一种船用抱轴式轴带发电系统及方法与流程

1.本技术涉及称重设备的领域，尤其是涉及一种船用抱轴式轴带发电系统及方法。


背景技术：

2.船舶轴带发电机系统简称轴发系统或轴机系统，是由主机驱动船舶发电机，利用主机富裕功率达到节能的目的。主柴油机在低于75％～85％额定功率的低负荷下运行时，其经济性将下降，而利用轴带发电机，可以使主机长时间在较高负荷下运行，从而具有良好的经济性，也可以充分利用富余的功率储备，节省资源和能源。
3.一般的船舶会采用轴带发电机来满足船上用电，但当船只靠岸停船时，柴油机无需驱动船只航行，因此会关断柴油机，轴带发电机停止运转，导致停电。目前解决停船用电问题的方式主要分两种，一种是增加备用电源对轴带发电机产出的电能进行储存，优点是节省能源，缺点时无法支持长期停船用电；另一种方式是增加额外的柴油机与发电机，通过柴油机与发电机进行单独供电，优点是支持长时间用电，缺点是成本较高。
4.针对上述中的相关技术，发明人认为目前的船只停船用电方式无法满足长时用电的需求。


技术实现要素：

5.第一方面，为了满足停船长时用电的需求，本技术提供一种船用抱轴式轴带发电系统。
6.本技术提供的一种船用抱轴式轴带发电系统，采用如下的技术方案：
7.一种船用抱轴式轴带发电系统，包括轴带发电机及并网装置，所述并网设备用于连接轴带发电机及用电设备，所述轴带发电机的输入轴用于连接于主机的输出轴且其输出轴连接螺旋桨；还包括：
8.转向装置；
9.辅机，通过转向装置连接于所述轴带发电机的输入轴或输出轴；
10.第一离合器，连接于主机的输出轴与转向装置之间；
11.第二离合器，连接于轴带发电机的输出轴与螺旋桨之间；
12.第三离合器，连接于辅机与转向装置之间；
13.状态监测模块，用于实时监测船舶状态，在监测到船停止时输出备电信息；
14.切换控制模块，连接于状态监测模块，用于依据备电信息启动辅机，并闭合第三离合器，分离第一离合器及第二离合器。
15.通过采用上述技术方案，船停时，状态监测模块监测到船停止，输出备电信息，切换控制模块响应于备电信息，分离第一离合器及第二离合器时，主机、螺旋桨与轴带发电机断开，启动辅机，并闭合第三离合器后，辅机带动轴带发电机转动，满足停船长时用电的需求，提升节能性。
16.优选的，所述切换控制模块包括转速采集子模块、变速子模块及同步子模块，所述
变速子模块位于辅机与转向装置之间；
17.所述转速采集模块用于采集辅机的转速并得到第一转速值，采集轴带发电机的输入轴转速并得到第二转速值，采集变速子模块输出端的转速并得到第三转速值；
18.所述变速子模块连接于转速采集子模块，用于依据第一转速值及第二转速值调节差速比，使第三转速值与第二转速值一致；
19.所述同步子模块连接于转速采集模块，用于当第三转速值与第二转速值一致时闭合第三离合器。
20.通过采用上述技术方案，通过变速子模块改变辅机所输出的最终转速，使得变速子模块输出端的转速与轴带发电机的输入轴转速一致，此时可以减少转速不一致对第三离合器的冲击，减少设备故障或安全事故。
21.优选的，所述切换控制模块还包括联动子模块，所述联动子模块用于在所述同步子模块控制第三离合器闭合时，控制第二离合器、第一离合器同步分离。
22.通过采用上述技术方案，第三离合器闭合时，辅机与主机同时驱动螺旋桨转动，而若先闭合第一离合器，则辅机需要承受螺旋桨的扭矩，容易导致转速下降，干扰电网频率，辅机也易受损，因此控制第二离合器、第一离合器同步分离，使动力与负荷同步减小，实现平稳过渡。
23.优选的，所述切换控制模块还包括励磁调节子模块及电网频率检测子模块，所述励磁调节子模块连接于轴带发电机的励磁调节器，用于控制绕组磁场，所述电网频率检测子模块连接于并网设备，用于检测电网频率，还连接于励磁调节子模块及变速子模块，当电网频率超出设定区间时，控制励磁调节子模块调节励磁和/或控制变速子模块调节轴带发电机输入轴转速，使电网频率恢复到设定区间内。
24.通过采用上述技术方案，通过调节轴带发电机的励磁可以改变对其输入轴施加的扭矩，避免由于主机切换成辅机及螺旋桨分离导致的扭矩快速变化，配合变速子模块调节输入轴转速则可以使发电效率重新达到最大点，同时减小对电网频率的影响。
25.优选的，螺旋桨采用变距桨；
26.还包括：
27.指令获取模块，用于获取加速指令；
28.处理模块，连接于指令获取模块，用于解析加速指令，生成目标加速度，调取预设的变速配准库以确定变距桨的目标螺距角，依据第二转速值及目标螺距角判断是否需要增大扭矩；
29.若是，则所述切换控制模块启动辅机，并通过变速子模块使第三转速值与第二转速值一致，并闭合第三离合器，再控制变距桨调节至目标螺距角；
30.若否，则控制变距桨调节至目标螺距角。
31.通过采用上述技术方案，通过加速指令可解析得到所需的加速度，改变变距桨的螺距角可以在不损失转速，不影响电网频率的情况下改变施加于船只的推力，螺距角越大则推力越大，而同时螺距角越大对主机的输出轴的扭矩负荷越大，通过第二转速值及目标螺距角可以预估扭矩大小，当所需扭矩大于主机的负荷时，为避免转速下跌，因此启动辅机，通过辅机拉升扭矩，从而实现稳定提速。
32.优选的，还包括：
33.设备监控模块，用于监控主机是否发生故障；
34.变距模块，用于调节变距桨的螺距角；
35.应急控制模块，用于当监控主机故障时，通过变距模块控制变距桨的螺距角减小至设定值；控制辅机启动，通过变速子模块使第三转速值与第二转速值一致，并闭合第三离合器，分离第一离合器。
36.通过采用上述技术方案，当检测到主机发生故障时，先减小螺距角，降低对主机的负荷，然后启动辅机，通过变速子模块同步转速，接入辅机，断开主机，通过辅机实现不间断运行，方便对主机进行维护和测试。
37.优选的，所述应急控制模块还包括反制子模块及逆变子模块，所述反制子模块连接于逆变子模块，用于当监控到主机发生故障时启动逆变子模块，启用储能装置，所述储能装置通过逆变子模块向轴带发电机供电。
38.通过采用上述技术方案，当主机故障时，通过辅机带动变距桨转动，实现应急推进，此时可关闭轴带发电机，当辅机故障或动力不足时，可反向启用轴带发电机，作为电动机使用，配合储能装置进行供电，提升变距桨的推力。
39.优选的，所述并网设备上连接有储能装置，储能装置用于储存多余的电能；
40.还包括：
41.时间输入模块，用于获取停船时长；
42.电量监测模块，用于监测储能装置的剩余电量；
43.计算模块，用于依据停船时间、剩余电量计算预估用电损耗；
44.判断模块，用于依据预估用电损耗确定是否启用辅机；
45.若是，则在船停时启用辅机；
46.若否，则不启用辅机，启用储能装置供电。
47.通过采用上述技术方案，当船只是短时间停泊一下时，储能装置中储存的电能足够停船使用，而长时间停泊时则需要辅机发电，因此可通过计算模块、判断模块等进行判断，从而节约资源。
48.优选的，所述切换控制模块还包括辅助启动子模块；
49.所述辅助启动子模块连接于变速子模块，用于在开船时控制主机启动进行测试，并在测试结束时控制变速子模块使第三速度值与第二速度值一致，控制第二离合器闭合，控制变距桨的螺距角增大至第一设定角度，控制第一离合器闭合，控制变距桨的螺距角增大至第二设定角度，控制第三离合器分离，关闭辅机。
50.通过采用上述技术方案，先把螺距角调小，方便辅机带动，等辅机顺利带动后，控制变距桨的螺距角增大至第一设定角度，再控制第一离合器闭合，接入主机，最后。
51.第二方面，为了满足停船长时用电的需求，本技术提供一种船用抱轴式轴带发电方法。
52.本技术提供的一种船用抱轴式轴带发电方法，采用如下的技术方案：
53.一种船用抱轴式轴带发电方法，包括：
54.监测船是否停止，当船停止时输出备电信息；
55.依据备电信息分离连接于主机的输出轴与转向装置之间的第一离合器，分离连接于轴带发电机的输出轴与螺旋桨之间的第二离合器；
56.启动辅机；
57.闭合连接于辅机与转向装置之间的第三离合器。
58.通过采用上述技术方案，当船停止时，关闭第一离合器与第二离合器，断开轴带发电机、主机与螺旋桨，通过辅机带动轴带发电机进行发电，从而提升。
59.综上所述，本技术包括以下至少一种有益技术效果：
60.1.船停止，切换控制模块启动辅机，并闭合第三离合器后，分离第一离合器及第二离合器，主机、螺旋桨与轴带发电机断开，辅机带动轴带发电机转动，满足停船长时用电的需求，提升节能性；
61.2.通过第二转速值及目标螺距角可以预估扭矩大小，当所需扭矩大于主机的负荷时，为避免转速下跌，因此启动辅机，通过辅机拉升扭矩，从而实现稳定提速。
附图说明
62.图1是本技术实施例的船用抱轴式轴带发电系统的系统结构示意图。
63.图2是本技术实施例的船用抱轴式轴带发电系统的系统模块图。
64.图3是船用抱轴式轴带发电方法的方法流程图。
65.附图标记说明：1、主机；2、辅机；31、第一离合器；32、第二离合器；33、第三离合器；4、轴带发电机；41、并网设备；5、螺旋桨；6、变速器。
具体实施方式
66.为了对本发明的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
67.以下结合全部附图对本技术作进一步详细说明。
68.本技术实施例公开一种船用抱轴式轴带发电系统。参照图1、图2，船用抱轴式轴带发电系统包括轴带发电机4及并网装置，并网设备41用于连接轴带发电机4及用电设备，轴带发电机4的输入轴用于连接于主机1的输出轴且其输出轴连接螺旋桨5。
69.本实施例的船用抱轴式轴带发电系统还包括：
70.转向装置；
71.辅机2，通过转向装置连接于所述轴带发电机4的输入轴或输出轴；
72.第一离合器31，连接于主机1的输出轴与转向装置之间；
73.第二离合器32，连接于轴带发电机4的输出轴与螺旋桨5之间；
74.第三离合器33，连接于辅机2与转向装置之间；
75.状态监测模块，用于实时监测船舶状态，在监测到船停止时输出备电信息；
76.切换控制模块，连接于状态监测模块，用于依据备电信息启动辅机2，并闭合第三离合器33，分离第一离合器31及第二离合器32。
77.其中，主机1与辅机2均采用柴油机，根据停船电消耗量确定辅机2的功率大小，根据其他用途确定转矩大小、转速极限等参数，最终确定适合的辅机2。并网设备41主要包括升压变压器、隔离开关、互感器、断路器等，用于调整轴带发电机4所产生的电能的电参数，以适配船上的用电设备。转向装置采用方向机或齿轮箱，用于实现辅机2输出轴与轴带发电机4输入轴及主机1输出轴的传动连接。第一离合器31、第二离合器32、第三离合器33可采用
d800型号，带螺旋弹簧，可减少离合时的振动，提升稳定性。
78.状态监测模块可采用按钮等外部输入设备，通过工作人员动作信号输入触发响应，也可采用传感器检测船速、螺旋桨5转速等确定。备电信息主要包括停船的时间点。
79.并网设备41上连接有储能装置，储能装置主要采用大容量的蓄电池，用于储存在航行过程中轴带发电机4通过主机1带动产出的多余的电能，用于应急等。
80.本实施例的船用抱轴式轴带发电系统还包括：
81.时间输入模块，用于获取停船时长；
82.电量监测模块，用于监测储能装置的剩余电量；
83.计算模块，用于依据停船时间、剩余电量计算预估用电损耗；
84.判断模块，用于依据预估用电损耗确定是否启用辅机2；
85.若是，则在船停时启用辅机2；
86.若否，则不启用辅机2，启用储能装置供电；
87.因此，在停船时，需要先进行判断，当船只是短时间停泊一下时，储能装置中储存的电能一般是足够停船使用的，因此无需启用辅机2，减少油耗。而若船只需要长时间停泊时则需要辅机2发电，因此可通过计算模块、判断模块等进行判断，从而节约资源。电量监测模块可采用单片机，连接于储能装置，可依据储能装置的电参数读取电量。计算模块与判断模块可采用处理器，用于读取需要在停船期间使用的用电设备，例如照明灯等，根据各用电设备额定功率和值与停船时间的乘积可得，也可通过迭代数据与ai学习的方式模拟最有可能产生的用电情况，进行精准预估。
88.具体的，切换控制模块包括转速采集子模块、变速子模块及同步子模块，变速子模块位于辅机2与转向装置之间。转速采集模块用于采集辅机2的转速并得到第一转速值，采集轴带发电机4的输入轴转速并得到第二转速值，采集变速子模块输出端的转速并得到第三转速值；变速子模块连接于转速采集子模块，用于依据第一转速值及第二转速值调节差速比，使第三转速值与第二转速值一致。
89.其中，变速子模块采用自动变速器6，自动变速器6可采用62te的型号，可改变辅机2最终作用于轴带发电机4的输出转速和扭矩，转速采集子模块可采用编码器或红外测速器，编码器有三个，分别安装于辅机2上、轴带发电机4的输入轴及自动变速器6的输出轴上，由于辅机2发电时只需要带动轴带发电机4即可，螺旋桨5由主机1带动，因此对于扭矩没有要求，只需同步转速即可。
90.而同步子模块连接于转速采集模块，用于当第三转速值与第二转速值一致时闭合第三离合器33，此时第一离合器31与第二离合器32保持在闭合状态。切换控制模块还包括联动子模块，联动子模块用于在同步子模块控制第三离合器33闭合时，控制第二离合器32、第一离合器31同步分离，此处若第一离合器31先分离，螺旋桨5脱离主机1，对辅机2会造成超负荷，影响辅机2运转甚至发生故障。而若第二离合器32先分离，则主机1空载，导致转速变化，对电网频率造成干扰。
91.当辅机2带动轴带发电机4发电的初期，由于扭矩负荷产生变化，可能导致转速变化，影响电网频率。因此切换控制模块还包括励磁调节子模块及电网频率检测子模块，励磁调节子模块及电网频率检测子模块，均采用单片机，电网频率检测子模块可通过傅式算法的频率测量算法测量电网的频率，具体不做展开。励磁调节子模块连接于轴带发电机4的励
磁调节器，用于控制绕组磁场，绕组磁场越强则对输入轴的扭矩负荷越大，可提升电网频率，反之负荷越小，可降低电网频率。
92.电网频率检测子模块连接于并网设备41，用于检测电网频率，还连接于励磁调节子模块及变速子模块，当电网频率超出设定区间时，控制励磁调节子模块调节励磁和/或控制变速子模块调节轴带发电机4输入轴转速，使电网频率恢复到设定区间内，具体的，若电网频率偏高，则降低励磁，或降低转速，若电网频率偏低，则增大励磁，或升高转速。
93.本实施例的螺旋桨5采用变距桨，即cpp，变距桨可改变螺旋桨5自身的桨叶的螺距角，相同转速下，螺距角增大推力增大，螺距角减小推力减小，从而可以在减少转速的波动，不影响电网频率的情况下实现航行速度的变化调节，例如船启动、加速与减速等。
94.船启动时，若辅机2在船停时处于运行状态，需要从辅机2切换到主机1，由主机1带动变距桨转动产生推力。
95.因此，本实施例的船用抱轴式轴带发电系统还包括：
96.指令获取模块，用于获取加速指令；
97.处理模块，连接于指令获取模块，用于解析加速指令，生成目标加速度，调取预设的变速配准库以确定变距桨的目标螺距角，依据第二转速值及目标螺距角判断是否需要增大扭矩；
98.若是，则所述切换控制模块启动辅机2，并通过变速子模块使第三转速值与第二转速值一致，并闭合第三离合器33，再控制变距桨调节至目标螺距角；
99.若否，则控制变距桨调节至目标螺距角。
100.具体的，指令获取模块与处理模块均可采用单片机，指令获取模块用于读取工作人员的操作指令，例如当工作人员设定好目标船速及达到目标船速所需时间，或者直接输入加速度值时获取到加速指令，加速指令即目标船速及控制时间，目标船速可表示需要达到的船速，控制时间表示达到指定船速的允许时长，依据两者可得到加速度，根据加速度可换算得到变距桨的转速、变距桨的螺距角。
101.预设的变速配准库，即通过试验得到的变距桨的转速、变距桨的螺距角与船加速度的关系式或者对应关系，即在某一变距桨转速下、某一螺距角下理论上船加速度可以达到某个值，而多个不同转速下、不同螺距角下对应的船加速度即可组成变速配准库，方便作参考，该变速配准库可通过数据迭代算法不断优化以实现预估精度的提升，也可加入其他参考因素，例如船体积载重、主机1等设备的使用年限、风向风速、水流向流速等参数，以此减少估算误差。
102.而主机1本身的输出扭矩有极限值，而螺距角的改变，会使得螺旋桨5作用于主机1的扭矩负荷增大，容易导致转速衰减，干扰电网频率，尤其当目标的加速度值较大，使得变距桨所需的扭矩超出了主机1的最大扭矩时，即可动用辅机2进行加持，且停船时辅机2处于启动状态，因此无需再次启动，减少了启动时的油耗。
103.切换控制模块还包括辅助启动子模块，辅助启动子模块连接于变速子模块，用于在开船时控制主机1启动进行测试和暖机(柴油发电机冷机启动时,由于机油黏度大、流动性差,机油泵供油不足,机器摩擦面因缺油润滑不良,造成急剧磨损,甚至发生拉缸、烧瓦等故障)。
104.在测试结束时，若确定主机1可正常使用，则控制变速子模块使第三速度值与第二
速度值一致，控制第二离合器32闭合。一开始变距桨的螺距角调至最小，方便辅机2带动，避免宕机。
105.之后控制变距桨的螺距角增大至第一设定角度。变距桨的螺距角在第一设定角度下时达到辅机2可承受的输出扭矩极限。
106.控制第一离合器31闭合，控制变距桨的螺距角增大至第二设定角度。此时主机1成功接入，带动变距桨与轴带发电机4运行，由于有辅机2的扭矩加持，船可以达到相比主机1单独接入更大的输出扭矩，支持船只快速前进，甚至达到预设的第三设定角度，第三设定角度取在主机1与辅机2叠加的极限输出扭矩下变距桨所能达到的最大螺距角，此时作用于船的推力达到最大。
107.当船达到目标船速，或者目标加速度下变距桨的所需扭矩不超过主机1的极限扭矩时，控制第三离合器33分离，关闭辅机2，由主机1单独带动变距桨与轴带发电机4。
108.本实施例的船用抱轴式轴带发电系统还包括：
109.设备监控模块，用于监控主机1是否发生故障；
110.变距模块，用于调节变距桨的螺距角；
111.应急控制模块，用于当监控主机1故障时，通过变距模块控制变距桨的螺距角减小至设定值；控制辅机2启动，通过变速子模块使第三转速值与第二转速值一致，并闭合第三离合器33，分离第一离合器31。
112.具体的，设备监控模块采用单片机，安装于主机1，用于检测主机1的转速、油耗、各项压力值等设备参数，当某一或某些设备参数脱离正常的运行参数范围可判定主机1故障，需要维护，具体的判定逻辑按照实际情况和要求确定，此处不做展开。
113.变距模块采用plc控制器，连接于变距桨，用于调节变距桨的螺距角，应急控制模块采用处理器，设定值可以与第一设定角度一致，使得辅机2可带动变距桨正常运转，产生可带动船航行的推。控制辅机2启动时，通过变速子模块使第三转速值与第二转速值一致，并闭合第三离合器33，分离第一离合器31，从而使得主机1脱离，方便维修人员进行故障排除。
114.应急控制模块还包括反制子模块及逆变子模块，反制子模块连接于逆变子模块，逆变子模块包括逆变器及其他可将直流电转化为交流电，并驱动轴带发电机4的转子转动，反制子模块用于当监控到主机1发生故障时启动逆变子模块，启用储能装置，储能装置通过逆变子模块向轴带发电机4供电。若辅机2故障时则可采用反制子模块及逆变子模块带动轴带发电机4，以此带动变距桨转动产生推力，而若辅机2也可使用，则可配合辅机2一起使用，此时可增大变距桨的螺距角，以提高航行速度。
115.在降低船速准备停船时，可采用反向螺距角，或者减小螺距的方式减速，也可采用降低主机1转速的方式，具体如下：
116.切换控制模块还包括减速子模块，减速子模块采用处理器，连接于转速采集子模块、励磁调节子模块；
117.减速子模块控制主机1逐渐减速，通过转速采集子模块检测轴带发电机4的输入轴转速，即第二转速值，第二转速值不低于设定转速，设定转速一般取60％，以减少对电网频率的影响，在转速下降的过程中通过励磁调节子模块拉升绕组磁场可以抵消转速衰减导致的电网频率下降；然后启动辅机2，通过变速子模块调节第三转速值，使其与第二转速值保
持同步，然后控制第一离合器31、第二离合器32保持分离，第三离合器33闭合。如此，轴带发电机4可实现从主机1驱动平滑过渡至辅机2驱动，实现带电转换，同时主机1的动能浪费可降低至最低，同时转速下降对于第一离合器31、第二离合器32、第三离合器33切换时的冲击更小，可以延长寿命。同时可避免主机1带负荷关停、辅机2空载启动导致的故障现象。
118.本实施例还提供一种船用抱轴式轴带发电方法，参照图3，包括如下步骤：
119.一种船用抱轴式轴带发电方法，包括：
120.监测船是否停止，当船停止时输出备电信息；
121.启动辅机2；
122.采集辅机2的转速并得到第一转速值，采集轴带发电机4的输入轴转速并得到第二转速值，采集变速子模块输出端的转速并得到第三转速值；
123.依据第一转速值及第二转速值调节差速比，使第三转速值与第二转速值一致；
124.依据备电信息分离连接于主机1的输出轴与转向装置之间的第一离合器31，并同步分离连接于轴带发电机4的输出轴与螺旋桨5之间的第二离合器32；
125.当第三转速值与第二转速值一致时闭合连接于辅机2与转向装置之间的第三离合器33。
126.本实施例的船用抱轴式轴带发电方法还包括如下步骤：
127.检测电网频率；
128.当电网频率超出设定区间时，控制励磁调节子模块调节励磁和/或控制变速子模块调节轴带发电机4输入轴转速，使电网频率恢复到设定区间内。
129.本实施例的船用抱轴式轴带发电方法还包括如下步骤：
130.获取加速指令；
131.解析加速指令，生成目标加速度，调取预设的变速配准库以确定变距桨的目标螺距角，依据第二转速值及目标螺距角判断是否需要增大扭矩；
132.若是，则所述切换控制模块启动辅机2，并通过变速子模块使第三转速值与第二转速值一致，并闭合第三离合器33，再控制变距桨调节至目标螺距角；
133.若否，则控制变距桨调节至目标螺距角。
134.本实施例的船用抱轴式轴带发电方法还包括如下步骤：
135.监控主机1是否发生故障；
136.当监控主机1故障时，通过变距模块控制变距桨的螺距角减小至设定值；
137.控制辅机2启动，通过变速子模块使第三转速值与第二转速值一致，并闭合第三离合器33，分离第一离合器31。
138.在另一实施例中，当监控到主机1发生故障时启动逆变子模块，启用储能装置，所述储能装置通过逆变子模块向轴带发电机4供电。
139.本实施例的船用抱轴式轴带发电方法还包括如下步骤：
140.获取停船时长；
141.监测储能装置的剩余电量；
142.依据停船时间、剩余电量计算预估用电损耗；
143.依据预估用电损耗确定是否启用辅机2；
144.在船停时启用辅机2；
145.不启用辅机2，启用储能装置供电。
146.本实施例的船用抱轴式轴带发电方法还包括如下步骤：
147.在开船时控制主机1启动进行测试；
148.测试结束时使第三速度值与第二速度值一致，控制第二离合器32闭合；
149.控制变距桨的螺距角增大至第一设定角度；
150.控制第一离合器31闭合，控制变距桨的螺距角增大至第二设定角度；
151.控制第三离合器33分离，关闭辅机2。
152.本技术实施例船用抱轴式轴带发电系统的实施原理为：当船停止不动时，状态监测模块监测到船停止，输出备电信息，切换控制模块响应于备电信息，第一离合器31、第二离合器32先同步分离，控制第三离合器33闭合，辅机2带动轴带发电机4，轴带发电机4发电满足船上长时用电需求。
153.匀速航行时，断开第三离合器33，关闭辅机2，第一离合器31及第二离合器32均保持在合状态，主机1维持稳定输出，轴带发电机4吸收功率，维持船上用电；
154.加速航行时，辅机2启动，通过变速子模块调节其转速，使之与轴带发电机4同步，之后控制第三离合器33闭合，即可增加整体的扭矩输出，方便上调变距桨的螺距角，提升推力。
155.以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本领域的技术人员应当了解，本发明不受上述实施例的限制，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入本发明要求保护的范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

技术特征：
1.一种船用抱轴式轴带发电系统，其特征在于，包括轴带发电机(4)及并网装置，所述并网设备(41)用于连接轴带发电机(4)及用电设备，所述轴带发电机(4)的输入轴用于连接于主机(1)的输出轴且其输出轴连接螺旋桨(5)；还包括：转向装置；辅机(2)，通过转向装置连接于所述轴带发电机(4)的输入轴或输出轴；第一离合器(31)，连接于主机(1)的输出轴与转向装置之间；第二离合器(32)，连接于轴带发电机(4)的输出轴与螺旋桨(5)之间；第三离合器(33)，连接于辅机(2)与转向装置之间；状态监测模块，用于实时监测船舶状态，在监测到船停止时输出备电信息；切换控制模块，连接于状态监测模块，用于依据备电信息启动辅机(2)，并闭合第三离合器(33)，分离第一离合器(31)及第二离合器(32)。2.根据权利要求1所述的船用抱轴式轴带发电系统，其特征在于，所述切换控制模块包括转速采集子模块、变速子模块及同步子模块，所述变速子模块位于辅机(2)与转向装置之间；所述转速采集模块用于采集辅机(2)的转速并得到第一转速值，采集轴带发电机(4)的输入轴转速并得到第二转速值，采集变速子模块输出端的转速并得到第三转速值；所述变速子模块连接于转速采集子模块，用于依据第一转速值及第二转速值调节差速比，使第三转速值与第二转速值一致；所述同步子模块连接于转速采集模块，用于当第三转速值与第二转速值一致时闭合第三离合器(33)。3.根据权利要求2所述的船用抱轴式轴带发电系统，其特征在于，所述切换控制模块还包括联动子模块，所述联动子模块用于在所述同步子模块控制第三离合器(33)闭合时，控制第二离合器(32)、第一离合器(31)同步分离。4.根据权利要求2所述的船用抱轴式轴带发电系统，其特征在于，所述切换控制模块还包括励磁调节子模块及电网频率检测子模块，所述励磁调节子模块连接于轴带发电机(4)的励磁调节器，用于控制绕组磁场，所述电网频率检测子模块连接于并网设备(41)，用于检测电网频率，还连接于励磁调节子模块及变速子模块，当电网频率超出设定区间时，控制励磁调节子模块调节励磁和/或控制变速子模块调节轴带发电机(4)输入轴转速，使电网频率恢复到设定区间内。5.根据权利要求2所述的船用抱轴式轴带发电系统，其特征在于，螺旋桨(5)采用变距桨；还包括：指令获取模块，用于获取加速指令；处理模块，连接于指令获取模块，用于解析加速指令，生成目标加速度，调取预设的变速配准库以确定变距桨的目标螺距角，依据第二转速值及目标螺距角判断是否需要增大扭矩；若是，则所述切换控制模块启动辅机(2)，并通过变速子模块使第三转速值与第二转速值一致，并闭合第三离合器(33)，再控制变距桨调节至目标螺距角；若否，则控制变距桨调节至目标螺距角。
6.根据权利要求5所述的船用抱轴式轴带发电系统，其特征在于，还包括：设备监控模块，用于监控主机(1)是否发生故障；变距模块，用于调节变距桨的螺距角；应急控制模块，用于当监控主机(1)故障时，通过变距模块控制变距桨的螺距角减小至设定值；控制辅机(2)启动，通过变速子模块使第三转速值与第二转速值一致，并闭合第三离合器(33)，分离第一离合器(31)。7.根据权利要求6所述的船用抱轴式轴带发电系统，其特征在于，所述应急控制模块还包括反制子模块及逆变子模块，所述反制子模块连接于逆变子模块，用于当监控到主机(1)发生故障时启动逆变子模块，启用储能装置，所述储能装置通过逆变子模块向轴带发电机(4)供电。8.根据权利要求1所述的船用抱轴式轴带发电系统，其特征在于，所述并网设备(41)上连接有储能装置，储能装置用于储存多余的电能；还包括：时间输入模块，用于获取停船时长；电量监测模块，用于监测储能装置的剩余电量；计算模块，用于依据停船时间、剩余电量计算预估用电损耗；判断模块，用于依据预估用电损耗确定是否启用辅机(2)；若是，则在船停时启用辅机(2)；若否，则不启用辅机(2)，启用储能装置供电。9.根据权利要求5所述的船用抱轴式轴带发电系统，其特征在于，所述切换控制模块还包括辅助启动子模块；所述辅助启动子模块连接于变速子模块，用于在开船时控制主机(1)启动进行测试，并在测试结束时控制变速子模块使第三速度值与第二速度值一致，控制第二离合器(32)闭合，控制变距桨的螺距角增大至第一设定角度，再控制第一离合器(31)闭合，控制变距桨的螺距角增大至第二设定角度，再控制第三离合器(33)分离，关闭辅机(2)。10.一种船用抱轴式轴带发电方法，应用如权利要求1-9中任一项所述的船用抱轴式轴带发电系统实现，其特征在于，包括：监测船是否停止，当船停止时输出备电信息；依据备电信息分离连接于主机(1)的输出轴与转向装置之间的第一离合器(31)，分离连接于轴带发电机(4)的输出轴与螺旋桨(5)之间的第二离合器(32)；启动辅机(2)；闭合连接于辅机(2)与转向装置之间的第三离合器(33)。

技术总结
本申请涉及一种船用抱轴式轴带发电系统及方法，其包括轴带发电机及并网装置，并网设备用于连接轴带发电机及用电设备，轴带发电机的输入轴用于连接于主机的输出轴且其输出轴连接螺旋桨；还包括：转向装置；辅机，通过转向装置连接于所述轴带发电机的输入轴或输出轴；第一离合器，连接于主机的输出轴与转向装置之间；第二离合器，连接于轴带发电机的输出轴与螺旋桨之间；第三离合器，连接于辅机与转向装置之间；状态监测模块，用于实时监测船舶状态，在监测到船停止时输出备电信息；切换控制模块，连接于状态监测模块，用于依据备电信息分离第一离合器及第二离合器，启动辅机，并闭合第三离合器。本申请具有满足停船长时用电的需求的效果。求的效果。求的效果。


技术研发人员：刘敏杰 邓建华 刘明超 胡伟佳
受保护的技术使用者：上海中车汉格船舶与海洋工程有限公司
技术研发日：2023.03.02
技术公布日：2023/5/23