由多种消耗装置——例如用于货船的冷却系统——使用的热力以及电力、以及在主发动机停止时用于照明和为电气设备提供能量的电能。

从燃油效率的观点来看，由于能量在大型二冲程柴油发动机的曲轴处高效地产生，所以从大型二冲程柴油发动机的曲轴获取机械能以驱动辅助设备是有吸引力的。然而，从曲轴获取机械能仅能够用于允许在辅助设备与曲轴之间实现简单及直接连接的位置处，且对于消耗相对少量能量的辅助设备而言并不非常有用。例如，由于辅助风扇的位置需要复杂的机械传动以连接到曲轴，所以在大型二冲程柴油发动机的低负载运行(低于最大额定功率的40％-50％)过程中帮助提供扫气的辅助风扇通常由电动机供应能量。由辅助风扇消耗的动力非常多，典型地落在大型二冲程柴油发动机的最大额定功率的1.8％至2.3％的范围内。从曲轴获取能量的另一缺点在于需要高的传动比以使低的曲轴速度(最大为100-200转/分)增加到大多数辅助设备所需的较高速度。这些高的传动比导致曲轴与动力消耗装置之间的传动机构更加复杂并因此更加昂贵。

在动力源与驱动辅助设备的电动机之间的位置灵活性以及形成连接的相对容易度起决定性作用的地方使用电动机，例如用于辅助风扇。

最大的二冲程柴油发动机是庞大的，且单个发动机能够产生大于100.000kW的动力。驱动辅助设备的电动机仅消耗发动机曲轴动力的一小部分，但就绝对值而言是大电动机。例如，具有68.520kW的最大额定功率的曼恩柴油发动机(MAN B&W Diesel)12K98MC-C采用四个155kW的电动机，每个电动机驱动四个辅助风扇。这种大功率的电动机是相对昂贵的设备。导致它们高价格的原因是由于低产量以及与大型电动机相关联的冷却问题。电动机具有紧凑并封闭的构造，并因为其自身特点而难以冷却。一定尺寸以上的发动机无法由空气冷却来满足。因此，多数用于为大型二冲程柴油发动机的辅助设备供应能量的电动机是油冷的。此外，保险公司要求500kW以上的电动机是受过鉴定的，这样导致它们的市场价格显著上升。

这种尺寸的电动机典型为异步电动机。为可变地控制这些电动机速度所需的基于可控硅的变频AC换流器极其昂贵，因此这些马达典型地仅控制于接通/切断状态下。在辅助风扇的情况下，这意味着风扇不得不以全速运行，即使主电动机不需要辅助风扇的满输出功率。因此，由于即使在需要以少得多的动力来驱动辅助风扇的情况下电动机仍是以满功率运行，所以这只不过是在浪费能量。至今为止避免该能量浪费的方法仅仅是通过投资上述非常昂贵的电子设备。