一种基于定距桨的lng动力系统
技术领域
1.本发明涉及一种船舶推进系统，特别是一种基于定距桨的lng动力系统。


背景技术：

2.世界石油资源的日益短缺和船舶排放法规的逐步严格，促进了船舶动力新能源的发展。lng作为一种高热值、燃烧产物清洁并拥有价格优势的新型气体燃料，在船舶领域有着很广阔的发展前景。
3.lng动力船舶可以选用气体发动机推进动力系统和电力推进系统。电力推进系统有着操纵灵活、机舱布置方便、主机工况稳定、噪音低等优点。然而，电力推进系统的能量经过两次变换才用于推进，致使系统整体效率不高，加之系统相关配电设备重量大、初期投入大等因素导致现阶段lng动力船舶更有意使用气体发动机推进动力系统。
4.但气体发动机由于自身燃烧特性的原因，存在低负荷扭矩储备不足，动态工况响应速度慢等缺陷，这制约了它作为船舶推进主机的使用。且现有的lng动力系统在螺旋桨接排以及负荷突变等动态工况下，气体发动机存在失火或爆震的风险，严重影响lng动力系统以及lng动力船舶的安全性能。
5.目前国内外对于lng推进动力系统动态响应速度的研究途径主要为，通过设置米勒循环、预燃室技术、采用可变截面喷嘴环或废气旁通技术的增压器优化匹配等方式改善lng动力系统的气体发动机的动态特性，这对优化技术的要求高并且研发周期长，不利于船舶动力系统的设计。
6.为此，本发明提供了一种基于定距桨的lng动力系统，以至少部分地解决相关技术中的问题。


技术实现要素：

7.在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。
8.为了至少部分地解决上述问题，本发明提供了一种基于定距桨的lng动力系统，包括：
9.供气系统，所述供气系统用于提供气态天然气；
10.气体发动机，所述气体发动机的输入端与所述供气系统的输出端连通，用于使用所述气态天然气提供动力；
11.液粘离合器，所述液粘离合器的输入端与所述气体发动机的输出端连接，用于传输所述气体发动机的动力；
12.定距桨，所述定距桨的输入端与所述液粘离合器的输出端连接，用于接收所述液粘离合器传输的动力；
13.其中，所述液粘离合器基于所述定距桨的运行工况调节动力传输模式。
14.根据本发明的基于定距桨的lng动力系统，液粘离合器基于定距桨的运行工况相应地调节对气体发动机所输出的动力的传输模式，能够避免气体发动机因定距桨接排或者负荷突变等动态工况下发生失火或者爆震的现象，有效保证了lng动力系统的安全性和可操作性。
15.可选地，所述定距桨处于接排工况时，所述液粘离合器采用轻载动力传输模式。
16.可选地，所述定距桨处于负载突变工况时，所述液粘离合器采用重载动力传输模式。
17.可选地，所述供气系统包括：
18.lng储液罐，用于存储液态天然气；
19.汽化器，所述汽化器的进口与所述lng储液罐的出口连通，用于将所述液态天然气汽化成气态天然气。
20.可选地，所述供气系统还包括冷箱，所述冷箱设置在所述lng储液罐的出口。
21.可选地，所述供气系统还包括缓冲罐，所述缓冲罐设置在所述汽化器和所述气体发动机之间。
22.可选地，所述供气系统还包括调节阀组件，所述调节阀组件设置在所述缓冲罐和所述气体发动机之间。
23.可选地，所述气体发动机通过联轴器与所述液粘离合器连接。
24.可选地，所述液粘离合器通过齿轮箱与所述定距桨连接。
附图说明
25.本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施例及其描述，用来解释本发明的原理。
26.附图中：
27.图1为根据本发明的优选实施方式的基于定距桨的lng动力系统的示意图。
28.附图标记说明：
29.100：基于定距桨的lng动力系统
30.110：供气系统
31.111：lng储液罐
32.112：汽化器
33.113：冷箱
34.114：缓冲罐
35.115：调节阀组件
36.120：气体发动机
37.130：液粘离合器
38.140：定距桨
39.150：联轴器
40.160：齿轮箱
具体实施方式
41.在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本发明实施方式可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明实施方式发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
42.为了彻底了解本发明实施方式，将在下列的描述中提出详细的结构。显然，本发明实施方式的施行并不限定于本领域的技术人员所熟习的特殊细节。本发明的较佳实施方式详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。
43.参考图1，根据本发明的一个优选实施方式的基于定距桨的lng动力系统100包括供气系统110、气体发动机120、液粘离合器130和定距桨140。其中供气系统110的输出端与气体发动机120的输入端连通，用于为气体发动机120提供具有一定温度和压力的气态天然气。气体发动机120利用上述气态天然气输出动力，上述动力通过液粘离合器130传递至定距桨140，用于船舶推进。由于液粘离合器130在工作的过程中，依靠液体粘性剪切作用传递动力、转矩和调节转速，可具备在0～100％输入转速范围内无级调速的能力。液粘离合器130在对气体发动机120所输出的动力进行传输时，可以根据定距桨140的运行工况调节动力传输模式。在lng动力系统运行的过程中，能够减小例如定距桨140接排或者负荷突变等动态工况发生时对气体发动机120的冲击，避免气体发动机120发生失火或者爆震的现象，有效保证lng动力系统的安全性和可操作性。
44.当定距桨140处于接排工况时，液粘离合器130采用轻载动力传输模式。
45.具体地，在定距桨140接排前，气体发动机120稳定运行于接排转速。液粘离合器130的输入端和气体发动机120的输出端相连接，此时液粘离合器130的输入端的转速相应的为接排转速。由于定距桨140接排前，液粘离合器130的输出端与输入端完全脱开，因此，液粘离合器130的输出端以及与上述输出端相连接的定距桨140的转速均为零，定距桨140处于静止状态。
46.当定距桨140接排时，液粘离合器130会收到相应的接排信号，通过合理地设置液粘离合器130的初始油压以及pid调速参数，使液粘离合器130运行于轻载动力传输模式。在定距桨140接排的过程中，液粘离合器130的油压会迅速上升。由于负载的接入，与气体发动机120相连接的液粘离合器130的输入端的转速相对于接排转速会略有下降，而液粘离合器130的输出端的转速开始逐渐上升。待液粘离合器130的油压达到额定值时，液粘离合器130的输入端和输出端的转速共同达到接排转速，完成接排。接排过程的滑差时间与pid参数设置相关，理论上，滑差时间越长，定距桨140的接排平稳程度越好。
47.定距桨140接排完成后，气体发动机120稳定运行于接排转速，液粘离合器130的输入端和输出端完全接合，液粘离合器130与气体发动机120的接口处以及液粘离合器130与定距桨140的接口处的转速均达到接排转速，定距桨140开始转动产生推力。随后，气体发动机120的调速器对气体发动机120的转速进行调节，以使气体发动机120运行在额定的工作转速。液粘离合器130也相应地运行在上述工作转速下。
48.当定距桨140处于负载突变工况时，液粘离合器130采用重载动力传输模式。
49.具体地，当定距桨140的负载突变时，通过合理地设置液粘离合器130的初始油压以及pid调速参数，使液粘离合器130运行于重载动力传输模式。当遇到定距桨140负载突加
的工况时，液粘离合器130的油压瞬间升高。由于定距桨140的负载的增加，液粘离合器130的输出端的转速相对于上述工作转速快速下降，气体发动机120与液粘离合器130的接口处的转速因为液粘离合器130的调速作用小幅度下降，待气体发动机120侧的负载与定距桨140侧的负载平衡后，液粘离合器130的输入端的转速和输出端转速回归到上述工作转速。
50.当遇到定距桨140负载突减的工况时，液粘离合器130油压瞬间降低。由于定距桨140的负载的减小，液粘离合器130的输出端的转速相对于上述工作转速快速上升，气体发动机120与液粘离合器130的接口处的转速因为液粘离合器130的调速作用而小幅度上升，待气体发动机120侧的负载与定距桨140侧的负载平衡后，液粘离合器130的输入端的转速和输出端的转速均回归到上述工作转速。
51.从负载突变工况恢复到稳定状态的滑差时间与液粘离合器130的pid设置有关，为了保证在恶劣航行状况下的操纵性，可在保证气体发动机120不出现失火或爆震的前提下尽可能快的完成调速控制。
52.继续参考图1，供气系统110可以包括用于存储液态天然气的lng储液罐111，lng储液罐111的出口连通有汽化器112，以对液态天然气进行汽化，产生满足一定压力和温度要求的气态天然气。
53.在lng储液罐111的出口处优选地设置有冷箱113，用于对lng储液罐111内的压力和温度进行相应地调控，并控制lng储液罐111的出口处液化天然气的汽化程度。冷箱113与lng储液罐111可以一体地设置。
54.为了保证负荷变化时供气系统110的气压不出现大幅度变化，在汽化器112和气体发动机120之间优选地设置有缓冲罐114，以保证为气体发动机120提供压力和温度稳定的气体天然气。
55.优选地，在缓冲罐114与气体发动机120之间设置有调节阀组件115，以最终控制进入气体发动机120的气态天然气的流量和压力。通过缓冲罐114与调节阀组件115的共同作用，能够更好地保证一定流量的满足压力和温度要求的气态天然气进入气体发动机120内燃烧做功，以为定距桨140提供合适的动力。
56.气体发动机120可以通过联轴器150与液粘离合器130连接。联轴器150优选地设置为低速大扭矩弹性联轴器，从而能够补偿轴系间的偏移并缓冲吸振。
57.在液粘离合器130和定距桨140之间优选地设置有齿轮箱160，通过齿轮箱160的调速作用，可以进一步调节定距桨140运行时的转速，以满足lng动力系统在推进船舶时对航速的需求。
58.除非另有定义，本文中所使用的技术和科学术语与本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中使用的术语只是为了描述具体的实施目的，不是旨在限制本发明。本文中出现的诸如“设置”等术语既可以表示一个部件直接附接至另一个部件，也可以表示一个部件通过中间件附接至另一个部件。本文中在一个实施方式中描述的特征可以单独地或与其它特征结合地应用于另一个实施方式，除非该特征在该另一个实施方式中不适用或是另有说明。
59.本发明已经通过上述实施方式进行了说明，但应当理解的是，上述实施方式只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施方式范围内。本领域技术人员可以理解的是，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改
均落在本发明所要求保护的范围以内。