用于操作机械从动设备的传动系统的方法与流程

1.本公开涉及一种用于操作驱动装置以驱动传动系统中的机械从动设备的方法。


背景技术：

2.机械从动设备或负载，诸如泵或压缩机，由适当的动力源驱动。在这些动力源中，可以提及燃气轮机、汽轮机、膨胀机、柴油机、燃气发动机或电动机。
3.通常，市场上有被称为“传动系”、“传动系统”或类似系统的系统，其中动力源通过传动设备驱动负载，诸如一个或多个压缩机、泵或船用推进器。更具体地，从动力源到机械从动设备(或负载)的动力传输通过输入轴(动力源连接到该输入轴)、输出轴(连接到负载l)和齿轮箱(用以改变输入轴(即动力源的输入轴)和输出轴(即负载的输出轴)的速度之间的传动比)进行。下文中，仅为了便于参考，包括动力源、齿轮箱和负载(例如，压缩机)的系统可被称为“传动系”、“传动系统”或“传动设备”。
4.齿轮箱可以是不同的类型，并且特别地，其可以是固定或可变齿轮比类型。
5.通常，在几种情况下改变从动设备的速度是必要的。因此，如果在系统中使用固定的传动比，则通常需要驱动设备(即动力源)能够改变传动装置输入轴的转速。在这种情况下，唯一可能的驱动器或动力源例如可以是变频驱动(vfd)电动机、双轴燃气轮机、汽轮机、膨胀机、柴油机或燃气发动机。事实上，这些种类的动力源可以改变速度。然而，从技术角度来看，这些系统变得很复杂，因为必须为该设备配备用于电动机的大型变频器或增加动力源的机械复杂性。
6.另外，在驱动器是具有vfd的电动机的情况下，传动系统可经历次同步扭转相互作用，该次同步扭转相互作用可通过网络干扰传递到其他传动系统，诸如发电机驱动或机械驱动传动系。在这种情况下，传动系统在capex(占地面积和重量)和opex(效率)方面没有得到优化。
7.如果使用可变传动比齿轮箱，则可使用固定速度的电动机或单轴燃气轮机作为动力源。配备有可变齿轮比齿轮箱的传动系统通常包括行星式齿轮箱或衍生的齿轮箱。这种类型的齿轮箱通常包括环形轮、与环形轮啮合并且由行星齿轮架保持在一起的多个星轮以及依次与星轮啮合的太阳轮。假设传动装置输入轴联接到环形轮或行星齿轮架，则可通过改变行星齿轮架相对于环形轮的转速来改变可变齿轮比行星齿轮箱的传动比，反之亦然，可通过改变环形轮相对于行星齿轮架的转速来改变传动比。使用可变齿轮比齿轮箱使设计更加灵活。作为行星式齿轮的替代，副轴齿轮装置可用于实现可变传动比齿轮箱，其包括输入太阳轮、与输入太阳轮啮合并且由行星齿轮架保持在一起的多个星轮以及输出太阳轮，输出太阳轮又与星轮啮合。
8.在提供燃气轮机作为驱动器的传动系统中，在燃气轮机启动期间通过固定速比传动装置直接机械连接到负载的情况下，部分扭矩被传递到与负载连接的传动装置输出轴。这需要燃气轮机在启动时承受负载阻力，这意味着由于单轴燃气轮机在启动期间的扭矩输出限制而不能使用单轴燃气轮机。为了防止这种问题，通常提供一个或多个离合器或大型
起动器设备，例如电动机、汽轮机或膨胀机，这必然增加设备的成本以及造成效率损失。
9.此外，在提供电动机作为驱动器的传动系统中，在通过固定速比传动装置直接机械连接到负载的情况下，在启动阶段，电动机承受由其惯性产生的负载阻力。因此，必须使用具有更大功率的电动机来应对启动阶段期间所需的动力峰值。这需要增加传动设备的成本。另外，在这种情况下，对更高功率电动机的唯一替代是在传动链中使用一个或多个离合器。
10.因此，需要一种改进的变速比传动装置，该改进的变速比传动装置能够在驱动器启动序列期间将从动设备从驱动器断开以实现空载启动，并且然后能够将从动设备速度从静止同步到已经处于其标称速度的驱动器，以允许灵活布置传动系，同时能够控制从动设备的速度以涵盖任何操作条件。


技术实现要素：

11.在一个方面，本文所公开的主题涉及一种用于控制电动机-发电机单元和副轴齿轮装置的操作的方法，该副轴齿轮装置可以是具有两个太阳轮轴、三个或更多个复合星轮轴以及行星齿轮架的减速器或增速器，在驱动器启动序列期间将从动设备从驱动器断开，以实现空载启动，并且然后能够在驱动器以其标称速度运行时使从动设备速度从静止同步。行星齿轮架速度由电动机-发电机单元(也称为速比电动机-发电机单元-mgu)控制，该电动机-发电机单元充当连续受控可变扭矩系统(ccvt)。通过改变行星齿轮架速度，可以连续改变齿轮输入/输出速比。
12.可以存在或不存在附加的电动机-发电机单元(称为动力平衡电动机-发电机单元-mgu)，以保持齿轮输出轴并且因此允许速比电动机-发电机单元启动动力源(诸如单轴燃气轮机、同步电动机、柴油机、燃气发动机)，或者保持动力源运行以涵盖瞬时操作条件，例如空转、曲柄、联机水洗、冷却。
13.该用于控制所述动力平衡电动机-发电机单元的方法将允许保持动力源(如单轴和双轴燃气轮机或汽轮机或柴油机或燃气发动机)在它们的最高效率条件下运行，因此使得能够基于能量可用性和成本实现燃气/电力或蒸汽/电力或柴油/电功率平衡，因此基于环境条件(冬季/夏季或夜间/白天环境温度变化)涵盖例如燃气轮机动力过剩/不足，因此使得能够在电池系统中储存电能以建立旋转储备。
14.在一个方面中，本文公开的主题涉及一种连接在动力源与待驱动的设备或负载之间的驱动装置。该驱动装置包括混合齿轮箱，该混合齿轮箱具有包括行星齿轮架的副轴齿轮箱，该副轴齿轮箱被配置为调节动力源与从动设备之间的传动速比。该混合齿轮箱还包括速比电动机-发电机单元。该操作方法允许控制行星齿轮架的旋转。
15.本公开的另一方面涉及一种用于操作具有动力源、驱动装置和负载(从动设备)的传动系统的方法。该方法包括操作速比电动机-发电机单元以调节行星齿轮架的转速，从而设定副轴齿轮箱的传动速比以调节驱动装置的输出轴处的速度和扭矩的步骤。
16.在另一方面，本文公开了一种具有单轴燃气轮机作为动力源的传动系统，其中速比电动机-发电机单元使行星齿轮架旋转以设定传动比，使得输出轴的转速在动力源的启动阶段为0，或者使得当速比电动机-发电机单元关闭时，行星齿轮架以自由旋转模式旋转以设定传动比，使得输出轴的转速在动力源的启动阶段为0。
17.在另一方面，本文公开了一种用于操作具有动力源(如单轴和双轴燃气轮机或汽轮机或柴油机或燃气发动机)的传动系统的方法，其中传输到从动设备的动力的一部分被回收并且被动力平衡电动机-发电机单元转换为电能以注入电网或电池组中，因此保持动力源以最大效率运行，使得能够最小化每等效总输出的co2产生并且使得能够建立旋转储备。
18.在另一方面，本文公开了一种用于操作具有动力源(如单轴和双轴燃气轮机)的传动系统的方法，其中操作动力平衡电动机-发电机单元以基于环境条件(冬季/夏季或夜间/白天环境温度变化)补偿燃气轮机动力过剩/不足，从而使得能够建立或使用旋转储备。
附图说明
19.当结合附图考虑时，通过参考以下详细描述，将容易地获得对本发明所公开的实施方案及其许多伴随的优点的更全面的理解，这同样变得更好理解，其中：
20.图1示出了根据第一实施方案的驱动装置方案的示意图；
21.图2示出了根据本公开的副轴齿轮箱的透视图；
22.图3示出了图2的副轴齿轮箱的纵向剖视图；
23.图4示出了控制逻辑单元的示意图的实施方案；
24.图5示出了根据本公开的用于操作传动系统的方法的流程图；
25.图6示出了用于操作包括单轴动力轮机的传动系统的方法的流程图；
26.图7示出了用于操作包括双轴动力轮机的传动系统的方法的流程图；并且
27.图8示出了用于操作包括双轴动力轮机的传动系统的方法的另一流程图。
具体实施方式
28.在机械从动设备中，诸如燃气轮机、电动机、柴油机、燃气发动机等的动力源必须连接到负载。该连接通过传动系统进行，该传动系统可根据任何可能的操作情况(诸如在启动阶段)改变其传动速比以改变从动设备速度。传动系统包括变速传动齿轮箱。变速齿轮箱的传动速比由电动机-发电机单元调节，该电动机-发电机单元以环形方式与可作为电动机或作为发电机操作的变速齿轮箱的行星齿轮架集成，以调节齿轮箱的速比，从而允许动力源与负载脱离，直到动力源本身达到所谓的曲柄速度，从而防止在上述启动阶段期间发生任何非线性动力传输。
29.现在参考附图，图1示出了根据第一实施方案的传动系统t，其整体用附图标记1表示，并采用根据本公开的操作方法进行操作。
30.具体地，传动系统t包括动力源2、通过输入轴3连接到动力源2的驱动装置1以及负载l，该负载又通过输出轴5连接到驱动装置1。另外，驱动装置1包括混合齿轮箱4，该混合齿轮箱被配置为将扭矩从输入轴3传递到输出轴5。
31.驱动装置1还包括为计算机的控制单元7和与输出轴5相关联的动力平衡电动机-发电机单元6。控制单元7操作地连接到混合齿轮箱4和第二电动机-发电机单元6，以根据扭矩co和转速ωo调节传输到负载l的动力。此外，控制单元7可连接到电网或电池组n，如下面更好地解释。
32.动力源2可以是在机械从动设备领域中使用的任何类型。具体地，动力源可以是双
轴型燃气轮机，因此能够改变其旋转速度，或是单轴型燃气轮机，因此以固定速度操作。另选地，动力源2也可以是电动机、汽轮机、膨胀机、柴油机或燃气发动机。动力源2能够输送用ci表示的扭矩，以使输入轴3以转速ci旋转。
33.混合齿轮箱4包括副轴齿轮箱41和速比电动机-发电机单元42。下面描述副轴齿轮箱41的实施方案的结构。然后，还公开了关于速比电动机-发电机单元42如何与副轴齿轮箱41相关联并且如何对其进行操作的实施方案。
34.还参考图2和图3，观察到副轴齿轮箱41包括连接到输入轴3的输入太阳轮411和两个或更多个(通常三个)复合星轮轴412，每个复合星轮轴具有与输入太阳轮411啮合的第一齿轮级4121、和第二齿轮级4122。副轴齿轮箱41还包括行星齿轮架413，该行星齿轮架具有主体4131，在该主体上获得外径面4132，该外径面的功能将在下文中更好地解释。
35.行星齿轮架413的主体4131容纳输入太阳轮411和复合星轮轴412。每个复合星轮轴412围绕行星齿轮架413的主体4131枢转。
36.副轴齿轮箱41还包括输出太阳轮414，该输出太阳轮连接到输出轴5，并且与每个复合星轮轴412的第二齿轮级4122啮合。输出太阳轮414也容纳在行星齿轮架413的主体4131内。
37.在图3所示的实施方案中，速比电动机-发电机单元42是周边低压电机，布置在副轴齿轮箱41的主体413的外径面4132上。具体地，速比电动机-发电机单元42围绕副轴齿轮箱41的主体413环状地布置。继续参考图3，速比电动机-发电机单元42包括布置在副轴齿轮箱41的主体413的外径面4132上的转子421，以及围绕转子421布置并因此围绕副轴齿轮箱41的主体413的外径面4132布置的定子422。
38.在图3所示的实施方案中，转子421包括安装在外径面4132上的多个永磁体4211或由其构成。在其他实施方案中，转子421可由绕组实现。
39.另外，在图3所示的实施方案中，定子422包括定子铁芯4221和绕组4222。从图3的纵剖面可以看出，定子422围绕转子421。
40.图3的速比电动机-发电机单元42的实施方案特别紧凑。然而，在另一实施方案中，速比电动机-发电机单元42可相对于副轴齿轮箱41布置在不同位置中，并且通过合适的轴连接到该副轴齿轮箱。
41.在操作中，通过速比电动机-发电机单元42可以使行星齿轮架413相对于输入太阳轮411和输出太阳轮414旋转(或控制其旋转)，从而调节输出轴5的转速ωo和扭矩co，如上所述，该输出轴连接到输出太阳轮414。
42.由于速比电动机-发电机单元42直接围绕行星齿轮架413布置，因此获得了组件的高度紧凑性。此外，如图所示，副轴齿轮箱41没有被阻挡，而是通过速比电动机-发电机单元42来控制其运动，即相对于输入轴3或输出轴5的相对旋转。此外，由于副轴齿轮箱41(或更准确地说是行星齿轮架413)未被阻挡，因此当速比电动机-发电机单元42被关闭时，可能不将扭矩传递到输出轴5，使得动力源2不会遇到负载l的任何阻力扭矩。如将在下面看到的，这方面避免了在运动链中插入离合器并且允许高设计自由度。
43.速比电动机-发电机单元42是低压电动机-发电机单元，如上所述，其既可作为电动机又可作为发电机操作，以控制行星齿轮架413的旋转。当速比电动机-发电机单元42处于发电机模式时，驱动装置1根据以下平衡方程将电流输送到电网n或电池系统，从而恢复
驱动器输出动力的一部分。
44.ciωi＝ccωc+coωo45.其中cc和ωc分别是扭矩和转速，并且它们的乘积是输送到电网n或电池组的动力。
46.当速比电动机-发电机单元42处于电动机模式时，根据以下方程，驱动装置1从电网或电池系统吸收电流，将其功率叠加到驱动器输出功率：
47.ciωi+ccωc＝coωo48.控制单元7连接到速比电动机-发电机单元42并且控制和调节其旋转。具体地，如将在下面更好地描述的，通过借助于速比电动机-发电机单元42调节行星齿轮架413的旋转，能够相应地调节传递到负载l的扭矩和速度。
49.如上所述，驱动装置1包括作为电动机的动力平衡电动机-发电机单元6，该电动机与输出轴5相关联，以调节其旋转。动力平衡电动机-发电机单元6可以是各种类型。在一些实施方案中，动力平衡电动机-发电机单元6包括安装在输出轴5的外径面上的多个永磁体4211或由其构成，或者其可以是相同的速比电动机-发电机单元42技术。
50.另外，动力平衡电动机-发电机单元6是低压电动机-发电机机器，其能够作为电动机操作，从而作用于输出轴5的运动，也能够作为发电机操作，从而吸收输入轴3上的(至少一部分)动力，从而产生电流。从动力平衡电动机-发电机单元6的电动机或发电机的操作转换由控制单元7控制，如下面更好地限定。
51.为了描述驱动装置1的操作，将描述图1、图2和图3的混合齿轮箱4的操作，并且将以不同的设计构造描述驱动装置1的整个操作。
52.混合齿轮箱4的操作如下。参考图1或图3，如果行星齿轮架413保持静止，则当输入轴沿一个方向(诸如箭头a所示的方向)旋转时，速比电动机-发电机单元42以及复合星轮轴412的第一齿轮级4121和第二齿轮级4122沿箭头b所示的相反方向旋转。因此，输出轴5沿与箭头a相同的箭头c所示的方向旋转。输出轴5的转速ωo随输入轴3的转速ωi变化，取决于复合星轮轴412的传动比，即取决于第一齿轮级4121、第二齿轮级4122、输入太阳轮411和输出星轮414的半径。如果行星齿轮架413根据箭头d所示的方向旋转，即根据箭头a的输入轴3的相同方向旋转，则输出轴5的转速ωo增加。相反，如果行星齿轮架413沿箭头d的相反方向旋转，即根据方向e旋转，则输出轴5的转速ωo下降。更具体地，超过转速阈值时，输出轴5可以归零并且没有扭矩传递到负载l。
53.因此，如果在输入轴3以某一转速ωi旋转的同时输出轴5被阻挡，则行星齿轮架413将沿箭头e的方向旋转。
54.驱动组件1的操作由控制单元7协调，该控制单元可以被配置为有源前端变频驱动器。在一些实施方案中，控制单元7可以被实现或实施为云计算系统、计算机网络或能够通过运行适当的计算机程序来处理数据的其他装置。
55.在一些实施方案中，并且特别参考图4，控制单元7可包括处理器71、处理器71连接到其上的总线72、连接到总线72以便由处理器71访问和控制的数据库73、同样连接到总线72以便由处理器71访问和控制的计算机可读存储器74、连接到总线72的接收-传输模块75，该接收-传输模块被配置为接收来自速比电动机-发电机单元42和动力平衡电动机-发电机单元6的关于它们的操作的信号，并且将控制信号传输到速比电动机-发电机单元42和传输来自动力平衡电动机-发电机单元6的控制信号，用以操作该速比电动机-发电机单元和该
动力平衡电动机-发电机单元，以根据驱动组件1可以操作的可能的不同实施方案协调驱动装置1的操作。
56.基于上述内容，现在以不同的配置来描述驱动组件1的操作，以便更好地理解其性能并且说明其操作方法。更具体地，根据图1的驱动组件1的构造和下面更好地公开的操作方法可适于任何类型的动力源2，而不管其是否能够改变其速度。通过控制单元7实现该结果，该控制单元被配置为使混合齿轮箱4的特性适于不同的情况。
57.操作传动系统t(特别是驱动组件1)的方法允许后者利用单轴燃气轮机或利用任何其他固定速度驱动器(如同步电动机或感应电动机)作为动力源2(如已知的那样，其不能改变转速)以及利用双轴燃气轮机、汽轮机、膨胀机、vfd电动机、柴油机和燃气发动机作为动力源2来操作。在动力源2是单轴燃气轮机的情况下，以及在动力源2是双轴燃气轮机或任何变速驱动器的情况下，描述驱动组件1的操作方法，讨论在任何情况下的技术优点和设计优点。
58.如果动力源2是单轴燃气轮机，则驱动组件1能从静止状态启动燃气轮机，直到达到其曲柄速度，并且在燃气轮机2加速阶段期间将负载l从其曲柄速度断开到燃气轮机标称速度(因此使负载l脱离动力源)，然后该驱动组件将提升负载l，使从动设备达到其工作速度，最后将从动设备的速度调节在其工作速度范围内。
59.通过驱动组件1，并且再次参考图1，在单轴燃气轮机2的启动阶段期间，速比电动机-发电机单元42首先用作电动机以在根据箭头e的方向上旋转行星齿轮架413，并且因此，如上所述，使燃气轮机2达到其曲柄速度。
60.然后，速比电动机-发电机单元42被关闭，使得单轴燃气轮机2可加速达到其标称速度，而没有来自负载l的任何阻力扭矩。在该阶段，输出轴5与输入轴3脱离(然后与动力源2脱离)，使得行星齿轮架413自由旋转(通常称为“自由旋转模式”)，并且传递到负载l的扭矩几乎为0。
61.在一些实施方案中，还可以通过动力平衡电动机-发电机单元6阻挡输出传动轴5，如上所述，该动力平衡电动机-发电机单元由控制单元7控制。以此方式，在燃气轮机2的加速期间，确保仅副轴齿轮箱41并且特别是行星齿轮架413的旋转能够补偿燃气轮机2和输入轴3的速度增加。在这种构造中，动力平衡电动机-发电机单元6允许通过行星齿轮架413的旋转来总体控制扭矩传递。
62.然后通过所述控制单元7将扭矩逐渐传递给负载l，这允许通过速比电动机-发电机单元42使输出轴5旋转。速比电动机-发电机单元42用作发电机并且使行星齿轮架413从其“自由旋转模式”减速。在动力源2处于其标称运行速度的情况下，行星齿轮架413速度从其“自由旋转模式”的任何降低将导致输出轴5的速度从静止状态增加(动力平衡电动机-发电机单元6将被关闭以保持输出轴5自由旋转或在需要时充当辅助器)。行星齿轮架413的速度将通过继续充当发电机的速比电动机-发电机单元42的作用而从其“自由旋转模式”进一步降低至速度0，并且然后行星齿轮架413的速度将通过现在充当电动机的速比电动机-发电机单元42的作用而在相反的旋转方向上(在根据图1的箭头d的方向上)增加，从而导致输出轴5的速度进一步增加。
63.副轴齿轮箱41将采用电影式设计，以便当行星齿轮架413的速度为0时将从动设备带到其工作速度范围内的操作点，使得速比电动机-发电机单元42将能够在其工作速度范
围内调节从动设备的速度，另选地充当发电机直到行星齿轮架413在根据箭头e的方向上达到最大速度，该最大速度将对应于从动设备处于最小工作速度(mos)；或者充当电动机在根据箭头d的方向上达到最大速度，该最大速度将对应于从动设备处于最大连续速度(mcs)。
64.参考图5，示出了用于操作具有一般动力源2的传动系统t的方法8的流程图。具体地，方法8包括以下步骤：通过动力源2产生81动力，从而使输入轴3旋转；通过驱动装置1传递82由动力源2产生的动力；以及驱动83连接到输出轴5的设备l。方法8还包括操作速比电动机-发电机单元42以调节行星齿轮架413的旋转从而设定副轴齿轮箱41的传动比以调节输出轴5处的速度ωo和扭矩co的步骤84。
65.参考图6，示出了在动力源是单轴燃气轮机2的情况下的操作方法8。如上文已经限定的操作步骤84包括以下子步骤：操作841作为电动机的速比电动机-发电机单元42以使燃气轮机2达到其曲柄速度，并且然后关闭842速比电动机-发电机单元42以使单轴燃气轮机2脱离以加速并且达到其标称速度，使得行星齿轮架413自由旋转。然后，根据子步骤843作为发电机操作速比电动机-发电机单元42，并且使行星齿轮架413减速，以从静止状态增加输出轴5的速度。
66.此外，用于操作传动系统t的方法8还包括操作844作为电动机的速比电动机-发电机单元42的子步骤，以在与步骤843相反的方向上增加行星齿轮架413的速度，从而进一步增加输出轴5的速度。
67.最后，可以包括在动力源2的启动阶段期间通过与输出轴5相关联的动力平衡电动机-发电机单元6阻挡输出轴5的步骤85。
68.本文公开的驱动组件1也能够在双轴燃气轮机作为动力源2的情况下适应其操作。具体地，在这种情况下，双轴燃气轮机在以最大功率和速度运行时优化其效率。实际上，在这种情况下，相应的污染(特别是排放的co2)在每千瓦(kw)发电量中按比例降到最低。因此，在双轴燃气轮机运行到最大功率和速度时，输入轴3的转速ωi是固定的。可以通过速比电动机-发电机单元42由行星齿轮架413调节输出轴5的转速ωo。
69.动力平衡电动机-发电机单元6通过控制单元7调节负载l所吸收的动力，如果作为发电机运行，则吸收传递到输出轴5的部分扭矩。因此，由动力源2产生的动力的一部分可由动力平衡电动机-发电机单元6回收并转换成电能。然后，由动力平衡电动机-发电机单元6产生的电能可以注入到电网n中或注入到电池系统中以供将来使用，从而平衡将传递到负载l的动力，并且同时回收由动力源2过量产生的能量。
70.此外，例如在负载l在不同的工作速度下需要额外的动力的情况下，控制单元7可以通过调节行星齿轮架413的旋转来增加输出轴5的转速ωo和/或减少由动力平衡电动机-发电机单元6吸收的扭矩(并且因此减少动力)。
71.此外，例如在负载l在恒定工作速度下需要不同的动力的情况下，控制单元7可以调节由动力平衡电动机-发电机单元6吸收的扭矩(并且因此调节动力)，或者如果需要的话将净动力输送到作为电动机的输出轴5上以补偿总动力平衡。
72.参考图7，示出了用于操作具有双轴燃气轮机2作为动力源的传动系统t的方法8的流程图。方法8也可以利用单轴燃气轮机操作，除了图5中所示的由燃气轮机2产生81动力、由驱动装置1传输82由动力源2产生的动力、驱动83连接到输出轴5的设备l的上述步骤以及操作速比电动机-发电机单元42以调节行星齿轮架413的旋转从而设定副轴齿轮箱41的传
动比的步骤84之外，该方法还包括以下步骤：回收86传输到输出轴5的动力的一部分，并且将其转换为电能以注入到可作为发电机操作的动力平衡电动机-发电机单元6的电网或电池组n中。以这种方式，如上所述，双轴燃气轮机2能够以最大功率和速度运行，即以最大效率运行，使得能够最小化每等效总输出的co2产生，并且使得能够通过从动力源2回收部分过量的能量来建立旋转储备。以这种方式，单轴燃气轮机2能够以最大功率和其标称速度运行，即以最大效率运行，使得能够最小化每等效总输出的co2产生，并且使得能够通过从动力源2回收部分过量的能量来建立旋转储备。
73.参考图8，还示出了用于操作具有双轴或单轴燃气轮机2作为动力源的传动系统t的方法8的流程图。除了图7中所示的由燃气轮机2产生81动力、由驱动装置1传输82由动力源2产生的动力、驱动83连接到输出轴5的设备l的上述步骤以及操作速比电动机-发电机单元42以调节行星齿轮架413的旋转从而设定副轴齿轮箱41的传动速比的步骤84之外，方法8还包括通过使用动力平衡电动机-发电机单元6(作为连接到电网的电动机或发电机)基于能量可用性和成本分别将动力输送到输出轴5或吸收由动力源2传输到输出轴5的动力的一部分，或基于环境条件(冬季/夏季或夜间/白天环境温度变化)覆盖燃气轮机动力过剩/不足而进行燃气/电功率平衡87的步骤。
74.参考图8，示出了概括用于操作具有双轴或单轴燃气轮机2作为动力源的传动系统t的方法8的流程图。除了图5中所示的由燃气轮机2产生81动力、由驱动装置1传输82由动力源2产生的动力、驱动83连接到输出轴5的设备l的步骤以及操作速比电动机-发电机单元42以调节行星齿轮架413的旋转从而设定副轴齿轮箱41的传动速比的步骤84之外，方法8还包括通过使用动力平衡电动机-发电机单元6(作为电动机或发电机)来进行燃气/电功率平衡87的步骤，该动力平衡电动机-发电机单元连接到电池系统，分别将动力传递到输出轴5或吸收由动力源2传递到输出轴5的动力的一部分，因此使得能够在电池系统中储存电能以基于环境条件(冬季/夏季或夜间/白天环境温度变化)建立旋转储备并覆盖燃气轮机动力过剩/不足。
75.在驱动源2是电动机、同步电动机或感应电动机的情况下，在启动时，必须提供峰值功率以克服负载l的惯性。这要求电动机在功率方面尺寸过大，只是为了补偿启动阶段中的这种功率需求。这导致部件成本增加。
76.在驱动源2是同步电动机的情况下，其在启动时的脉动扭矩将跨过传动系的tnf(典型地为第一传动系扭转频率和第二传动系扭转频率)，因此在共振中导致大的扭矩响应，这可以限制由于疲劳现象引起的启动次数。
77.混合齿轮箱4将能够通过使负载l脱离的速比电动机-发电机单元42的操作来启动电动机，从而避免了作为动力源2的电动机尺寸过大，并且同时避免了与传动系扭转固有频率的扭转相互作用。实际上，激励传动系扭转固有频率导致在诸如联轴器和轴的扭矩传输装置处出现危险的扭矩响应。
78.相同的方法步骤可应用于启动往复式发动机，即燃气发动机或柴油机，避免安装专用的启动装置。
79.虽然已经依据各种特定实施方案描述了本发明的各方面，但对于本领域普通技术人员来说显而易见的是，在不脱离本权利要求的实质和范围的情况下，多种修改、变化和省略是可能的。此外，除非本文另外指明，否则任何过程或方法步骤的顺序或序列可根据另选
的实施方案改变或重新排序。
80.已详细参考本公开的实施方案，其一个或多个示例在附图中示出。通过解释本公开而非限制本公开来提供每个示例。事实上，对于本领域的技术人员将显而易见的是，在不脱离本公开的范围或精神的情况下，可对本公开进行各种修改和变型。本说明书通篇对“一个实施方案”或“实施方案”或“一些实施方案”的提及意指结合实施方案描述的特定特征、结构或特性包括在所公开的主题的至少一个实施方案中。因此，在整篇说明书的多处出现的短语“在一个实施方案中”或“在实施方案中”或“在一些实施方案中”不一定是指相同的实施方案。此外，在一个或多个实施方案中，特定特征、结构或特性可以任何合适的方式组合。
81.当介绍各个实施方案的要素时，冠词“一个”、“一种”、“该”和“所述”旨在意指存在要素中的一个或多个要素。术语“包含”、“包括”和“具有”旨在是包括性的，并且意指除列出要素外还可以存在附加要素。

技术特征：
1.一种用于操作传动系统(t)的方法(8)，所述方法包括以下步骤：通过动力源(2)产生(81)动力；通过驱动装置(1)传输(82)由所述动力源(2)产生的所述动力，所述驱动装置包括：输入轴(3)，所述输入轴连接到所述动力源(2)；输出轴(5)；和混合齿轮箱(4)，所述混合齿轮箱包括：副轴齿轮箱(41)，所述副轴齿轮箱连接到所述输入轴(3)和所述输出轴(5)，并且包括行星齿轮架(413)，所述行星齿轮架被配置为调节所述副轴齿轮箱(41)在所述输入轴(3)和所述输出轴(5)之间的传动速比，和速比电动机-发电机单元(42)，所述速比电动机-发电机单元被配置为控制所述行星齿轮架(413)的旋转；驱动(83)连接到所述输出轴(5)的设备(l)；以及操作(84)所述速比电动机-发电机单元(42)以启动所述动力源(2)，然后将所述负载(l)从所述动力源(2)断开，以调节所述行星齿轮架(413)的所述旋转，从而设定所述副轴齿轮箱(41)的所述传动速比，以便在所述动力源(2)以恒定速度(ω
i
)运行时，调节所述输出轴(5)处的速度(ω
o
)和扭矩(ω
o
)。2.根据权利要求1所述的方法(8)，其中所述动力源(2)是单轴燃气轮机，其中操作步骤(84)包括以下子步骤：将所述速比电动机-发电机单元(42)作为电动机操作(841)，以使所述燃气轮机(2)达到其曲柄速度；关闭(842)所述速比电动机-发电机单元(42)，以脱离所述单轴燃气涡轮(2)以加速并达到其标称速度，使得所述行星齿轮架(413)自由旋转；以及将所述速比电动机-发电机单元(42)作为发电机操作(843)，并且使所述行星齿轮架(413)减速以从静止状态增加所述输出轴(5)的速度。3.根据权利要求2所述的方法(8)，所述方法还包括以下步骤：将所述速比电动机-发电机单元(42)作为电动机操作(844)，并且在与操作步骤(843)相反的方向上增加所述行星齿轮架(413)的速度。4.根据权利要求2所述的方法(8)，所述方法还包括以下步骤：在所述动力源(2)的启动阶段期间通过与所述输出轴(5)相关联的动力平衡电动机-发电机单元(6)来阻挡(85)所述输出轴(5)。5.根据权利要求1所述的方法(8)，其中所述动力源(2)是电动机，其中操作步骤(84)包括以下子步骤：将所述速比电动机-发电机单元(42)作为电动机操作(841)，以使所述电动机(2)达到预定速度，以避免与所述传动系扭转固有频率发生次同步扭转相互作用；关闭(842)所述速比电动机-发电机单元(42)以脱离所述电动机(2)以加速并达到其标称速度，使得所述行星齿轮架(413)自由旋转；以及将所述速比电动机-发电机单元(42)作为发电机操作(843)，并且使所述行星齿轮架
(413)减速以从静止状态增加所述输出轴(5)的速度。6.根据权利要求1所述的方法(8)，其中所述动力源(2)是往复式发动机，其中操作步骤(84)包括以下子步骤：将所述速比电动机-发电机单元(42)作为电动机操作(841)，以使所述往复式发动机(2)达到最低工作速度；关闭(842)所述速比电动机-发电机单元(42)以脱离所述往复式发动机(2)以加速并达到其标称速度，使得所述行星齿轮架(413)自由旋转；以及将所述速比电动机-发电机单元(42)作为发电机操作(843)，并且使所述行星齿轮架(413)减速以从静止状态增加所述输出轴(5)的速度。7.一种计算机程序，所述计算机程序包括指令，当所述程序由计算机(7)执行时，所述指令使所述计算机(7)执行根据权利要求16所述的方法的操作步骤(84)。8.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质包括指令，当所述指令由计算机(7)执行时，所述指令使所述计算机执行根据权利要求16所述的方法的操作步骤(84)。

技术总结
本发明公开了一种操作用于驱动机械从动设备的传动系统的方法。该传动系统包括连接在动力源和待驱动的负载之间的混合齿轮箱。该混合齿轮箱包括副轴齿轮，该副轴齿轮在该动力源和该负载与电动机-发电机单元之间的传动比可以被调节，以调节所设置的传动速比，从而平衡由该动力源产生并传输到该负载的动力。由该动力源产生并传输到该负载的动力。由该动力源产生并传输到该负载的动力。


技术研发人员：G
受保护的技术使用者：诺沃皮尼奥内技术股份有限公司
技术研发日：2021.08.25
技术公布日：2023/5/19