(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211279504.2 (22)申请日 2022.10.19 (71)申请人 武汉理工大 学 地址 430070 湖北省武汉市洪山区珞狮路 122号 (72)发明人 向阳　陈天佑　杜文超　潘鹏程　 王家兴　 (74)专利代理 机构 武汉开元知识产权代理有限 公司 42104 专利代理师 胡镇西　张继巍 (51)Int.Cl. G06F 30/15(2020.01) G06F 30/17(2020.01) G06F 30/20(2020.01) G06F 119/02(2020.01)G06F 119/06(2020.01) (54)发明名称 柴电混合推进系统实验台架设计方法 (57)摘要 本发明公开了一种柴电混合推进系统实验 台架设计方法， 计算机器最大功率， 根据螺旋桨 吸收功率与螺旋桨转速求得螺旋桨功率系数， 结 合给定柴油机最大持续功率区域对柴油机进行 选型， 根据柴油机的使用区域与柴油机的工作特 性曲线， 划分柴电混合动力PTH模式、 PTO模式与 PTI模式下的功率范围， 针对柴电混合推进系统 的柴油机模式、 PTO模式、 PTI模式及PTH模式， 设 计齿轮箱离合器的控制逻辑， 并计算主传动比、 PTH传动比和P TO传动比； 能够实现柴电混合动力 系统PTH、 PTO、 PTI等运行模式， 并设计了典型故 障的故障模拟实验， 能够为不同故障模式在各运 行模式下的性能及监测参数造成的影响提供基 础。 权利要求书3页 说明书8页 CN 115544665 A 2022.12.30 CN 115544665 A 1.一种柴电混合推进系统实验台架设计方法， 柴电混合推进系统包括柴油主机、 轴带 电机、 齿轮箱和 测功器， 其特 征在于： 设计方法包括以下步骤： A给定柴电混合推进系统实验台架的螺旋桨最大有效功率 与对应的螺旋桨最大 转速 基于能量损耗， 计算台架所需柴油机标定功率Pd0与轴带电动机标定功率Pe0之 和得到机器最大功率 根据螺旋桨最大有效功率 与螺旋桨最大转速 求得 螺旋桨功率系数Cp； B在电轴模式下， 根据步骤A 中机器最大功率 计算柴油机标定功率Pd0与轴带电机 标定功率Pe0， 结合给定柴油机最大持续功率区域对柴油机进行选型； C根据柴油机的使用区域与柴油机的工作特性曲线， 划分柴电混合动力PTH模式、 PTO模 式与PTI模式下的功率范围； D针对柴电混合推进系统的柴油机模式、 PTO模式、 PTI模式及PTH模式， 设计齿轮箱离合 器的控制逻辑， 并计算主传动比、 PTH传动比和PTO传动比。 2.根据权利要求1所述柴电混合推进系统实验台架设计方法， 其特征在于： 所述步骤A 的具体过程为： 能量损耗包括功率余量ηε、 船身效率ηH、 趟水桨效率ηP、 相对旋转效率ηR及轴 系传送效率ηS； 计算台架所需柴油机标定功率与轴带电机标定功率之和得到机器最大功率 螺旋桨吸收功率Pp与螺旋桨转速np的关系为： 当螺旋桨吸收功率Pp等于螺旋桨最大有效功率 螺旋桨转速np等于螺旋桨最大转 速 时求得螺 旋桨功率系数 3.根据权利要求1所述柴电混合推进系统实验台架设计方法， 其特征在于： 所述步骤B 的具体过程为： 电轴模式是指船舶采用双轴推进， 单轴柴油主机驱动螺旋桨， 同时发电驱动 另一根轴上的轴带电机来驱动螺旋桨； 为了实现电轴 模式， 柴油机标定功率Pd0与轴带电机 标定功率Pe0满足以下关系： Pd0≥2Pe0 为了简化计算， 令Pd0＝2Pe0， 计算得到 结合给定的柴油 机最大持续功率区域， 所选柴油机机型的最 大持续功率PR1不能小于台架所需柴油机标定功 率Pd0即 PR1≥Pd0 且选型时， 柴油机与轴带电机的额定转速保持一 致。 4.根据权利要求1所述柴电混合推进系统实验台架设计方法， 其特征在于： 所述步骤C 的具体过程为： 柴油机的使用区域包括功 率使用区域、 转速使用区域、 最大扭矩使用区域和权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115544665 A 2最高排气温度使用区域； 功率使用区域由柴油机各个转速下最小功率和最大功率围合形成的区域， 转速使用区 域由柴油机各个负荷下最小转速和最大转速围合形成的区域； 通过柴油机的工作特性曲线截取功率使用区域获得柴油机的最大有效功率 和最 小有效功率 通过柴油机的工作特性曲线截取转速使用区域获得柴油机的最大转速 和最小转速 当PTH模式运行在柴油机的最小转速 或最小有效功率 以下的低航速工况 时， 由轴带电机单独驱动螺旋桨， 则PTH模式与PTO模式的工况切 换点的功率PH略微高于柴 油机最小 有效功率 即 式中， ηPTH为PTH模式切换点功率的系数； 因此， PTH模式下， 轴带电机转速ne与轴带电机功率Pe满足以下关系： Pe＝Cp·(ne/RH)3 0≤Pe≤PH 式中， 为轴带电机的额定功率， RH为轴带电机与测功器输入轴的速比， 即PTH速 比； 在PTH模式与PTO模式的工况切换点的功率PH和柴油机的最大有效功率 范围内， 仅柴油机模式为主机模式， 柴油机 冗余功率用来轴带电机发电则为PTO模式； 因此， 柴油机模式时， 柴油机单独驱动螺旋桨， 柴油机转速nd与柴油机功率Pd满足以下 关系： Pd＝Cp·(nd/RM)3 式中， RM为柴油机与测功器输入轴的速比， 即主速比； 当柴油机在柴油机转速nd下输出 功率大于Pd时， 多余的功率用来驱动轴带电机发电； 在柴油机的最大有效功率 和机器最大功率 范围内， 柴油机和轴带电机共同 驱动测功器， 为PTI模式， 计算表达式如下： 式中， Pp为螺旋桨吸收功率， Pe为轴带电机功率。 5.根据权利要求1所述柴电混合推进系统实验台架设计方法， 其特征在于： 所述步骤D 的具体过程为： 柴油机模式、 PTO模式、 PTI模式、 PTH模式切换通过齿轮箱实现， 采用主离合 器、 换向离合器、 PTH 离合器和PTO离合器来切换：权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115544665 A 3