CN111025890A - 一种电厂空预器同步永磁耦合驱动系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电厂空预器同步永磁耦合驱动系统，减速机模块包括减速机、主输入轴、辅输入轴和备用输入轴；主同步永磁耦合器模块包括相对设置的驱动端永磁盘和传动端永磁盘，主电机通过电机轴与驱动端永磁盘相连，传动端永磁盘经负载轴与主输入轴相连接；辅同步永磁耦合器模块包括相对设置的驱动端永磁盘和传动端永磁盘，辅电机通过电机轴与驱动端永磁盘相连，传动端永磁盘经负载轴与减速机辅输入轴相连接，气动马达与备用输入轴相连接，非接触式速度传感器安装在减速机和减速机模块连接处。

Description

一种电厂空预器同步永磁耦合驱动系统

技术领域

本发明属于电厂空预器运行控制领域，具体涉及一种电厂空预器同步永磁耦合驱动系统。

背景技术

电厂空预器正常运行是保障发电厂锅炉连续运行和提高锅炉效率的前提，由于空预器自重大，启动时间和力矩均较低大，为防止对减速机齿轮的冲击和电机过载，一般设置变频器进行软启动。锅炉运行时需保持空预器连续运行，虽设置有主、辅电机互为备用，但主辅电机同轴相连，无法在线检修。辅电机与减速机采用超越离合器连接的形式，虽避免了主电机运行时全速跟转造成的轴承磨损，但主电机故障切至辅电机运行后，主电机全速跟转无法脱开进行维修。因此，研究简单可靠，且便于在线维修的空预器驱动系统刻不容缓。目前对空预器驱动系统开展了永磁耦合器改造成为研究热点，现有电厂空预器驱动系统存在以下缺陷和不足：

(1)现有技术中为满足空预器软启动和盘车运行要求，需要配置变频器并采用变频电机，增加了故障点和日常维护工作量；

(2)辅电机与减速箱通过超越离合器连接，主电机运行时辅电机不跟转，当切至辅电机运行时，超越离合器受较大冲击力，易发生损坏；

(3)主、辅电机不得同时启动，故障切换时存在冲击，且不符合辅机切换先启动备用设备再停用运行设备的安全规范要求，存在安全风险；

(4)主、辅电机任一故障时，均无法在线进行更换，需停运该空预器，影响锅炉安全、经济运行。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提高一种不采用变频器即可实现空预器软启动和盘车运行的永磁耦合驱动系统，同时可实现主辅电机同步运行、并联切换的功能，当主、辅电机任一故障时，可实现在线维修，其可取代电厂空预器变频驱动技术，能够为电厂空预器的正常运行提供可靠保证。

本发明的技术方案如下：

一种电厂空预器同步永磁耦合驱动系统，其特征在于，包括减速机模块(1)、主电机(2)、主同步永磁耦合器模块(3)、第一电流传感器(4)、辅电机(5)、辅同步永磁耦合器模块(6)、第二电流传感器(7)、非接触式速度传感器(8)、气动马达(9)；

其中，所述减速机模块(1)包括减速机(1-1)、主输入轴(1-2)、辅输入轴(1-3)和备用输入轴(1-4)；

所述主同步永磁耦合器模块(3)包括相对设置的驱动端永磁盘(3-1)和传动端永磁盘(3-2)，所述主电机(2)通过电机轴与所述驱动端永磁盘(3-1)相连，所述传动端永磁盘(3-2)经负载轴与所述主输入轴(1-2)相连接；所述辅同步永磁耦合器模块(6)包括相对设置的驱动端永磁盘(6-1)和传动端永磁盘 (6-2)，所述辅电机(5)通过电机轴与所述驱动端永磁盘(6-1)相连，所述传动端永磁盘(6-2)经负载轴与所述减速机辅输入轴(1-3)相连接，所述气动马达(9)与所述备用输入轴(1-4)相连接，所述非接触式速度传感器(8)安装在所述减速机(1-1)和减速机模块(1)连接处。

进一步的，还包括智能控制器(10)，所述智能控制器(10)根据DCS指令控制主电机(2)和辅电机(5)的启停和主电机(2)的运行方式，智能控制器(10)根据第一电流传感器(4)和第二电流传感器(7)信号、非接触式速度传感器(8)信号控制主电机(2)和辅电机(5)的过载保护动作；所述第一电流传感器(4)和第二电流传感器(7)信号输出端与智能控制器(10)相连，所述非接触式速度传感器(8)的信号输出端与智能控制器(10)相连。

进一步的，所述驱动端永磁盘(3-1)和传动端永磁盘(3-2)均采用稀土型永磁材料制成，辅同步永磁耦合器模块(6)与主同步永磁耦合器模块(3)结构相同，主同步永磁耦合器模块(3)和辅同步永磁耦合器模块(6)均具有同步传动和限矩功能。

进一步的，所述主电机(2)采用双速电机，第一工作转速对应空预器的正常转速，第二工作转速对应空预器的盘车转速，所述主电机(2)的工作转速选择由智能控制器(10)控制；所述非接触速度传感器(8)采用光纤漫反射型测速传感器，用于将减速机模块(1)速度信号转换为脉冲信号输至智能控制器(10) 进行速度信号还原处理。

进一步的，所述主电机(2)用于通过电机轴拖动驱动端永磁盘(3-1)旋转，驱动端永磁盘(3-1)在形成旋转的磁场，与传动端永磁盘(3-2)产生的磁场相互作用，带动传动端永磁盘(3-2)转动，稳定工作时，传动端永磁盘(3-2)与驱动端永磁盘(3-1)速度和旋转方向均保持一致，传动端永磁盘(3-2)拖动减速机模块(1)工作，辅电机(5)通过辅同步永磁耦合器模块(6)驱动减速机模块(1)。

进一步的，所述主电机(2)额定功率、主同步永磁耦合器模块(3)最大传动功率和减速机额定输入功率分别为α1、α2、α3，其中α1＞α2＞α3；智能控制器(10)根据DCS运行指令，控制主电机(2)过载保护定值，主电机过载保护定值包括第一档(≤α1且＞α2)和第二档(＜α2且＞α3)两种；当空预器由零速启动时，过载保护定值选第一档，当主电机(2)输出功率达到α2时，主同步永磁耦合器模块(3)因达到最大传动功率发生失步打滑，限制了主电机(2)的输出功率，随着空预器转速升高后减速机阻力矩减小，主同步永磁耦合器模块(3)恢复同步运行；由智能控制器(10)将主电机(2)过载保护定值切至第二档，此时若空预器发生卡涩，第一电流传感器(4)超过过载保护定值时，主电机(2)跳闸，并触发后续连锁保护，不会主同步永磁耦合器模块(3)打滑情况；辅电机(5)、辅同步永磁耦合器模块(6)功能与之相同。

进一步的，空预器运行时，主电机(2)和辅电机(5)可并联运行，实现在线切换；所述主电机(2)安装在水平滑动的底板上，空预器由辅电机(5) 驱动运行时，可通过手轮和丝杆将驱动主同步永磁耦合器模块(3)脱开，即驱动端永磁盘(3-1)随主电机(2)一起运动，脱离传动端永磁盘(3-2)，同步永磁耦合器模块(3)在磁场脱离后不再同步转动，主电机(2)和驱动端永磁盘 (3-1)不再转动。

进一步的，失电时由气动马达(9)驱动减速机模块(1)，所述智能控制器 (10)将采集信号和控制状态传输至电厂集控室DCS系统，并接受DCS系统指令用于对空预器减速机的控制。

借由上述方案，本发明至少具有以下优点：

1、本发明将空预器主、辅电机和减速机模块均通过磁场传递能量，能够实现空预器的平稳启动和过载保护功能，消除启动力矩大对电机的影响。

2、本发明主电机采用双速电机，可实现正常转速和盘车转速之间的切换。

3、本发明取消了主、辅电机配置的变频器，不受电机供电系统低电压穿越事故影响，在供电端短时降落的情况下，空预器仍能保持稳定运行，运行故障率低。

4、本发明将空预器主、辅同步永磁耦合器模块的驱动端永磁盘和传动端永磁盘均采用稀土型永磁材料制成，可隔绝减速机振动对电机的影响。

5、本发明主电机和辅电机可并联运行并实现在线切换，消除了切换过程中对减速机的冲击，取消了辅电机超越离合器。

6、本发明主、辅电机在启动过程中通过对过载保护定值的修改，在启动过程中为防止电机过载利用了永磁耦合器的限矩功能，正常运行中为防止永磁耦合器打滑造成空预器停转，由电机过载信号触发联锁保护动作。

7、本发明主、辅电机安装在可通过水平滑动的底板上，通过手轮和丝杆将电机与减速机模块脱开，方便对电机进行维修或更换。

8、减速机测速模块非接触速度传感器采用光纤漫反射型测速传感器，可对减速机运行状况进行监控。

9.采用智能控制器并实现保护定值的自动切换，并可与DCS交互指令和信息，满足空预器全工况智能运行要求。

10.本发明符合发电厂空预器运行技术规范，功能齐全，系数结构简单可靠，无需配置变频器和超越离合器，额外实现主、辅电机的在线维修，空预器运行可靠性显著提高。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某个实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为本发明的结构原理框图。

附图标记说明：

1―减速机模块；2―主电机；3―主同步永磁耦合器模块；4―第一电流传感器；5―辅电机；6―辅同步永磁耦合器模块；7―第二电流传感器；8―非接触式速度传感器；9―气动马达；10―智能控制器(10)；1-1―减速机；1-2―主输入轴；1-3―辅输入轴；1-4―备用输入轴，3-1

―驱动端永磁盘；3-2―传动端永磁盘；6-1―驱动端永磁盘；6-2―传动端永磁盘。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

如图1所示，一种电厂空预器同步永磁耦合驱动系统，包括减速机模块1、主电机2、主同步永磁耦合器模块3、第一电流传感器4、辅电机5、辅同步永磁耦合器模块6、第二电流传感器7、非接触式速度传感器8、气动马达9；其中，所述减速机模块1包括减速机1-1、主输入轴1-2、辅输入轴1-3和备用输入轴1-4；主同步永磁耦合器模块3包括相对设置的驱动端永磁盘3-1和传动端永磁盘3-2，主电机2通过电机轴与驱动端永磁盘3-1相连，传动端永磁盘3-2 经负载轴与减速机主输入轴1-2相连接；辅同步永磁耦合器模块6包括相对设置的驱动端永磁盘6-1和传动端永磁盘6-2，辅电机5通过电机轴与驱动端永磁盘 6-1相连，传动端永磁盘6-2经负载轴与减速机辅输入轴1-3相连接，气动马达 9与减速机备用输入轴1-4相连接，非接触式速度传感器8安装减速机1-1和减速机连接处。

本实施例中，还包括智能控制器10，所述智能控制器10根据DCS指令控制主电机2和辅电机5的启停和主电机2的运行方式，智能控制器10根据第一电流传感器4和第二电流传感器7信号、非接触式速度传感器8信号控制主电机2和辅电机5的过载保护动作；所述第一电流传感器4和第二电流传感器7 信号输出端与智能控制器10相连，所述非接触式速度传感器8的信号输出端与智能控制器10相连。

本实施例中，所述驱动端永磁盘3-1和传动端永磁盘3-2均采用稀土型永磁材料制成，辅同步永磁耦合器模块6与主同步永磁耦合器模块3结构相同，主同步永磁耦合器模块3和辅同步永磁耦合器模块6均具有同步传动和限矩功能。

本实施例中，主电机2额定功率、主同步永磁耦合器模块3最大传动功率和减速机额定输入功率按1.5:1.2:1配置。智能控制器10根据DCS运行指令，控制主电机2过载保护定值，主电机过载保护定值包括第一档(1.5倍减速机额定输入功率)和第二档(1.15倍减速机额定输入功率)两种。当空预器由零速启动时，过载保护定值选第一档，当主电机2输出功率达到1.2倍减速机额定输入功率时，主同步永磁耦合器模块3因达到最大传动功率发生失步打滑，限制了主电机2的输出功率，随着空预器转速升高后减速机阻力矩减小，主同步永磁耦合器模块3恢复同步运行。当空预器启动完成，非接触式速度传感器8信号显示达到额定转速后，由智能控制器10将主电机2过载保护定值切至第二档，此时若空预器发生卡涩，第一电流传感器4超过过载保护定值时，主电机2跳闸，并触发后续连锁保护，不会主同步永磁耦合器模块打滑情况。辅电机5、辅同步永磁耦合器模块6功能与之相同。

本实施例中，所述主电机2采用双速电机，第一工作转速对应空预器的正常转速，第二工作转速对应空预器的盘车转速，所述主电机2的工作转速选择由智能控制器10控制；所述非接触速度传感器8采用光纤漫反射型测速传感器，用于将减速机模块1速度信号转换为脉冲信号输至智能控制器10进行速度信号还原处理。

本实施例中，主电机2用于通过电机轴拖动驱动端永磁盘3-1旋转，驱动端永磁盘3-1在形成旋转的磁场，与传动端永磁盘3-2产生的磁场相互作用，带动传动端永磁盘3-2转动，稳定工作时，传动端永磁盘3-2与驱动端永磁盘3-1速度和旋转方向均保持一致，传动端永磁盘3-2拖动减速机模块1工作，辅电机5 通过辅同步永磁耦合器模块6驱动减速机模块1。

本实施例中，主电机2额定功率、主同步永磁耦合器模块3最大传动功率和减速机额定输入功率分别为α1、α2、α3，其中α1＞α2＞α3；智能控制器10根据DCS运行指令，控制主电机2过载保护定值，主电机过载保护定值包括第一档≤α1且＞α2和第二档＜α2且＞α3两种；当空预器由零速启动时，过载保护定值选第一档，当主电机2输出功率达到α2时，主同步永磁耦合器模块3因达到最大传动功率发生失步打滑，限制了主电机2的输出功率，随着空预器转速升高后减速机阻力矩减小，主同步永磁耦合器模块3恢复同步运行；由智能控制器10将主电机2过载保护定值切至第二档，此时若空预器发生卡涩，第一电流传感器4超过过载保护定值时，主电机2跳闸，并触发后续连锁保护，不会主同步永磁耦合器模块3打滑情况；辅电机5、辅同步永磁耦合器模块6功能与之相同。

本实施例中，主电机2和辅电机5可并联运行，实现在线切换；所述主电机2安装在水平滑动的底板上，空预器由辅电机5驱动运行时，可通过手轮和丝杆将驱动主同步永磁耦合器模块3脱开，即驱动端永磁盘3-1随主电机2一起运动，脱离传动端永磁盘3-2，同步永磁耦合器模块3在磁场脱离后不再同步转动，主电机2和驱动端永磁盘3-1不再转动。主电机2采用双速电机，第一工作转速对应空预器的额定转速，第二工作转速为第一工作转速的20％。主电机2 转速方式选择由智能控制器10控制。

本实施例中，失电时由气动马达9驱动减速机模块1，所述智能控制器10 将采集信号和控制状态传输至电厂集控室DCS系统，并接受DCS系统指令用于对空预器减速机的控制。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种电厂空预器同步永磁耦合驱动系统，其特征在于，包括减速机模块(1)、主电机(2)、主同步永磁耦合器模块(3)、第一电流传感器(4)、辅电机(5)、辅同步永磁耦合器模块(6)、第二电流传感器(7)、非接触式速度传感器(8)、气动马达(9)；

其中，所述减速机模块(1)包括减速机(1-1)、主输入轴(1-2)、辅输入轴(1-3)和备用输入轴(1-4)；

所述主同步永磁耦合器模块(3)包括相对设置的驱动端永磁盘(3-1)和传动端永磁盘(3-2)，所述主电机(2)通过电机轴与所述驱动端永磁盘(3-1)相连，所述传动端永磁盘(3-2)经负载轴与所述主输入轴(1-2)相连接；所述辅同步永磁耦合器模块(6)包括相对设置的驱动端永磁盘(6-1)和传动端永磁盘(6-2)，所述辅电机(5)通过电机轴与所述驱动端永磁盘(6-1)相连，所述传动端永磁盘(6-2)经负载轴与所述减速机辅输入轴(1-3)相连接，所述气动马达(9)与所述备用输入轴(1-4)相连接，所述非接触式速度传感器(8)安装在所述减速机(1-1)和减速机模块(1)连接处。

2.根据权利要求1所述的一种电厂空预器同步永磁耦合驱动系统，其特征在于，还包括智能控制器(10)，所述智能控制器(10)根据DCS指令控制主电机(2)和辅电机(5)的启停和主电机(2)的运行方式，智能控制器(10)根据第一电流传感器(4)和第二电流传感器(7)信号、非接触式速度传感器(8)信号控制主电机(2)和辅电机(5)的过载保护动作；所述第一电流传感器(4)和第二电流传感器(7)信号输出端与智能控制器(10)相连，所述非接触式速度传感器(8)的信号输出端与智能控制器(10)相连。

3.根据权利要求1所述的一种电厂空预器同步永磁耦合驱动系统，其特征在于，所述驱动端永磁盘(3-1)和传动端永磁盘(3-2)均采用稀土型永磁材料制成，辅同步永磁耦合器模块(6)与主同步永磁耦合器模块(3)结构相同，主同步永磁耦合器模块(3)和辅同步永磁耦合器模块(6)均具有同步传动和限矩功能。

4.根据权利要求2所述的一种电厂空预器同步永磁耦合驱动系统，其特征在于：所述主电机(2)采用双速电机，第一工作转速对应空预器的正常转速，第二工作转速对应空预器的盘车转速，所述主电机(2)的工作转速选择由智能控制器(10)控制；所述非接触速度传感器(8)采用光纤漫反射型测速传感器，用于将减速机模块(1)速度信号转换为脉冲信号输至智能控制器(10)进行速度信号还原处理。

5.根据权利要求4所述的一种电厂空预器同步永磁耦合驱动系统，其特征在于：所述主电机(2)用于通过电机轴拖动驱动端永磁盘(3-1)旋转，驱动端永磁盘(3-1)在形成旋转的磁场，与传动端永磁盘(3-2)产生的磁场相互作用，带动传动端永磁盘(3-2)转动，稳定工作时，传动端永磁盘(3-2)与驱动端永磁盘(3-1)速度和旋转方向均保持一致，传动端永磁盘(3-2)拖动减速机模块(1)工作，辅电机(5)通过辅同步永磁耦合器模块(6)驱动减速机模块(1)。

6.根据权利要求5所述的一种电厂空预器同步永磁耦合驱动系统，其特征在于：所述主电机(2)额定功率、主同步永磁耦合器模块(3)最大传动功率和减速机额定输入功率分别为α1、α2、α3，其中α1＞α2＞α3；智能控制器(10)根据DCS运行指令，控制主电机(2)过载保护定值，主电机过载保护定值包括第一档(≤α1且＞α2)和第二档(＜α2且＞α3)两种；当空预器由零速启动时，过载保护定值选第一档，当主电机(2)输出功率达到α2时，主同步永磁耦合器模块(3)因达到最大传动功率发生失步打滑，限制了主电机(2)的输出功率，随着空预器转速升高后减速机阻力矩减小，主同步永磁耦合器模块(3)恢复同步运行；由智能控制器(10)将主电机(2)过载保护定值切至第二档，此时若空预器发生卡涩，第一电流传感器(4)超过过载保护定值时，主电机(2)跳闸，并触发后续连锁保护，不会主同步永磁耦合器模块(3)打滑情况；辅电机(5)、辅同步永磁耦合器模块(6)功能与之相同。

7.根据权利要求6所述的一种电厂空预器同步永磁耦合驱动系统，其特征在于：空预器运行时，主电机(2)和辅电机(5)可并联运行，实现在线切换；所述主电机(2)安装在水平滑动的底板上，空预器由辅电机(5)驱动运行时，可通过手轮和丝杆将驱动主同步永磁耦合器模块(3)脱开，即驱动端永磁盘(3-1)随主电机(2)一起运动，脱离传动端永磁盘(3-2)，同步永磁耦合器模块(3)在磁场脱离后不再同步转动，主电机(2)和驱动端永磁盘(3-1)不再转动。

8.根据权利要求1所述的一种电厂空预器同步永磁耦合驱动系统，其特征在于：失电时由气动马达(9)驱动减速机模块(1)，所述智能控制器(10)将采集信号和控制状态传输至电厂集控室DCS系统，并接受DCS系统指令用于对空预器减速机的控制。

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