CN111976904A - 一种破冰船辅助破冰动力系统及破冰方法 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种破冰船辅助破冰动力系统及破冰方法，包括船体、主推发动机、辅助破冰发动机，主推发动机和辅助破冰发动机均安装在船体里，主推发动机连接螺旋桨，辅助破冰发动机连接动力分配齿轮箱，动力分配齿轮箱连接第一‑第三动力分配齿轮箱输出轴，第一动力分配齿轮箱输出轴连接第一前置倒车螺旋桨，第二动力分配齿轮箱输出轴连接第二前置倒车螺旋桨，第三动力分配齿轮箱输出轴连接抬起扇。本发明可实现双桨差速转向，与舵机配合以解决破冰船在较厚冰层中转向困难响应慢的问题，增大船艏破冰范围，抬起扇为船艏提供向上的推力，利于船艏冲上冰层利用自身重力将冰层压碎，抬起扇将船艏抬起高度提高以增大破冰船破冰时的冲击力。

Description

一种破冰船辅助破冰动力系统及破冰方法

技术领域

本发明涉及的是一种船舶，具体地说是破冰船。

背景技术

破冰船作为冰区航行的主要交通工具，用于破碎冰层，开辟航道，确保舰船能够进出冰冻的港口、锚地，或引导舰船在冰区航行。

一般的船舶推进系统只能推进船舶前进，而破冰船需要频繁正车、倒车，若采用调距桨，极地气候条件下调距桨的设计难度较大，并且其传动机构与操纵机构受低温条件影响将更为复杂，保养及修理困难，对于定距桨而言，船舶倒车响应时间过慢，发动机工作特性差，且在较厚冰层中转向困难且响应时间过慢，破冰范围局限于船艏宽度，且无法使船艏抬起以增大破冰时的冲击力。

发明内容

本发明的目的在于提供可解决破冰船往复式破冰时频繁正倒车响应慢、发动机工作特性差等问题的一种破冰船辅助破冰动力系统。

本发明的目的是这样实现的：

本发明一种破冰船辅助破冰动力系统，其特征是：包括船体、主推发动机、辅助破冰发动机，主推发动机和辅助破冰发动机均安装在船体里，主推发动机连接螺旋桨，辅助破冰发动机连接动力分配齿轮箱，动力分配齿轮箱连接第一-第三动力分配齿轮箱输出轴，第一动力分配齿轮箱输出轴连接第一离合变速箱，第一离合变速箱连接第一前置倒车螺旋桨，第二动力分配齿轮箱输出轴连接第二离合变速箱，第二离合变速箱连接第二前置倒车螺旋桨，第三动力分配齿轮箱输出轴连接抬起扇，抬起扇设置在抬起舱里。

本发明一种破冰船辅助破冰动力系统还可以包括：

1、还包括第一防冰挡板和第二防冰挡板，第一控制电机连接第一防冰挡板并控制第一防冰挡板，使其可旋转90度从而实现其开闭，第一防冰挡板位于第一前置倒车螺旋桨前方，第二控制电机连接第二防冰挡板并控制第二防冰挡板，使其可旋转90度从而实现其开闭，第二防冰挡板位于第二前置倒车螺旋桨前方。

2、第三动力分配齿轮箱输出轴设置在第一动力分配齿轮箱输出轴和第二动力分配齿轮箱输出轴之间，第一动力分配齿轮箱输出轴和第二动力分配齿轮箱输出轴相对于第三动力分配齿轮箱输出轴，左右对称布置，第一前置倒车螺旋桨和第二前置倒车螺旋桨相对于第三动力分配齿轮箱输出轴，左右对称布置。

本发明一种包含辅助破冰动力系统的破冰船的破冰方法，其特征是：采用如权利要求1所述的破冰船辅助破冰动力系统；

船体破冰方式包括连续式破冰和往复式破冰；

连续式破冰时，主推发动机提供动力，将动力传递给螺旋桨推动船体前进，船体前进途中将冰层直接撞碎，此时辅助破冰发动机不工作；

往复式破冰时，利用船体行驶时的惯性，使船体的船艏冲上冰面利用船体自身重力将冰层压碎，之后船体倒退，再冲上冰层压碎冰层，如此循环往复；此过程中，辅助破冰发动机工作，保持100％负荷运行，辅助破冰发动机将动力通过动力分配齿轮箱输入轴输入给动力分配齿轮箱，第一和第二防冰挡板打开，第一前置倒车螺旋桨和第二前置倒车螺旋桨工作产生向后的推力，通过船体的船艏压上前方冰层利用自身重力破冰，此时第一前置倒车螺旋桨和第二前置倒车螺旋桨产生向后的推力以抵消一部分主推发动机带动螺旋桨旋转产生的推力，使得船体总的向前的推力减小，从而减小冰面与破冰船相撞的冲击，同时第三动力分配齿轮箱输出轴带动抬起扇旋转，使得船艏处获得向上的推力，以增大船艏利用自重破冰的冲击力，此时往复式破冰第一次破冰完成，开始倒车准备进行下一次破冰；倒车行程中，减少主推发动机的喷油量使其以部分负荷运行，第一前置倒车螺旋桨和第二前置倒车螺旋桨提供100％的推力，确保此时主推发动机不用停车再启动的同时螺旋桨的推力小于第一前置倒车螺旋桨和第二前置倒车螺旋桨的推力以实现船体倒车；倒车完成后，主推发动机以100％负荷运行，降低第一前置倒车螺旋桨和第二前置倒车螺旋桨提供的推力，确保螺旋桨的推力大于第一前置倒车螺旋桨和第二前置倒车螺旋桨的推力以实现船体前进，准备下一次着冰，重复第一次破冰过程，往复工作直至破冰完成。

本发明的优势在于：

1、冰层较厚无法通过撞击直接破冰时，需依靠破冰船自重压碎冰层，此时前置倒车螺旋桨开始运转可以抵消一部分主推动力系统推力，以减小破冰船着冰时的冲击，使得着冰更加平稳，配合抬起扇辅助破冰船船艏更高的抬起，增大船艏碾压冰层的冲击力。

2、冰层较厚时，连续行驶的破冰船可能无法破冰，需要往复式破冰，此时破冰船需频繁正车、倒车，通过前置倒车螺旋桨进行倒车，倒车行程中主推发动机不用停车再启动，只需以部分负荷工作，使得前置倒车螺旋桨产生的向后的推力大于主推螺旋桨前进的推力，以确保破冰船能够正常倒车即可，同理，完成倒车之后破冰船需重新向前行驶时，只需将主推发动机全负荷运行即可，主推发动机与辅助破冰发动机机型的选取需根据破冰船船型进行匹配设计，以满足正、倒车工况正常运行。

3、当破冰船需要在较厚冰层改变船艏方向以增大船艏破冰宽度时，可使左右对称的两个离合变速箱位于不同传动比以实现左右对称的前置倒车螺旋桨差速转向功能。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的主视结构示意图；

图3为防冰挡板的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

结合图1-3，包括船体1，所述船体1中包括两部分动力系统，分别为辅助破冰动力系统和主推动力系统，所述辅助破冰动力系统由辅助破冰发动机8提供动力，其输出的动力经由动力分配齿轮箱输入轴7输入动力分配齿轮箱6，所述动力分配齿轮箱6有三根动力分配齿轮箱输出轴，所述动力分配齿轮箱输出轴包括左右对称的动力分配齿轮箱输出轴17与离合变速箱16相连，通过可控的变速调节之后经离合变速箱输出轴15与左右对称的前置倒车螺旋桨14相连，所述第三根动力分配齿轮箱输出轴5通过主、从动齿轮组13啮合与抬起扇3相连在抬起舱2中工作。

参阅图2、图3，所述前置倒车螺旋桨14前设置一防冰挡板4，挡板21为硬度很高的耐低温金属与连接轴22螺纹连接，连接轴22的另一端与一电控电机24相连，控制电机工作使得圆形挡板21旋转90度控制其开闭，通过密封装置23进行密封。

参阅图1、图2，所述前置倒车螺旋桨14通过密封装置18进行密封，所述抬起扇3通过密封装置12进行密封，所述螺旋桨11通过密封装置19进行密封。

参阅图1、图2，所述主推动力系统包括主推发动机9与传动轴系10相连，传动轴系10又与螺旋桨11相连，螺旋桨后设置舵机20。

结合附图，本发明的工作原理如下：破冰船的破冰方式有两种，分别为连续式和往复式，冰层较薄时采用连续式破冰，此时由主推发动机9提供动力，将动力通过传动轴系10传递给螺旋桨11推动船舶前进，破冰船前进途中将较薄冰层直接撞碎，此时辅助破冰动力系统不工作，当冰层较厚时，需要进行往复式破冰，即利用船舶行驶时的惯性，使船艏冲上冰面利用船舶自身重力将冰层压碎，之后破冰船倒退一段距离后再开足马力冲上冰层压碎冰层，如此循环往复，当破冰船要对较厚冰层进行破冰时，辅助破冰发动机8开始工作，整个破冰过程中，辅助破冰发动机8保持100％负荷运行，使其始终运行在最佳工况点，通过离合变速箱16调节其输出给前置倒车螺旋桨14的动力，以满足正车、倒车、差速转向等不同工况要求，辅助破冰发动机8将动力通过动力分配齿轮箱输入轴7输入给动力分配齿轮箱6，此时左右对称的动力分配齿轮箱输出轴17与的动力分配齿轮箱输出轴5均输出动力，同时防冰挡板4由船舶辅机发电机驱动打开，左右对称的离合变速箱输出轴15带动左右对称的前置倒车螺旋桨14工作产生向后的推力，由于此时冰层较厚无法通过撞击进行破冰，而要通过破冰船船艏压上前方冰层利用自身重力破冰，此时左右对称的前置倒车螺旋桨14产生向后的推力以抵消一部分主推发动机9带动螺旋桨11旋转产生的推力，使得船舶总的向前的推力减小，从而减小冰面与破冰船相撞的冲击使破冰船能够更为平稳的着冰，同时动力分配齿轮箱输出轴5带动抬起扇3旋转，使得船艏处获得一个向上的推力使得船艏能够更高的抬起，以增大船艏利用自重破冰的冲击力，此时往复式破冰第一次破冰完成，开始倒车准备进行下一次破冰，倒车行程中，减少主推发动机9的喷油量使其以25％负荷运行，此时维持离合变速箱16的拨叉机构减速比为0，使得前置倒车螺旋桨14能够提供100％的推力，确保此时主推发动机不用停车再启动的同时螺旋桨11的推力小于前置倒车螺旋桨14的推力以实现破冰船正常倒车，大大加快倒车响应速度，倒车一段距离之后准备开足马力第二次冲上冰层，此时主推发动机11以100％负荷运行，利用离合变速箱16的拨叉机构增大其减速比由0增至0.75，使得前置倒车螺旋桨14提供的推力变为之前的25％，确保螺旋桨11的推力大于前置倒车螺旋桨14的推力以实现破冰船正常前进，准备下一次着冰，重复第一次破冰过程，往复工作直至破冰完成。

为避免破冰过程中船艏抬高使前置倒车螺旋桨14露出水面造成辅助破冰发动机8飞车，前置倒车螺旋桨14采用双螺旋桨的形式，减小其桨径的同时保证其推力。

离合变速箱16将动力分配齿轮箱输出轴输出的动力作为动力输入，离合机构在变速时暂时切断动力传递以减轻变速时的冲击，变速机构通过调节拨叉机构改变离合变速箱输出轴啮合齿轮的传动比，从而达到对前置倒车螺旋桨的调速及差速转向功能。

当破冰船需要在较厚冰层改变船艏方向以增大船艏破冰宽度时，可使左右对称的两个离合变速箱16的拨叉机构位于不同传动比以实现前置倒车螺旋桨14差速转向功能，与舵机配合以加快船艏方向改变的响应时间。

Claims (4)

1.一种破冰船辅助破冰动力系统，其特征是：包括船体、主推发动机、辅助破冰发动机，主推发动机和辅助破冰发动机均安装在船体里，主推发动机连接螺旋桨，辅助破冰发动机连接动力分配齿轮箱，动力分配齿轮箱连接第一-第三动力分配齿轮箱输出轴，第一动力分配齿轮箱输出轴连接第一离合变速箱，第一离合变速箱连接第一前置倒车螺旋桨，第二动力分配齿轮箱输出轴连接第二离合变速箱，第二离合变速箱连接第二前置倒车螺旋桨，第三动力分配齿轮箱输出轴连接抬起扇，抬起扇设置在抬起舱里。

2.根据权利要求1所述的一种破冰船辅助破冰动力系统，其特征是：还包括第一防冰挡板和第二防冰挡板，第一控制电机连接第一防冰挡板并控制第一防冰挡板，使其可旋转90度从而实现其开闭，第一防冰挡板位于第一前置倒车螺旋桨前方，第二控制电机连接第二防冰挡板并控制第二防冰挡板，使其可旋转90度从而实现其开闭，第二防冰挡板位于第二前置倒车螺旋桨前方。

3.根据权利要求1或2所述的一种破冰船辅助破冰动力系统，其特征是：第三动力分配齿轮箱输出轴设置在第一动力分配齿轮箱输出轴和第二动力分配齿轮箱输出轴之间，第一动力分配齿轮箱输出轴和第二动力分配齿轮箱输出轴相对于第三动力分配齿轮箱输出轴，左右对称布置，第一前置倒车螺旋桨和第二前置倒车螺旋桨相对于第三动力分配齿轮箱输出轴，左右对称布置。

4.一种包含辅助破冰动力系统的破冰船的破冰方法，其特征是：采用如权利要求1所述的破冰船辅助破冰动力系统；

船体破冰方式包括连续式破冰和往复式破冰；

连续式破冰时，主推发动机提供动力，将动力传递给螺旋桨推动船体前进，船体前进途中将冰层直接撞碎，此时辅助破冰发动机不工作；

往复式破冰时，利用船体行驶时的惯性，使船体的船艏冲上冰面利用船体自身重力将冰层压碎，之后船体倒退，再冲上冰层压碎冰层，如此循环往复；此过程中，辅助破冰发动机工作，保持100％负荷运行，辅助破冰发动机将动力通过动力分配齿轮箱输入轴输入给动力分配齿轮箱，第一和第二防冰挡板打开，第一前置倒车螺旋桨和第二前置倒车螺旋桨工作产生向后的推力，通过船体的船艏压上前方冰层利用自身重力破冰，此时第一前置倒车螺旋桨和第二前置倒车螺旋桨产生向后的推力以抵消一部分主推发动机带动螺旋桨旋转产生的推力，使得船体总的向前的推力减小，从而减小冰面与破冰船相撞的冲击，同时第三动力分配齿轮箱输出轴带动抬起扇旋转，使得船艏处获得向上的推力，以增大船艏利用自重破冰的冲击力，此时往复式破冰第一次破冰完成，开始倒车准备进行下一次破冰；倒车行程中，减少主推发动机的喷油量使其以部分负荷运行，第一前置倒车螺旋桨和第二前置倒车螺旋桨提供100％的推力，确保此时主推发动机不用停车再启动的同时螺旋桨的推力小于第一前置倒车螺旋桨和第二前置倒车螺旋桨的推力以实现船体倒车；倒车完成后，主推发动机以100％负荷运行，降低第一前置倒车螺旋桨和第二前置倒车螺旋桨提供的推力，确保螺旋桨的推力大于第一前置倒车螺旋桨和第二前置倒车螺旋桨的推力以实现船体前进，准备下一次着冰，重复第一次破冰过程，往复工作直至破冰完成。

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