CN103742620B - 一种大功率机电一体化智能调速装置 - Google Patents

一种大功率机电一体化智能调速装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种大功率机电一体化智能调速装置，该装置是由前端行星增速器、调速型液力偶合器、后端行星变速器和智能控制系统构成，液力偶合器采用出口调节伸缩式导管的调速方式，通过前端行星增速器的行星排齿轮传动提高液力偶合器输入转速和传递功率的能力，进而降低偶合器的规格；液力偶合器后置的两自由度行星变速器，通过2个制动器和1个离合器获得3个档位；智能控制系统根据给定的泵和风机的转速要求或者流量要求，自动确定行星变速器的档位和调速型液力偶合器充液量，不仅提高工作机的运行效率，使电厂风机和泵始终工作在高效区，降低启动电流，并能够大幅度降低启动电流，提高泵与风机的工作效率，节约电能，大幅度地降低能源消耗。

Description

一种大功率机电一体化智能调速装置
技术领域
本发明应用于电厂驱动水泵和风机上，涉及一种智能调速装置，尤其是涉及一种大功率机电一体化智能调速装置。
背景技术
风机和水泵是火力发电厂中最主要的耗电设备，一般处于长期连续运行，大部分时间处于低负荷或变负荷运行状态，其节能潜力巨大。据统计，全国火力发电厂配套电动机年总用电量占全国火电发电量的5.8%。发电厂辅机电动机的经济运行，直接关系到厂用电率的高低。研究表明，对于风机和泵类负载，如果用调速的方法改变其电流量，节电率可达20%~60%等。
我国电厂大部分风机和水泵一般采用定速驱动，只有少数风机和水泵增设了调速装置，但是其调速技术一直困扰着工程界。相继采用的调速方法有电磁转差离合器调速，液力偶合器调速，变频调速等等，其中液力偶合器调速与目前大量采用的挡板和阀门的节流调节方式相比，具有显著的节能效果，但一般采用的液力偶合器调速，在低速运行时存在能量损失，导致其运行效率降低，影响节能效果，且启动电流偏大。变频调速技术目前被国内外公认为是最理想、最有发展前途的一种调速方式，但因其操作复杂、易损坏、投资大，尤其是高压变频器，往往使用户望而却步。目前在高压大容量传动中推广应用中存在两个主要障碍:一个是我国发电厂辅机电动机供电电压高3~10kV，而功率开关器件耐压水平不够，造成电压匹配上的问题；二是高压大功率变频调速装置技术含量高、难度大，因而投入也高，而一般风机水泵节能改造都要求低投入、高回报，从而造成经济效益上的问题。同时因电流型变频器输出电流的波形和电压型变频器输出电压的波形均为非正弦波形而产生的高次谐波，对电动机和供电电源会产生种种不良影响，如使电动机附加损耗增加、温升增高，从而使电动机的效率和功率因数下降，出力受到限制，噪声增大以及对无线电通信干扰增大等。同时，高次谐波会引起电动机转矩产生脉动，当转矩脉动频率较低并接近装置系统的固有频率时，可能产生共振现象。
CN03210828.1公开了一种“液力偶合器传动箱”，CN93225262.1公开了“组合式增速型调速液力偶合器”，CN02206267.X公开了“液力偶合器正车减速箱”，CN01212153.3公开了“抽油机液力-齿轮传动装置”，CN200720032215.7公开了“立式液力调速正车箱”，CN101660596B公开了“大功率复合齿轮前增速后增速调速型液力偶合器传动装置”。这些发明大多为调速型液力偶合器和定比机械传动装置的组合。
发明内容
本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：
一种大功率机电一体化智能调速装置，其特征在于，包括箱体、设置在箱体中间的调速型液力偶合器、与调速型液力偶合器输入端配接的前端行星增速器、以及与液力偶合器输出端配接的后端行星变速器；所述前端行星增速器包括一个前端增速行星排，该前端增速行星排的输出与液力偶合器输入端配接；所述后端行星变速器包括第一后端行星排以及第二后端行星排，该后端行星变速器的输入与液力偶合器的涡轮轴配接；该箱体上还设有两个制动器和一个离合器，用来控制后端行星变速器的第一后端行星排以及第二后端行星排运动构件的相对转动，获得3个变速档；所述离合器包括离合器鼓以及设置在离合器鼓内的主动片和从动片。
本发明通过2个制动器和1个离合器获得3个档位，适应风机和水泵所要求的转速；智能控制系统包括推理机和执行机构，根据设定的工作机的转速要求和流量要求，自动确定行星变速器的档位和调速型充液量，使电动机和工作机达到良好的匹配关系，提高整个系统的运行效率，保证电厂风机和泵始终工作在高效区，同时改善电动机的启动性能，降低启动电流。
在上述的一种大功率机电一体化智能调速装置，前端增速行星排包括前端行星架、前端行星轮、前端太阳轮以及前端齿圈，所述前端行星架、前端太阳轮以及前端齿圈组成增速传动组件；该前端增速行星排的前端输入轴与行星架连接；前端输入轴通过滚动轴承支承在变速器的箱体上，前端齿圈与箱体固定连接，与前端输入轴右端连接的前端行星架上装配有前端行星轮与前端太阳轮啮合，前端太阳轮驱动液力偶合器的泵轮轴。
在上述的一种大功率机电一体化智能调速装置，所述后端行星变速器包括第一后端行星排以及第二后端行星排，所述的后端行星变速器为第一后端行星排以及第二后端行星排构成的三档变速器，所述第一后端行星排包括后端太阳轮、第一后端行星轮、第一后端齿圈、以及第一后端行星架；所述第二后端行星排包括第二后端行星轮、第二后端齿圈、以及第二后端行星架；所述第一后端行星架与第二后端齿圈固定连接；后端太阳轮为双联齿轮，第一后端行星轮和与第二后端行星轮分别与太阳轮啮合，后端太阳轮轴为后端变速器输入轴；后端变速器输入轴通过花键与后端太阳轮连接，第一后端行星轮安装在第一后端行星架上，第一后端行星架驱动第二后端齿圈，与第一后端太阳轮和第二后端齿圈啮合的第二后端行星轮安装在第二后端行星架上，第二后端行星架与离合器的离合器鼓连接，离合器鼓与变速器后端输出轴连接，变速器后端输出轴通过轴承支撑在箱体上。
在上述的一种大功率机电一体化智能调速装置，液力偶合器的泵轮轴的左端通过齿式联轴器与前端太阳轮连接，液力偶合器涡轮轴的右端通过齿式联轴器与后端变速器输入轴连接，导管能够在液力偶合器的出口油腔内伸缩移动。
因此，本发明具有如下优点：可在电机转速不变的情况下实现输出转速的无级调节，可以大幅度降低电机启动电流，提高电机的起动能力，减少冲击和振动，可以提高泵与风机的工作效率，节约电能，大幅度地降低能源消耗。还易于实现遥控和自动控制。它对电机的电压无限制，能适应高电压、大功率工况，可以广泛应用在电厂风机和水泵等机械设备中。
附图说明
附图1是本发明的一种主视结构示意图。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
实施例：
如图1所示，本发明包括箱体1、设置在箱体1中间的调速型液力偶合器、与调速型液力偶合器输入端配接的前端行星增速器、以及与液力偶合器输出端配接的后端行星变速器；所述前端行星增速器包括一个前端增速行星排，该前端增速行星排的输出与液力偶合器输入端配接；所述后端行星变速器包括第一后端行星排以及第二后端行星排，该后端行星变速器的输入与液力偶合器的涡轮轴28配接；该箱体1上还设有两个制动器和一个离合器与该后端行星变速器的第一后端行星排以及第二后端行星排联合获得3个变速档；所述离合器包括离合器鼓21以及设置在离合器鼓21内的主动片25和从动片24，其中，调速型偶合器9，第一制动器内摩擦片12，第一制动器外摩擦片13，第二制动器内摩擦片16，第二制动器外摩擦片17，输出轴轴承23。
第1档，第二后端齿圈18制动，后端太阳轮27输入，第二后端行星架20输出；第2档，第一后端齿圈11制动，后端太阳轮27输入，第一后端行星架15和第二后端行星架20联合输出；第3档，即直接档，离合器主动片25和从动片24结合，后端太阳轮27与第二后端行星架20结合，动力直接输出。
中间的液力偶合器选择了标准的调速型偶合器，其结构包括泵轮、涡轮、旋转筒体、筒体隔板、泵轮刮油盘、背壳、排油机构和导管、壳体等组成，各个旋转组件之间用螺栓连接。泵轮与涡轮、背壳与筒体隔板、泵轮刮油盘与泵轮外壳、旋转筒体与泵轮、涡轮外壳之间组成的空间均相通。液力偶合器工作时，由工作油泵泵出的工作油，进入进油室后在泵轮刮油盘的带动下，由泵轮上的进油口进入偶合器工作腔内。偶合器开始工作后，由于偶合器内部的空间均相通，工作油的液面在各个空间等高，通过导管调节背壳和筒体隔板之间的液面高度，从而可以实现改变偶合器工作腔内的充液量，进而可以实现液力偶合输出转速和扭矩的调节。后端行星变速器由两个行星排构成的两自由度变速传动装置，通过制动其中一个运动构件后形成确定的传动比。
前端增速行星排包括前端行星架5、前端行星轮6、前端太阳轮4以及前端齿圈7，所述前端行星架5、前端太阳轮4以及前端齿圈7组成增速传动组件；该前端增速行星排的前端输入轴2与行星架5连接；前端输入轴2通过滚动轴承3支承在变速器的箱体1上，前端齿圈7与箱体1固定连接，与前端输入轴2右端连接的前端行星架5上装配有前端行星轮6与前端太阳轮4啮合，前端太阳轮4驱动液力偶合器的泵轮轴8。
后端行星变速器包括第一后端行星排以及第二后端行星排，所述的后端行星变速器为第一后端行星排以及第二后端行星排构成的三档变速器，所述第一后端行星排包括后端太阳轮27、第一后端行星轮14、第一后端齿圈11、以及第一后端行星架15；所述第二后端行星排包括第二后端行星轮19、第二后端齿圈18、以及第二后端行星架20；所述第一后端行星架15与第二后端齿圈18固定连接；后端太阳轮27为双联齿轮，第一后端行星轮14和与第二后端行星轮19分别与太阳轮啮合，后端太阳轮27由后端变速器输入轴26驱动；后端输入轴26通过花键与后端太阳轮27连接，第一后端行星轮14安装在第一后端行星架15上，第一后端行星架15驱动第二后端齿圈18，与第一后端太阳轮27和第二后端齿圈18啮合的第二后端行星轮19安装在第二后端行星架20上，第二后端行星架20与离合器的离合器鼓21连接，离合器鼓21与后端输出轴23连接，后端输出轴23通过轴承支撑在箱体1上。
本发明中，液力偶合器的泵轮轴8的左端通过齿式联轴器与前端太阳轮4连接，液力偶合器的涡轮轴28的右端通过齿式联轴器与后端输入轴26连接，导管能够在液力偶合器的出口油腔内伸缩移动。
本发明的控制单元根据泵和风机设定的转速或流量要求，应用智能控制系统的推理机确定导管10的位置和后端行星变速器的档位，并控制制动器一13、制动器二17或离合器25的动作，使后端输出轴23获得需要的转速，保证系统的最佳传动效率，达到节省电能和降低启动电流的目的。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (2)

1.一种大功率机电一体化智能调速装置，其特征在于，包括箱体(1)、设置在箱体(1)中间的调速型液力偶合器、与调速型液力偶合器输入端配接的前端行星增速器、以及与液力偶合器输出端配接的后端行星变速器；所述前端行星增速器包括一个前端增速行星排，该前端增速行星排的输出与液力偶合器输入端配接；所述后端行星变速器包括第一后端行星排以及第二后端行星排，该后端行星变速器的输入与液力偶合器的涡轮轴(28)配接；该箱体(1)上还设有两个制动器和一个离合器，与该后端行星变速器的第一后端行星排以及第二后端行星排配合获得3个变速档；所述离合器包括离合器鼓(21)以及设置在离合器鼓(21)内的主动片(25)和从动片(24)；
前端增速行星排包括前端行星架(5)、前端行星轮(6)、前端太阳轮(4)以及前端齿圈(7)，所述前端行星架(5)、前端太阳轮(4)以及前端齿圈(7)组成增速传动组件；该前端增速行星排的前端输入轴(2)与前端行星架(5)连接；前端输入轴(2)通过滚动轴承(3)支承在箱体(1)上，前端齿圈(7)与箱体(1)固定连接，与前端输入轴(2)右端连接的前端行星架(5)上装配有前端行星轮(6)与前端太阳轮(4)啮合，前端太阳轮(4)驱动液力偶合器的泵轮轴(8)；
所述后端行星变速器包括第一后端行星排以及第二后端行星排，所述的后端行星变速器为第一后端行星排以及第二后端行星排构成的三档变速器，所述第一后端行星排包括后端太阳轮(27)、第一后端行星轮(14)、第一后端齿圈(11)、以及第一后端行星架(15)；所述第二后端行星排包括第二后端行星轮(19)、第二后端齿圈(18)、以及第二后端行星架(20)；所述第一后端行星架(15)与第二后端齿圈(18)固定连接；后端太阳轮(27)为双联齿轮，第一后端行星轮(14)和与第二后端行星轮(19)分别与后端太阳轮(27)啮合，后端太阳轮(27)通过后端输入轴(26)驱动；后端输入轴(26)通过花键与后端太阳轮(27)连接，第一后端行星轮(14)安装在第一后端行星架(15)上，第一后端行星架(15)驱动第二后端齿圈(18)，与后端太阳轮(27)和第二后端齿圈(18)啮合的第二后端行星轮(19)安装在第二后端行星架(20)上，第二后端行星架(20)与离合器的离合器鼓(21)连接，离合器鼓(21)与后端输出轴(23)连接，后端输出轴(23)通过轴承支撑在箱体(1)上。
2.根据权利要求1所述的一种大功率机电一体化智能调速装置，其特征在于，液力偶合器的泵轮轴(8)的左端通过齿式联轴器与前端太阳轮(4)连接，液力偶合器的涡轮轴(28)的右端通过齿式联轴器与后端输入轴(26)连接，导管能够在液力偶合器的出口油腔内伸缩移动。
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