高速大扭矩徑向嚙合齒式盤車裝置的設計

1盤車裝置概述

汽輪機盤車裝置的主要功能是在機組啟動前或停機后用來盤動汽輪發(fā)電機組的軸系。汽輪機在啟動沖轉前就要投入盤車裝置,使軸系轉動起來。機組停機后,由于汽缸及通流部分上、下之間存在溫差,轉子在這種不均勻溫度場中,將因受熱不均勻而產(chǎn)生彎曲。為避免這種現(xiàn)象的產(chǎn)生,在汽輪機停機時,必須自動投入盤車裝置,讓轉子繼續(xù)轉動,使轉子周圍的溫度場均勻,直到汽缸的金屬溫度降至150℃以下為止。

2盤車裝置分類

盤車裝置有低速盤車和高速盤車之分,高速盤車能在汽輪發(fā)電機各軸承建立起較完整的潤滑油膜,可以避免頂軸裝置長期投運,但盤車轉速選擇太高,要相應增大盤車電動機的容量:低速盤車各軸承處于邊界潤滑條件下工作,低速盤車的電動機容量較小,低速盤車過程中頂軸裝置應始終投運,現(xiàn)國內(nèi)外大多數(shù)機組采用低速盤車裝置。盤車齒輪投入嚙合型式有切向中分面下嚙合、切向頂部嚙合及軸向嚙合。

高速盤車是指汽輪發(fā)電機組各軸承在盤車轉速下能建立起比較完整的潤滑油膜,以減小摩擦阻力。為達到此目的,通常要求軸頸的圓周速度>0.5m/s。

給水泵汽輪機小機由于需要拖動給水泵,啟動扭矩大,要求盤車裝置在機組啟動前將汽輪機轉子主軸盤起到100r/min,然后在機組沖轉時快速脫開。

3高速大扭矩盤車裝置的設計

高速大扭矩盤車裝置的主要技術要求:

電機功率:55kw。

啟動扭矩:5000N·m。

轉速:100r/min(對應汽輪機轉子轉速)。

控制模式:

(1)全自動模式一盤車裝置接收DCS的全自動盤車信號,盤車裝置自動判斷零轉速信號、潤滑油壓低信號、頂軸油信號等是否滿足盤車運行條件,自動執(zhí)行拔銷、齒輪嚙合、盤車進行等功能。

(2)準自動模式一盤車裝置接收DCS的準自動盤車信號,按動就地或控制室的"運行"按鈕,自動執(zhí)行拔銷、齒輪嚙合、盤車進行等功能。

(3)手動模式一該模式下,DCS控制信號不起作用,僅就地按鈕有效。自動執(zhí)行拔銷、齒輪嚙合等功能。盤車嚙合到位,按就地"運行"鈕,啟動盤車裝置進行連續(xù)盤車。盤車結束時,按"急停"按鈕,盤車齒輪自動退出嚙合位置、保護插銷到位,盤車停止。

(4)點動模式一該模式下,DCs控制信號不起作用,僅就地按鈕有效。工作過程與手動模式基本相同,區(qū)別是,按就地"運行"鈕,盤車裝置點動運行,以滿足機組各種工況的要求。

(5)純手動模式一該模式為現(xiàn)場失去動力電,采用手柄盤動盤車裝置。

3.1盤車裝置的基本組成

高速大扭矩徑向嚙合齒式盤車裝置主要由電機、聯(lián)軸器、電機支架、箱體、機械限位機構、螺傘齒輪組、傳動齒輪組、定位銷、嚙合機構、安全銷鎖定機構以及盤車控制柜組成。

電機為整個盤車裝置提供動力源,由于盤車裝置啟動扭矩大,因此采用了變頻器。變頻器在盤車嚙合過程中能夠精確控制盤車嚙合齒輪的轉動角度,避免了盤車裝置嚙合過程中的"打齒"現(xiàn)象。同時,變頻器提供了扭矩增量啟動模式,以有效滿足盤車裝置在啟動階段的大扭矩要求。在盤車裝置控制系統(tǒng)中,采用PLC控制,電機能夠平順啟動,啟動速度按變頻器設定的線性比均勻增加。

聯(lián)軸器用于連接電機和傳動機構,采用梅花型彈性聯(lián)軸器,聯(lián)軸器內(nèi)部有彈性體,能有效吸收啟動過程中的沖擊。聯(lián)軸器內(nèi)部的彈性體可以調(diào)整電機和傳動機構的同心度,有利于裝配。

電機支架與盤車箱體合箱加工,保證電機與傳動機構的同心度。電機支架由o235焊接組成,能有效支撐電機。

箱體內(nèi)部裝有盤車裝置的螺傘齒輪組、傳動齒輪組、嚙合機構、潤滑管道等,還有用于安裝傳動齒輪及螺傘齒輪組件的軸承以及用于安裝傳動齒輪組件的組合側板。箱體下部與汽輪機軸承座連接,支撐整個盤車裝置。電機通過聯(lián)軸器與盤車裝置的輸入齒輪組(螺傘齒輪組)連接,螺傘齒輪傳動效率高,且運行平穩(wěn)。大螺傘齒輪經(jīng)小齒輪軸與傳動齒輪組連接,傳動齒輪組中的惰齒輪與汽輪機轉子上的大齒輪嚙合。大螺傘齒輪在電機帶動下轉動,帶動小齒輪轉動,小齒輪與惰齒輪嚙合,帶動惰齒輪轉動,惰齒輪與汽輪機轉子大齒輪嚙合帶動汽輪機轉子轉動。傳動齒輪組采用直齒輪,在嚙合機構的帶動下完成與汽輪機轉子大齒輪的嚙合與脫開。

傳動機構由齒輪右側支架、小齒輪旋轉軸、小齒輪、齒輪左側支架、大螺傘齒輪、小齒輪軸壓板、前軸承座、撥叉受力銷軸和后軸承座等組成。小齒輪通過平鍵與小齒輪軸連接,大螺傘齒輪通過平鍵與小齒輪軸連接,齒輪右側支架和齒輪左側支架通過軸承安裝在小齒輪軸上,軸承裝有擋圈,齒輪左、右側支架通過3個定位銷軸固定其間距,定位銷軸左右兩側通過螺釘固定在齒輪左、右側板上。惰齒輪軸通過螺釘和惰齒輪板固定在齒輪左、右側板上,惰齒輪通過軸承安裝在惰齒輪軸上,并與小齒輪嚙合。小齒輪旋轉軸上裝有軸承,通過小齒輪軸左壓板和小齒輪軸右壓板及其上邊的螺栓將其固定,分別安裝在左軸承座和右軸承座上。左、右軸承座通過上面的螺栓安裝在盤車箱體上。

盤車嚙合機構上面的嚙合氣缸通過氣缸耳環(huán)和安裝座固定在盤車裝置箱體的一側,氣缸活塞桿通過撥叉氣缸連接桿與撥叉旋轉板相連。撥叉旋轉板上的內(nèi)花鍵和撥叉軸上的外花鍵配合連接在一起,撥叉軸通過兩個軸承支撐固定在箱體的兩個側面,撥叉軸的精確定位靠兩個軸承臺階完成。內(nèi)撥叉件與撥叉軸通過內(nèi)外花鍵連接,在撥叉軸帶動下轉動,內(nèi)撥叉件的轉動帶動盤車嚙合齒輪組件沿著固定中心轉動,從而完成與汽輪機轉子齒輪的嚙合與脫開。

3.2盤車功能的實現(xiàn)

全自動盤車實現(xiàn)過程:當汽輪機轉子需要盤車時,盤車控制系統(tǒng)接收全自動盤車指令,此時鎖定銷氣缸電磁閥得電,氣源經(jīng)鎖定銷氣缸的進氣口A進入氣缸,氣缸活塞帶動鎖定銷塊快速縮回到相應位置,完成盤車裝置的解鎖。同時磁性開關被激活,向DCs發(fā)出盤車解鎖信號,控制系統(tǒng)接收到磁性開關的邏輯非信號,嚙合條件滿足,嚙合氣缸電磁閥得電,壓縮空氣經(jīng)調(diào)速閥進入氣缸,通過調(diào)速閥調(diào)節(jié)進氣速度,氣缸活塞桿緩慢收縮,帶動撥叉旋轉板順時針轉動,由于撥叉軸和撥叉旋轉板通過花鍵鏈接,故撥叉軸也順時針轉動,此時內(nèi)撥叉件在撥叉軸的帶動下順時針轉動,從而帶動盤車嚙合齒輪組件與汽輪機轉子齒輪嚙合。當嚙合到位時,撥叉旋轉板正好壓在機械限位螺母上,防止齒輪的過嚙合。盤車控制系統(tǒng)接收到嚙合到位信號后盤車控制系統(tǒng)發(fā)出啟動指令,盤車裝置開始運行。當汽輪機準備沖轉時,汽輪機調(diào)門開啟,汽輪機MEH發(fā)出Go信號給盤車控制系統(tǒng),盤車脫開條件滿足,壓縮空氣經(jīng)調(diào)速閥進入嚙合氣缸,活塞桿快速伸出,帶動撥叉旋轉板逆時針轉動,在撥叉軸的帶動下,內(nèi)撥叉件帶動嚙合齒輪組件快速脫開。脫開到位后,氣缸上的磁性開關發(fā)出盤車已脫開信號至盤車控制系統(tǒng)。此時盤車裝置的鎖定銷氣缸電磁閥失電,氣源經(jīng)鎖定銷氣缸的進氣口B進入氣缸,氣缸活塞帶動鎖定銷塊快速伸出到相應位置,完成盤車裝置的鎖定。

4結語

高速大扭矩徑向嚙合齒式盤車裝置采用兩級齒輪傳動,結構緊湊:變頻器的使用使盤車在嚙合過程中能夠自動進行精確的嚙合位置調(diào)整:同時采用變頻器的扭矩增量模式使得盤車裝置啟動扭矩大,啟動過程平順,沒有沖擊。

本次設計的盤車裝置已經(jīng)成功應用于上海汽輪機小機雷州項目、萊州項目、東營項目等多個項目。