CN108119631A - 调速传动装置、给水泵和转动机械 - Google Patents

Abstract

本发明提供了调速传动装置，具有该调速传动装置的给水泵和转动机械，涉及火力发电厂锅炉给水泵技术领域。其中，调速传动装置包括输入轴、液力变矩器、行星齿轮系和输出轴，液力变矩器具有泵轮和涡轮，行星齿轮系包括行星轮、太阳轮、行星架和内齿圈，行星齿轮系具有三个动力传输点——第一、第二、第三动力传输点，三个动力传输点分别为行星架、太阳轮、内齿圈中的一者，输入轴与输出轴平行设置；输入轴与泵轮连接，输入轴上还与行星齿轮系的第一动力传输点传动连接；涡轮与行星齿轮系的第二动力传输点传动连接；输出轴与行星齿轮系的第三动力传输点传动连接。该发明能够解决现有技术中存在的给水泵能耗高不易调速的技术问题。

Description

调速传动装置、给水泵和转动机械

技术领域

本发明涉及火力发电厂锅炉给水泵的驱动技术领域，尤其涉及能够应用于火力发电站锅炉给水泵的调速传动装置、给水泵和应用有上述调速传动装置的转动机械。

背景技术

锅炉给水泵是电站热力系统的主要设备之一，其作用是将经过加热、除氧的饱和水升压后送往锅炉。据统计，给水泵消耗的功率约占主机容量的3～5％左右，是电站辅机中能耗最高的设备，给水泵机组的节能与否对电厂的指标(煤耗、厂用电率等)影响很大。

“电机+齿轮前置式液力偶合器传动装置”方式是节能改造前电厂给水泵机组最常用的机组型式，此型式机组应用多年、技术成熟稳定，可靠性高，调速方便，且液力偶合器的存在使机组轴系具备一定的柔性特征，可在一定程度上对设备进行保护，但是由于液力偶合器自身的滑差特性，在当前主机调峰，长期连续运行，而且经常处于低负荷及变负荷运行状态时效率较低，所以，当电厂处于调峰运行时，其能耗很大。

为了解决“电机+齿轮前置式液力偶合器传动装置”型给水泵机组能耗高的问题，成熟的节能改造方案主要有以下两种。

方案一：采用“电机+变频”方式，此种机组型式近几年来发展较快，认可度较高，具备调速范围大、效率高等优点。但是，为了改造成“电机+变频”型式的机组，电厂需要配备复杂的变频调速系统，更换齿轮箱，独立配套空调、通风等设备，占用空间较大，投资高，且电子设备元器件多，系统复杂，运行可靠性比原液偶机组低。

方案二：采用调速行星装置(国外称为Vorecon)取代电驱系统中的液力偶合器，Vorecon是纯液力-机械设备，不仅具有液力偶合器高可靠性的优点，且具有在低工况运行时可保持高效的特点(在给水泵机组的调速范围内可保持80％～96％的效率)，但是Vorecon设备为行星结构型式，结构复杂，同轴布置，轴向尺寸大，而原液偶机组为平行轴布置，在改造过程中需要动原给水泵机组的基础，重新布置给水泵管道等，工程量较大。对于很多本来设备布置就比较紧凑的电厂来说，Vorecon方案可能都无法实现机组布置。

发明内容

本发明的目的在于提供调速传动装置，以解决现有技术中存在的给水泵能耗高不易调速的技术问题。

调速传动装置，包括输入轴、液力变矩器、行星齿轮系和输出轴，液力变矩器具有泵轮和涡轮，行星齿轮系包括行星轮、太阳轮、行星架和内齿圈，行星齿轮系具有三个动力传输点——第一动力传输点、第二动力传输点、第三动力传输点，三个动力传输点分别为行星架、太阳轮、内齿圈中的一者，行星轮转动设置在行星架上，行星轮与内齿圈和太阳轮啮合，输入轴与输出轴平行设置；

输入轴与泵轮连接，输入轴上还与行星齿轮系的第一动力传输点传动连接；

涡轮与行星齿轮系的第二动力传输点传动连接；

输出轴与行星齿轮系的第三动力传输点传动连接。

本发明调速传动装置的有益效果为：

该调速传动装置，通过将输入轴输入的动力的一部分经由液力变矩器传递至涡轮，并且经过涡轮将动力传递至行星轮系，可通过调节液力变矩器导叶开度无级调节液力变矩器涡轮的转速，进而改变行星轮系的第二动力传输点的转速，从而改变行星轮系中与输出轴连接的传输点的第三动力传输点的转速，从而改变输出轴的转速。而且，由于输入轴和输出轴平行设置。可以使得液力变矩器与行星齿轮系平行设置，充分利用了传动装置在宽度上的空间，并且能够使得输入轴与输出轴的布置尽可能接近于原来的齿轮传动装置的布置方式，有利于减小对厂房原有设备的布置的影响。

优选的技术方案，其附加特征在于，第一动力传输点为内齿圈，第二动力传输点为行星架，第三动力传输点为太阳轮。

当输入轴与内齿圈传动传动，涡轮与行星架传动连接时，可以缩小传动链的传动部件的体积，直接进行传动，从而降低了零件的重量，减少了传动装置的成本。

优选的技术方案，其附加特征在于，第一动力传输点为行星架，第二动力传输点为内齿圈，第三动力传输点为太阳轮。

进一步优选的技术方案，其附加特征在于，涡轮与平行级第一齿轮周向固定的连接，行星架与平行级第二齿轮周向固定的连接，平行级第一齿轮与平行级第二齿轮啮合。

通过设置平行级第一齿轮和平行级第二齿轮，不但可以维持适当的中心距，与原有的传动装置的中心距保持一致。而且还可以提供合理的减速比，保证了液力变矩器涡轮输出扭矩放大到可满足行星架需要的扭矩。

进一步优选的技术方案，其附加特征在于，涡轮与平行级第一齿轮周向固定的连接，内齿圈与平行级第二齿轮周向固定的连接，平行级第一齿轮与平行级第二齿轮啮合。

进一步优选的技术方案，其附加特征在于，输入轴与平行级第三齿轮周向固定的连接，内齿圈与平行级第四齿轮周向固定的连接，平行级第三齿轮与平行级第四齿轮啮合。

进一步优选的技术方案，其附加特征在于，输入轴与平行级第三齿轮周向固定的连接，行星架与平行级第四齿轮周向固定的连接，平行级第三齿轮与平行级第四齿轮啮合。

本发明的另一个目的在于提供一种给水泵，设置有上述任一的调速传动装置。

该给水泵具有上述调速传动装置的所有技术效果。

优选的技术方案，其附加特征在于，给水泵为火力发电站锅炉给水泵。

本发明的另一个目的在于提供一种转动机械，设置有上述任一的调速传动装置。

该转动机械具有上述调速传动装置的所有技术效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例一的调速传动装置的结构示意图；

图2是本发明实施例一的动力传递流向示意图；

图3是本发明实施例二的调速传动装置的结构示意图；

图4是本发明实施例二的动力传递流向示意图；

各个实施例中所用的附图标记表示的含义如下：

1-输入轴；2-平行级第三齿轮；3-液力变矩器；4-平行级第一齿轮；5-平行级第二齿轮；6-太阳轮；7-行星轮；8-内齿圈；9- 行星架；10-平行级第四齿轮；11-涡轮；12-泵轮；13-导叶；14- 输出轴。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

如图1-图2所示，调速传动装置，包括输入轴1、液力变矩器3、行星齿轮系和输出轴14，液力变矩器3具有泵轮12和涡轮11，行星齿轮系包括行星轮7、太阳轮6、行星架9和内齿圈8，行星齿轮系具有三个动力传输点——第一动力传输点、第二动力传输点、第三动力传输点，三个动力传输点分别为行星架9、太阳轮6、内齿圈8中的一者，行星轮7转动设置在行星架9上，行星轮7与内齿圈8和太阳轮6啮合，输入轴1与输出轴14平行设置；

输入轴1与泵轮12连接，输入轴1上还与行星齿轮系的第一动力传输点传动连接；

涡轮11与行星齿轮系的第二动力传输点传动连接；

输出轴14与行星齿轮系的第三动力传输点传动连接。

本发明调速传动装置的有益效果为：

该调速传动装置，通过将输入轴1输入的动力的一部分经由液力变矩器3传递至涡轮11，并且经过涡轮11将动力传递至行星轮7系，可通过调节液力变矩器3导叶13开度无级调节液力变矩器3涡轮11 的转速，进而改变行星轮7系的第二动力传输点的转速，从而改变行星轮7系中与输出轴14连接的传输点的第三动力传输点的转速，从而改变输出轴14的转速。而且，由于输入轴1和输出轴14平行设置。可以使得液力变矩器3与行星齿轮系平行设置，充分利用了传动装置在宽度上的空间，并且能够使得输入轴1与输出轴14的布置尽可能接近于原来的齿轮传动装置的布置方式，有利于减小对厂房原有设备的布置的影响。

具体说来，第一动力传输点为内齿圈8，第二动力传输点为行星架9，第三动力传输点为太阳轮6。

当输入轴1与内齿圈8传动传动，涡轮11与行星架9传动连接时，可以缩小传动链的传动部件的体积，直接进行传动，从而降低了零件的重量，减少了传动装置的成本。

进一步具体说来，涡轮11与平行级第一齿轮4周向固定的连接，行星架9与平行级第二齿轮5周向固定的连接，平行级第一齿轮4 与平行级第二齿轮5啮合。具体地，涡轮11可以与平行级第一齿轮 4同轴且固定连接，行星架9可以与平行级第二齿轮5同轴且固定连接，平行级第一齿轮4与平行级第二齿轮5的中心距为输入轴1与输出轴14的轴间距。平行级第一齿轮4和平行级第二齿轮5都可以设置在图1所示的行星齿轮系的左侧。平行级第一齿轮4的齿数少于平行级第二齿轮5的齿数。

通过设置平行级第一齿轮4和平行级第二齿轮5，不但可以维持适当的中心距，与原有的传动装置的中心距保持一致。而且还可以提供合理的减速比，保证了液力变矩器3涡轮11输出扭矩放大到可满足行星架9需要的扭矩。

进一步具体说来，输入轴1与平行级第三齿轮2周向固定的连接，内齿圈8与平行级第四齿轮10周向固定的连接，平行级第三齿轮2 与平行级第四齿轮10啮合。具体说来，输入轴1可以与平行级第三齿轮2键连接，内齿圈8可以与平行级第四齿轮10同轴且固定连接，平行级第三齿轮2与平行级第四齿轮10的中心距为输入轴1与输出轴14的轴间距。平行级第三齿轮2和平行级第四齿轮10都可以设置在图1所示的行星齿轮系的右侧。

本实施例的动作原理为：

输入轴1由恒速电机驱动，平行级第三齿轮2与平行级第四齿轮 10啮合保证了内齿圈8转速的恒定，液力变矩器3的泵轮12转速恒定，可通过调节液力变矩器3导叶13开度无级调节液力变矩器3涡轮11的转速，可以在液力变矩器3处将输入轴1的动力进行分流。分流的一部分动力通过平行级第一齿轮4与平行级第二齿轮5的啮合、平行级第二齿轮5与行星架9的连接，液力变矩器3涡轮11转速传递至行星架9，即行星架9可通过调节液力变矩器3导叶13开度进行无级调速。而另一部分动力则可以通过平行级第三齿轮2与平行级第四齿轮10啮合，将动力传递至行星齿轮系的内齿圈8。根据行星差动原理，恒定转速的内齿圈8与可无级调速的行星架9共同驱动太阳轮6，从而实现太阳轮6的无级调速输出。

本方案的优点在于：平行级传动既可保证适当的中心距(与原液偶中心距一致)，又提供了合理的减速比(保证了液力变矩器3涡轮 11输出扭矩放大到可满足行星架9需要的扭矩)，在实际液偶型给水泵机组改造工程中，采用此方案可保证新型调速节能设备的接口与原液偶设备完全一致，可直接替换而无需调整机组地基、管道等部分，施工工期短，替换后节能效果显著，以2×350MW超临界机组为例，年利用小时3500小时，机组常年处于半负荷状态，经测算，替换后每年可节电1200万度电，给水泵电耗下降0.7％～1.5％。

以350MW超临界给水泵机组节能改造为例，原给水泵机组布置为“恒速电机--齿轮前置式液力偶合器传动装置--给水泵”。若进行变频改造，首先需要采用增速齿轮箱对原液力偶合器传动装置进行替换或改造，另还需配套变频器、变压器、空调、通风系统、谐波过滤器等设备，并需在室外建设独立的空调房，需进行土建施工。此外，还需将室外变频器与电动机规划连接电缆线路，对原电机电缆连接也需要改动。综合分析，施工内容较多，改造对电厂原有布局改动较大，施工周期长。

若进行Vorecon改造，由于Vorecon设备在轴向长度上比齿轮型液力偶合器要长，并且Vorecon设备是同轴布置，不同于原齿轮型液力偶合器的平行轴布置，需要对原给水泵机组基础进行改造，机组中所有设备(包括给水泵管道)需重新布置，工程量大，改造周期长，如果原给水泵机组布置本来就比较紧凑的话，此种改造方案甚至可能无法实现。采用此发明涉及的新型结构型式可做到：所有接口(包括轴向距离)与原齿轮前置式液力偶合器传动装置完全一致，可做到“拆下原齿轮前置式液力偶合器传动装置→安装新型高效调速装置”的流程，而无其它工程量，且拥有与变频与Vorecon相当的运行效率，可靠性与原齿轮型液力偶合器相当等优点。

实施例二

如图3-4所示，本实施例与实施例1的区别之处在于，第一动力传输点为行星架9，第二动力传输点为内齿圈8，第三动力传输点为太阳轮6。

具体说来，内齿圈8与平行级第二齿轮5周向固定的连接。

具体说来，行星架9与平行级第四齿轮10周向固定的连接。

实施例三

本实施例提供一种给水泵，设置有上述任一的调速传动装置。

该给水泵具有上述调速传动装置的所有技术效果。

具体说来，给水泵为火力发电站锅炉给水泵。

实施例三

本实施例提供一种转动机械，设置有上述任一的调速传动装置。

该转动机械具有上述调速传动装置的所有技术效果。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换，例如：

⑴实施例1和实施例2中，是利用了平行级第一齿轮与平行级第二齿轮的啮合，平行级第三齿轮与平行级第四齿轮的啮合，实现将动力由涡轮传递至行星齿轮系和将动力由输入轴传递至行星齿轮系的，实际上还可以根据功率、成本、空间、使用习惯等因素选择皮带传动或者链传动等其他的传动形式，也可以完成动力传递的功效。

⑵实施例1中，平行级第一齿轮和平行级第二齿轮都设置在图1 所示的行星齿轮系的左侧。平行级第三齿轮和平行级第四齿轮都设置在图1所示的行星齿轮系的右侧。实际上，可以根据需要将平行级第三齿轮和平行级第四齿轮也都设置在图1所示的行星齿轮系的左侧。

而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.调速传动装置，其特征在于，包括输入轴、液力变矩器、行星齿轮系和输出轴，所述液力变矩器具有泵轮和涡轮，所述行星齿轮系包括行星轮、太阳轮、行星架和内齿圈，所述行星齿轮系具有三个动力传输点——第一动力传输点、第二动力传输点、第三动力传输点，三个动力传输点分别为所述行星架、所述太阳轮、所述内齿圈中的一者，所述行星轮转动设置在所述行星架上，所述行星轮与内齿圈和太阳轮啮合，所述输入轴与所述输出轴平行设置；

所述输入轴与泵轮连接，所述输入轴上还与所述行星齿轮系的第一动力传输点传动连接；

所述涡轮与所述行星齿轮系的第二动力传输点传动连接；

所述输出轴与所述行星齿轮系的第三动力传输点传动连接。

2.根据权利要求1所述的调速传动装置，其特征在于，所述第一动力传输点为所述内齿圈，所述第二动力传输点为所述行星架，所述第三动力传输点为所述太阳轮。

3.根据权利要求1所述的调速传动装置，其特征在于，所述第一动力传输点为所述行星架，所述第二动力传输点为所述内齿圈，所述第三动力传输点为所述太阳轮。

4.根据权利要求2所述的调速传动装置，其特征在于，所述涡轮与平行级第一齿轮周向固定的连接，所述行星架与平行级第二齿轮周向固定的连接，所述平行级第一齿轮与所述平行级第二齿轮啮合。

5.根据权利要求3所述的调速传动装置，其特征在于，所述涡轮与平行级第一齿轮周向固定的连接，所述内齿圈与平行级第二齿轮周向固定的连接，所述平行级第一齿轮与所述平行级第二齿轮啮合。

6.根据权利要求2所述的调速传动装置，其特征在于，所述输入轴与平行级第三齿轮周向固定的连接，所述内齿圈与平行级第四齿轮周向固定的连接，所述平行级第三齿轮与所述平行级第四齿轮啮合。

7.根据权利要求3所述的调速传动装置，其特征在于，所述输入轴与平行级第三齿轮周向固定的连接，所述行星架与平行级第四齿轮周向固定的连接，所述平行级第三齿轮与所述平行级第四齿轮啮合。

8.给水泵，其特征在于，设置有权利要求1-7中任一项所述的调速传动装置。

9.根据权利要求8所述的给水泵，其特征在于，所述给水泵为火力发电站锅炉给水泵。

10.转动机械，其特征在于，设置有权利要求1-8中任一项所述的调速传动装置。