CN113916530B - 一种燃气轮机下部传动箱试验的试验装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的一种适用于燃气轮机下部传动箱试验的方法及其装置，该装置保证了下部传动箱安装方式、两侧负载、被驱动方式基本与其在燃气轮机上运行状态相同。试验装置包括底架、增速齿轮箱、主变频电机、辅助变频电机、电涡流测功器、滑油系统、测控系统、电气系统。试验方法为：启动阶段辅助变频电机直接驱动下部传动箱工作；运行阶段则由主变频电机通过增速齿轮箱间接驱动下部传动箱；下部传动箱两侧负载为电涡流测功器，用于模拟原两侧的燃油泵和滑油泵；测控系统和电气系统对试验进行控制、监测、记录和显示。本发明在能满足下部传动箱传动效率测量、可靠性长试验，同时还具有自动化程度高，人力、物力资源投入低的优点。
Description
技术领域
本发明涉及燃气轮机下部传动试验技术领域，尤其是一种燃气轮机下部传动箱试验的试验装置及方法。
背景技术
燃气轮机下部传动箱是燃气轮机重要的传动设备，其基本工作原理为：在燃气轮机启动阶段，由辅助起动电机通过下部传动箱，拖转压气机进行点火运行；燃气轮机启动后则由涡轮将燃料燃烧的热能一部分用于对外做功，一部分用于自身循环驱动压气机旋转。运行过程中，下部传动箱有两个重要的作用：一是扭矩传递，将辅助起动电机输入的扭矩传递给燃气轮机压气机转子，从而进行起动运行；二是将起动辅助电机和燃气轮机压气机的部分扭矩输出给安装在其两侧的燃油泵和滑油泵，保证燃油泵和滑油泵正常运行，从而为燃气轮机运行提供所需的燃油、润滑油等。因此下部传动箱运行的可靠性、稳定性、机械效率将关乎到燃气轮机运行、使用寿命，但目前涉及下部传动箱的工作仅局限于生产装配，少有科研机构进行下部传动箱性能、运行可靠性试验。
下部传动箱性能参数主要为输入功率、两侧燃油泵和滑油泵输出的功率、内部齿轮轴承润滑的油量等。下部传动箱悬挂于燃气轮机上实际运行时受安装方式影响，传感器无法难以直接参数测量，且使用燃气轮机进行下部传动箱试验成本太高，需要高昂的燃动费和运行维护费。
发明内容
本申请人针对上述现有生产试验技术中的缺点，提供一种结构合理的燃气轮机下部传动箱试验的试验装置及方法，针对下部传动箱单件进行试验，保证了下部传动箱安装方式、两侧输出负载、驱动方式基本与其在燃气轮机上运行状态相同。
本发明所采用的技术方案如下：
一种燃气轮机下部传动箱试验的试验装置，包括底架、滑油系统、测控系统和电气系统，
所述底架用于安装下部传动箱、增速齿轮箱、辅助变频电机、主变频电机、第一电涡流测功器、第二电涡流测功器；所述滑油系统包括增速齿轮箱外置独立润滑系统和下部传动箱润滑系统，所述下部传动箱润滑系统包括滑油箱，所述滑油箱上引出油管，油管上连接有供油泵、回油泵、滤器和换热器，供油泵为两台并联泵，分别为第一供油泵、第二供油泵，
所述测控系统包括测控柜，还包括串联在第二供油泵所在油路上的流量计、就地压力表、压力变送器和热电阻，所述测控柜用于控制场地供回油泵、变频电机、电涡流控制器，同时接受、显示、存储场地变频电机、传感器反馈信息，
所述电气系统包括油泵控制箱、第一电涡流控制器、第二电涡流控制器、变频电器柜，
所述增速齿轮箱为水平输入，垂直向下输出的换向齿轮箱。
底架分为上下两层，所述下部传动箱悬挂于底架下层，增速齿轮箱安装于底架上层。
下部传动箱的输入端分别为辅助变频电机、主变频电机配设的增速齿轮箱，在增速齿轮箱的输出端安装有扭矩传感器。
下部传动箱输出端的第一电涡流测功器和第二电涡流测功器位于下部传动箱两侧。
第一电涡流测功器、第二电涡流测功器分别位于底架下层两侧，作为负载用于模拟下部传动箱两侧原有的燃油泵和滑油泵。
其中一个供油泵用于给下部传动箱中央传动轴轴承提供润滑。
所述滤器安装于滑油箱出口、下部传动箱入口的进油一侧，用于过滤杂质，保护下部传动箱。
换热器设置在滑油箱的回油侧，换热器采用水冷式。
一种利用燃气轮机下部传动箱试验的试验装置的试验方法，包括如下步骤：
一、安装阶段：①将上层底架上的主电机和增速齿轮箱进行轴系对中；②增速齿轮箱输出端与扭矩传感器输入端进行轴系对中；③将下部传动箱(2)悬挂在底架(1)上，使其安装方式与其在燃气轮机上安装方式相同；④将下部传动箱与辅助变频电机轴系对中；⑤下部传动箱与两侧电涡流测功器轴系对中；⑥扭矩传感器输出轴与下部传动箱轴系对中。
二、运行测试阶段：使用辅助变频电机(9)和主变频电机(6)替代燃气轮机，驱动下部传动箱(2)运行；启动阶段由辅助变频电机(9)拖转下部传动箱，待转速到达一定数值后，由主变频电机驱动下部传动箱运行，辅助变频电机退出工作。使用第一电涡流测功器(4)、第二电涡流测功器(5)作为负载，替代原燃油泵和滑油泵所生成的负载；
运行过程中，滑油系统用于给增速齿轮箱、下部传动箱各轴承提供润滑；
测控系统和电气系统根据工况要求进行控制、监测、采集、数据存储；
运行过程中，工控机下达变工况指令通过交换机传给PLC控制器，再根据逻辑设定控制变频器、第一电涡流控制器、第二电涡流控制器、滑油泵控制箱，
三、信号采集整理阶段：传感器将采集所得信号经过信息模块反馈给PLC控制器、工控机和数据采集总站，进行调节、运行、显示、记录，得出各试验设备运行参数。
本发明的有益效果如下：
本发明结构紧凑、合理，操作方便，通过将下部传动箱悬挂在试验底架上；采用两台变频电机分别用于起动阶段和运行阶段驱动下部传动箱；采用两台电涡流测功器作为负载，替代原两侧的燃油泵和滑油泵；测控系统和电气系统对试验进行控制、监测、记录和显示。
现有的下部传动箱试验需要进行多工况测量控制，若手动操作，将存在两个问题：一是需要大量的人力资源投入；二是试验人员很难同时控制两侧电涡流测功器，可能会导致两侧负载不平衡，影响下传动箱寿命。因此需要采用自动化控制方式，由上位机和PLC控制器根据各工况对应参数要求，自动控制变频电机、电涡流测功器加载等。另外测控柜和数据采集总站同时对试验数据进行存储、记录，形成冗余。
本发明的一种适用于燃气轮机下部传动箱试验的方法及其装置是根据下部传动箱在燃气轮机上实际安装方式、运行原理进行设计的。由该试验方法设计出的试验装置已经试验运行验证能完全满足下部传动箱运行可靠性、稳定性、机械效率测试要求。另外本发明还具有可无人值守、人力资源投入低、无职业健康危害等优势。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图。
图2为本发明另一视角的整体结构示意图。
图3为本发明的下部传动箱滑油、冷却水系统图。
图4为本发明的工控框图。
其中：1、底架；2、下部传动箱；3、增速齿轮箱；4、第一电涡流测功器；5、第二电涡流测功器；6、主变频电机；7、联轴器；8、扭矩传感器；9、辅助变频电机；10、滑油箱；11、球阀；12、滤器；13、第一供油泵；14、第二供油泵；15、截止阀；16、流量计；17、就地压力表；18、压力变送器；19、热电阻；20、回油泵；21、换热器；22、测控柜；23、信号模块；24、PLC控制器；25、交换机；26、工控机；27、数据采集总站；28、油泵控制箱；29、第一电涡流控制器；30、第二电涡流控制器；31、变频电器柜。
1’、油箱出口管路；2’、供下部传动箱内轴承润滑管路；3’、供下部传动箱中央传动轴轴承润滑管路；4’、调节供下部传动箱轴承润滑压力管路；5’、下部传动箱总回油管路。
具体实施方式
下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。
如图1-图4所示，本实施例的燃气轮机下部传动箱2试验的试验装置，包括底架1、滑油系统、测控系统和电气系统，
底架1用于安装下部传动箱2、增速齿轮箱3、辅助变频电机9、主变频电机6、第一电涡流测功器4、第二电涡流测功器5；滑油系统包括增速齿轮箱3外置独立润滑系统和下部传动箱润滑系统，下部传动箱润滑系统包括滑油箱10，滑油箱10上引出油管，油管上连接有供油泵、回油泵20、滤器12和换热器21，供油泵为两台并联泵，分别为第一供油泵13、第二供油泵14，
测控系统包括测控柜22，还包括串联在第二供油泵14所在油路上的流量计16、就地压力表17、压力变送器18和热电阻19，测控柜22用于控制场地供回油泵、变频电机、电涡流控制器，同时接受、显示、存储场地变频电机、传感器反馈信息，
电气系统包括油泵控制箱28、第一电涡流控制器29、第二电涡流控制器30、变频电器柜31，
增速齿轮箱3为水平输入，垂直向下输出的换向齿轮箱。
底架1分为上下两层，下部传动箱2悬挂于底架1下层，增速齿轮箱3安装于底架1上层。
下部传动箱2的输入端分别为辅助变频电机9、主变频电机6配设的增速齿轮箱3，在增速齿轮箱3的输出端安装有扭矩传感器8。
下部传动箱2输出端的第一电涡流测功器4和第二电涡流测功器5位于下部传动箱两侧。
第一电涡流测功器4、第二电涡流测功器5分别位于底架1下层两侧，作为负载用于模拟下部传动箱2两侧原有的燃油泵和滑油泵。
其中一个供油泵13用于给下部传动箱2中央传动轴轴承提供润滑。
滤器12安装于滑油箱10出口、下部传动箱2入口的进油一侧，用于过滤杂质，保护下部传动箱2。
换热器21设置在滑油箱10的回油侧，换热器21采用水冷式。
本实施例的利用燃气轮机下部传动箱试验的试验装置的试验方法，包括如下步骤：
一、安装阶段：①将上层底架上的主电机和增速齿轮箱进行轴系对中；②增速齿轮箱输出端与扭矩传感器输入端进行轴系对中；③将下部传动箱(2)悬挂在底架(1)上，使其安装方式与其在燃气轮机上安装方式相同；④将下部传动箱与辅助变频电机轴系对中；⑤下部传动箱与两侧电涡流测功器轴系对中；⑥扭矩传感器输出轴与下部传动箱轴系对中。
二、运行测试阶段：使用辅助变频电机(9)和主变频电机(6)替代燃气轮机，驱动下部传动箱(2)运行；启动阶段由辅助变频电机(9)拖转下部传动箱，待转速到达一定数值后，由主变频电机驱动下部传动箱运行，辅助变频电机退出工作。使用第一电涡流测功器(4)、第二电涡流测功器(5)作为负载，替代原燃油泵和滑油泵所生成的负载；
运行过程中，滑油系统用于给增速齿轮箱3、下部传动箱2各轴承提供润滑；
测控系统和电气系统根据工况要求进行控制、监测、采集、数据存储；
运行过程中，工控机26下达变工况指令通过交换机25传给PLC控制器24，再根据逻辑设定控制变频器、第一电涡流控制器29、第二电涡流控制器30、滑油泵控制箱28，
三、信号采集整理阶段：传感器将采集所得信号经过信息模块反馈给PLC控制器24、工控机26和数据采集总站27，进行调节、运行、显示、记录，得出各试验设备运行参数。
本实施例的具体结构及工作过程如下：
如图1和图2所示，用于体现底架1的结构，以及体现在底架1上所安装的部件。本实施例中，下部传动箱2悬挂于底架1上，下部传动箱2与辅助变频电机9、扭矩传感器8、第一电涡流测功器4、第二电涡流测功器5之间通过联轴器7连接。辅助变频电机9用于驱动下部传动箱2，当下部传动箱2到达一定转速后，断开辅助变频电机9；主变频电机6通过增速齿轮箱3，将扭矩传递给下部传动箱2，扭矩传感器8对该组输出的扭矩进行测量。联轴器7用于连接下部传动箱2与各输入/输出设备；电涡流测功器为负载装置，根据不同工况，发出不同功率，用于替代燃油泵和滑油泵。
本实施例中辅助有滑油系统，滑油系统包括增速齿轮箱滑油系统和下部传动箱滑油系统，如图3中的下部传动箱总回油管路5’，下部传动箱滑油系统包括滑油箱10、第一供油泵13、第二供油泵14、回油泵20、滤器12和换热器21。下部传动箱总回油管路’从下部传动箱2引出，油液如图3中箭头所示，依次流经回油泵20、换热器21、滑油箱10、球阀11、滤器12后，从油箱出口管路1’输出。这些辅助用的滑油系统、换热器21的水冷结构用于保证试验台正常运行，测控系统和电器系统用于对试验进行参数采集，并控制设备。
下部传动箱滑油系统用于滑油过滤、滑油加热/冷却、为轴承提供润滑。
换热器21包括供水管和回水管，用于冷却电涡流测功器和滑油系统。
如图3所示，在下部传动箱总回油管路5’上，下部传动箱2与回油泵20之间还设有就地压力表17、压力变送器18和热电阻19。
滑油箱10的输出方向除了连接有油箱出口管路1’，还连接有一组并联的供油泵，分别是第一供油泵13和第二供油泵14，其中，第一供油泵13所在油路为供下部传动箱中央传动轴轴承润滑管路3’，第二供油泵14所在油路是供下部传动箱内轴承润滑管路2’；并联在第二供油泵14上的为调节供下部传动箱轴承润滑压力管路4’，在调节供下部传动箱轴承润滑压力管路4’上设置有球阀11。
此处的球阀11还可以采用截止阀15。
本实施例中的测控系统如图4所示，测控系统包括场地传感器、测控柜22、数据采集总站27，测控柜22包括用于处理场地传感器的信号模块23、控制试验台自动运行的PLC控制器24、交换机25、工控机26。其中工控机26内设有上位机程序。
测控系统中的仪器仪表按照滑油循环方向安装在管路上，依次为：流量器、压力变送器18、就地压力表17、热电阻19；控制柜包括工控机26、PLC控制器24、信号模块23、交换机25、声光报警器。下部传动箱22试验由工控机26内的上位机程序和PLC控制器24控制变频电机、电涡流测功器等执行机构，再由各传感器进行反馈、显示、存储。
由于测控系统为常见技术，本实施例利用测控系统，应用在模拟工况中用于监测和记录参数，因此具体原理和结果在此不做赘述。
本实施例中测控系统工作时，工控机26下达变工况指令，通过交换机25传给PLC控制器24，再根据逻辑设定控制变频器、第一电涡流控制器29、第二电涡流控制器30、滑油泵控制箱28。场地传感器将采集信号经过信息模块反馈给PLC控制器24、工控机26和数据采集总站27，进行调节、运行、显示和记录，得到模拟参数。
电气系统包括变频电机、变频电气柜、油泵控制箱28、第一电涡流测功器4、第二电涡流测功器5、第一电涡流测功器4控制器、第二电涡流测功器5控制器、配电箱等。配电箱用于给变频电机、供油泵、回油泵20、测控柜22、电涡流测功器等用电设备提供电源。除此之外，还包括用来进行信号传输、采集和控制的电缆线以及强电缆桥架、弱电缆桥架。
本实施例中为了保证人身和电气设备的安全，采用绝缘、屏护、安全间距、保护接地或接零等技术和措施，对带电设备进行有效的隔离，防止发生电气安全事故。
以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在本发明的保护范围之内，可以作任何形式的修改。
Claims (8)
1.一种燃气轮机下部传动箱试验的试验装置的试验方法，其特征在于：试验装置包括底架(1)、滑油系统、测控系统和电气系统，
所述底架(1)用于安装下部传动箱(2)、增速齿轮箱(3)、辅助变频电机(9)、主变频电机(6)、第一电涡流测功器(4)、第二电涡流测功器(5)；
所述增速齿轮箱（3）为水平输入，垂直向下输出的换向齿轮箱。
所述滑油系统包括增速齿轮箱(3)配设的外置独立润滑系统和下部传动箱润滑系统，所述下部传动箱润滑系统包括滑油箱(10)，所述滑油箱(10)上引出油管，油管上连接有供油泵、回油泵(20)、滤器(12)和换热器(21)，供油泵为两台并联泵，分别为第一供油泵（13）、第二供油泵（14），
所述测控系统包括测控柜(22)，还包括串联在第二供油泵（14）所在油路上的流量计(16)、就地压力表(17)、压力变送器(18)和热电阻(19)，所述测控柜(22)用于控制场地供回油泵、变频电机、电涡流控制器，同时接受、显示、存储场地变频电机、传感器反馈信息，
所述电气系统包括油泵控制箱(28)、第一电涡流控制器(29)、第二电涡流控制器(30)、变频电器柜(31)，
试验方法包括如下步骤：
一、安装阶段：
将上层底架上的主电机和增速齿轮箱进行轴系对中；
增速齿轮箱输出端与扭矩传感器输入端进行轴系对中；
将下部传动箱(2)悬挂在底架(1)上，使其安装方式与其在燃气轮机上安装方式相同；
将下部传动箱与辅助变频电机轴系对中；
下部传动箱与两侧电涡流测功器轴系对中；
扭矩传感器输出轴与下部传动箱轴系对中；
二、运行测试阶段：使用辅助变频电机(9)和主变频电机(6)替代燃气轮机，驱动下部传动箱(2)运行；启动阶段由辅助变频电机(9)拖转下部传动箱，待转速到达一定数值后，由主变频电机驱动下部传动箱运行，辅助变频电机退出工作；使用第一电涡流测功器(4)、第二电涡流测功器(5)作为负载，替代原燃油泵和滑油泵所生成的负载；
运行过程中，滑油系统用于给增速齿轮箱（3）、下部传动箱(2)各轴承提供润滑；
测控系统和电气系统根据工况要求进行控制、监测、采集、数据存储；
运行过程中，工控机(26)下达变工况指令通过交换机(25)传给PLC控制器(24)，再根据逻辑设定控制变频器、第一电涡流控制器(29)、第二电涡流控制器(30)、滑油泵控制箱(28)，
三、信号采集整理阶段：传感器将采集所得信号经过信息模块反馈给PLC控制器(24)、工控机(26)和数据采集总站(27)，进行调节、运行、显示、记录，得出各试验设备运行参数。
2.如权利要求1所述的一种试验方法，其特征在于：底架(1)分为上下两层，所述下部传动箱(2)悬挂于底架(1)下层，增速齿轮箱（3）安装于底架(1)上层。
3.如权利要求2所述的一种试验方法，其特征在于：下部传动箱(2)的输入端分别为辅助变频电机(9)、主变频电机(6)配设的增速齿轮箱(3)，在增速齿轮箱(3)的输出端安装有扭矩传感器(8)。
4.如权利要求2所述的一种试验方法，其特征在于：下部传动箱(2)输出端的第一电涡流测功器(4)和第二电涡流测功器(5)位于下部传动箱两侧。
5.如权利要求4所述的一种试验方法，其特征在于：第一电涡流测功器(4)、第二电涡流测功器(5)分别位于底架(1)下层两侧，作为负载用于模拟下部传动箱(2)两侧原有的燃油泵和滑油泵。
6.如权利要求 1所述的一种试验方法，其特征在于：其中一个供油泵（13）用于给下部传动箱（2）中央传动轴轴承提供润滑。
7.如权利要求 1所述的一种试验方法，其特征在于：所述滤器(12)安装于滑油箱(10)出口、下部传动箱（2）入口的进油一侧，用于过滤杂质，保护下部传动箱（2）。
8. 如权利要求 1所述的一种试验方法，其特征在于：换热器(21)设置在滑油箱(10)的回油侧，换热器(21)采用水冷式。
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2021
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 王立军 等.船用大功率分轴传动装置试验研究.舰船科学技术.2017,第39卷(第1期),第74-78页. * |
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