CN108131306A - 一种用于轴流式风机的多转速汽电双驱动系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及火力发电厂风机的驱动领域，具体为一种用于轴流式风机的多转速汽电双驱动系统，包括依次连接的小机、离合器或变速离合器、主电机和调速行星齿轮箱，还包括辅电机、传扭中间轴，小机的驱动端通过离合器或变速离合器与主电机的前轴伸相连接，主电机的后轴伸与齿轮箱的太阳轮相连接，辅电机与齿轮箱的行星架通过外齿轮啮合，辅电机和外齿轮之间的轴上装有锁轴装置，齿轮箱的内齿圈通过中间轴与轴流式风机相连接，主电机接入高压厂用电系统，并设有软启动装置，辅电机通过四象限变频器接入高压厂用电系统。本申请可根据风机的不同风量和压升工况，选择适当的运行转速，尽可能使风机工作在高效状态，从而提高了风机运行效率。

Description

一种用于轴流式风机的多转速汽电双驱动系统

技术领域

本发明涉及火力发电厂风机的驱动领域，具体为一种用于轴流式风机的多转速汽电双驱动系统，尤其适用于电站锅炉轴流式引风机驱动，也适合其他行业的风机驱动领域；既可以是动叶可调轴流式风机，也可以是静叶可调轴流式风机；对于完全由电机驱动的风机仍然适用。

背景技术

锅炉引风机是火力发电厂的重要辅机，近年来取消增压风机成为趋势，引风机同时承担脱硫和脱销系统的阻力，称作“三合一”引风机，成为功率仅次于给水泵的大功率辅机，近年来由于环保排放标准提高，环保设施引起锅炉烟气阻力增加较多，导致引风机的功率进一步增大，已投运发电机组在进行环保设备改造的同时，引风机常因出力不足，也面临改造问题。

由于引风机要按照TB工况（test block，风机能力考核工况，即在锅炉最大连续出力工况下，考虑风量、风压裕量后的风机工况）配置，同时其驱动设备，无论是电机，还是小汽轮机（以下简称“小机”）都需要满足风机TB工况的轴功率，并留有一定裕量。而即使发电机组在夏季满负荷工况，引风机功率仅约为TB功率的三分之二，风机及其驱动设备裕量都相当大，尤其是采用小机驱动时，小机设计轴功率与发电机组正常运行中引风机所需的驱动功率偏离较多，导致小汽轮机在运行中进汽调节阀开度较小，发电机组在50%～100%负荷运行工况下，小汽轮机进汽调节阀阀位大约为30%～50%左右，对效率影响很大。另外，在燃煤发电机组超低排放改造中，引风机改造方案制约因素则较多，如可能会遇到厂用电压等级、厂用变压器容量不足等问题。

为解决上述问题，大同煤矿集团有限责任公司申请了名称为《一种用于火力发电厂的节能型锅炉引风机驱动系统》的专利，中国船舶重工集团公司第七〇三研究所、山西漳泽电力股份有限公司电力技术研究中心、山西大学共同申请了名称为《一种电站锅炉大型轴流式风机汽电双驱的轴系结构》、《大型静叶可调轴流式风机汽电交替驱动和联合驱动的轴系》的两项专利，已取得实用新型专利授权和发明专利公开，并在某2×660MW机组的技改工程中得到应用。但上述三项专利技术中，动叶可调轴流式风机（以下简称“动调风机”）只能在单一固定转速下工作，静叶可调轴流式风机（以下简称“静调风机”）在汽电双驱（无变频器）模式下，也只能在单一固定转速下工作，上述三项专利解决了小汽轮机运行效率偏低的问题，但风机还在原有定转速方式下工作，风机的节能潜力有待进一步挖掘。

发明内容

本发明提供了一种用于轴流式风机的多转速汽电双驱动系统，进一步提升现有单一固定转速汽电双驱轴流式风机组的运行效率。

本发明是采用如下的技术方案实现的：一种用于轴流式风机的多转速汽电双驱动系统，包括依次连接的小机、同步自动离合器（以下简称“离合器”）或变速离合器（一体化的齿轮箱和同步自动离合器）、主电机和调速行星齿轮箱（以下简称“齿轮箱”），还包括辅电机（可以是一台或多台）、传扭中间轴（以下简称“中间轴”），小机的驱动端通过离合器或变速离合器与主电机的前轴伸相连接，主电机的后轴伸与齿轮箱的太阳轮相连接，辅电机与齿轮箱的行星架通过外齿轮啮合，辅电机和外齿轮之间的轴上装有锁轴装置，齿轮箱的内齿圈通过中间轴与轴流式风机（以下简称“风机”）相连接，主电机接入高压厂用电系统，并设有软启动装置，辅电机通过四象限变频器（以下简称“变频器”）接入高压厂用电系统。

工作原理：风机组正常运行时，小机阀门全开，不做调节，离合器接合，主电机接入高压厂用电系统，小机和主电机定速运行，联合驱动齿轮箱的太阳轮，齿轮箱的行星架由辅电机驱动，齿轮箱的内齿圈驱动风机运行，根据行星齿轮机构调速原理，辅电机工作在不同转速，风机就会相应工作在不同转速。根据风机的不同风量和压升工况，选择适当的运行转速，尽可能使风机工作在高效状态，这样较单一固定转速，就极大的扩展了风机的高效区范围，从而提高了风机运行效率。

本发明的有益效果是：

1）已申报的专利《一种电站锅炉大型轴流式风机汽电双驱的轴系结构》在某2×660MW机组的技改中已实现工程应用，解决了驱动系统的效率问题，通过本方案可以通过提高风机自身的运行效率，进一步提高整个风机组的运行效率。

2）本技术方案中，辅电机可以工作在变频状态，也可以工作工频状态，对于动调风机，辅电机在工频状态下，可以使风机组获得更高的可靠性和驱动效率。

附图说明

图1为实施例一的结构示意图。

图中：T-小机，S-离合器，M1-主电机，M2-辅电机，L-锁轴装置，R-软启动装置，V-变频器，N-厂用电系统，A-中间轴，F-风机转子总成，G1-太阳轮，G2-行星架，G3-内齿圈，G4-外齿轮。

图2为实施例二的结构示意图。

图中：T-小机，B-变速离合器，M1-主电机，M2-辅电机，L-锁轴装置，R-软启动装置，V-变频器，N-厂用电系统，A-中间轴，F-风机转子总成，G1-太阳轮，G2-行星架，G3-内齿圈，G4-外齿轮。

具体实施方式

实施例1：如图1所示，一种用于轴流式风机的多转速汽电双驱动系统，包括依次连接的小机T、离合器S、主电机M1、齿轮箱G，还包括辅电机M2、中间轴A，小机T的驱动端通过离合器S与主电机M1的前轴伸相连接，主电机M1的后轴伸与齿轮箱G的太阳轮G1相连接，辅电机M2与齿轮箱G的行星架G2通过外齿轮G4啮合（主电机与辅电机之间轴距不足时，可以在外齿轮和行星架之间增加中继齿轮），并设有锁轴装置L，齿轮箱G的内齿圈G3通过中间轴A与风机转子总成F相连接，主电机M1接入高压厂用电系统N，并设有软启动装置R，辅电机M2通过变频器V接入高压厂用电系统N。

采用本发明方案设计，具体参数可以根据工程条件优化选择，如小机设计转速为3000rpm、主电机为2极电机、风机设计转速为750rpm，齿轮箱行星架静止点对应风机转速为650rpm，并可在550～750rpm转速区间运行。

发电机组启动时，风机在电动方式下启动时，离合器脱开，小机处于静止状态，辅电机的锁轴装置闭锁，齿轮箱的行星架静止，主电机在软启动方式下启动，启动完成后软启动装置切除，主电机直接并入高压厂用电系统工频定速运行，此时，风机运行转速为650rpm，由主电机单独驱动引风机运行，引风机可以通过调节动叶（动调风机，）或调节静叶（静调风机）来实现对锅炉负压（风量）的调节。

根据风机动叶或静叶的开度，以及风机流量或压升，来判断风机的效率状况，并决定提高或降低风机转速。当汽源满足小机启动要求时，小机投入运行，离合器接合，与电机联合驱动风机，由于小机阀门全开，不做调节，轴系中功率的平衡是由电气系统完成的，即小机驱动风机的功率富余或不足时，主电机分别处于发电或电动状态，根据风机转速工况不同，风机转速高于行星架静止点对应转速时，辅电机处于电动状态，反之处于发电状态。

若风机为动调风机，当风机动叶开度较小，风机效率偏离高效区较多时，可降低风机转速，具体操作为，打开辅电机锁轴装置，同时通过变频器驱动辅电机带动行星架与内齿圈保持反向转动，此时，辅电机处于电动状态。当风机动叶开度较大，风机效率偏离高效区较多，并接近失速区时，可提高风机转速，具体操作为，打开辅电机锁轴装置，同时通过变频器驱动辅电机带动行星架与内齿圈保持同向转动，此时，辅电机处于发电状态。由于动调风机叶片共振点较多，不能做连续变转速运行，一般只允许在非共振点做跳频运行，而动调风机的高效区明显宽于静调风机，一般选择高、中、低三个转速点，即可使风机在发电机组整个调峰运行区间均保持相对较高的运行效率。变频器频率从0Hz逐步提高至50Hz（此时变频器工作在Ⅰ象限，辅电机正转电动），然后辅电机直接并入高压厂用电系统，变频器切除，工频运行，风机转速保持在550rpm；若变频器反相频率从0Hz逐步提高至50Hz（此时变频器工作在Ⅲ象限，辅电机反转发电），然后辅电机直接并入高压厂用电系统，变频器切除，工频运行，风机转速保持在750rpm；若风机从550rpm或750rpm向650rpm切换时，则变频器投入，频率由±50Hz逐步减小到0Hz，然后锁轴装置闭锁，变频器切除，电机停转；变速切换完成后，由于切除了变频器，辅电机直接并入高压厂用电系统（或停止运行），就避免了变频器的效率损失和可靠性的影响。变转速操作时，转速控制要平稳，使热工控制系统控制风机动叶的开度平稳跟踪，维持锅炉炉膛负压正常。

根据泵与风机的功率与转速的三次方成正比的相似关系，以某1000MW机组的引风机为例，风机设计转速为750rpmr，TB工况动叶开度9.5°，保持动叶开度不变，风机转速为650rpm时，功率大约为TB工况的65%，可满足机组THA工况风机功率，风机转速为550rpm时，功率大约为750rpm时的39%，可满足机组70%THA工况风机功率；在风机设计转速下，机组THA工况时，风机动叶开度为-3°，保持动叶开度不变，风机转速为650rpm时，可满足机组75%THA工况风机功率，风机转速为550rpm时，可满足机组45%THA工况风机功率；在风机设计转速下，从TB工况到50%THA工况，风机动叶开度的调节范围是9.5°～-18°，效率变化范围是88.5%～60%，而采用本技术方案，根据工况进行转速切换，风机动叶开度调节范围缩小9.5°～-2°，效率变化范围是88.5%～84.5%，在机组整个调峰运行区间，风机平均运行效率大约能提高15%，若机组进行深度调峰运行，风机运行效率会提高更多。

若风机为静调风机，由于静调风机允许连续变转速运行，因此，除了与上述动调风机的运行方式相同之外，静调风机也可在最高和最低转速之间做连续变转速运行，以尽可能发挥静调风机的优势，提高风机运行效率，但需要有变频器全程投入参与调节。

实施例2：如图2所示，一种用于轴流式风机的多转速汽电双驱动系统，包括依次连接的小机T、变速离合器B、主电机M1、齿轮箱G，还包括辅电机M2、中间轴A，小机的驱动端通过变速离合器B与主电机M1的前轴伸相连接，主电机M1的后轴伸与齿轮箱G的太阳轮G1相连接，辅电机M2与齿轮箱G的行星架G2通过外齿轮G4啮合，并设有锁轴装置L，齿轮箱G的内齿圈G3通过中间轴A与风机转子总成F相连接，主电机M1接入高压厂用电系统N，并设有软启动装置R，辅电机M2通过变频器V接入高压厂用电系统N。

采用本发明方案设计，具体参数可以根据工程条件优化选择，如小机设计转速为6000rpm、变速离合器速比为4，主电机为4极电机、风机设计转速为750rpm，齿轮箱行星架静止点对应风机转速为650rpm，并可在550～750rpm转速区间运行。

实施例2与实施例1不同之处在于，小机采用高转速设计，主电机采用4极电机，小机和主电机之间通过变速离合器的齿轮箱来匹配转速。

在实施例1和实施例2中，去掉小机T和离合器S或变速离合器B，方案仍然成立，即可用于新建工程，也可以用于改造工程。

Claims (1)

1.一种用于轴流式风机的多转速汽电双驱动系统，其特征在于包括依次连接的小汽轮机、同步自动离合器或变速离合器、主电机和调速行星齿轮箱，还包括辅电机和传扭中间轴，小汽轮机的驱动端通过离合器或变速离合器与主电机的前轴伸相连接，主电机的后轴伸与调速行星齿轮箱的太阳轮相连接，辅电机与调速行星齿轮箱的行星架通过外齿轮啮合，辅电机和外齿轮之间的轴上装有锁轴装置，齿轮箱的内齿圈通过传扭中间轴与轴流式风机相连接，主电机接入高压厂用电系统，并设有软启动装置，辅电机通过四象限变频器接入高压厂用电系统。