CN1256525C - 离合器啮合检测装置以及具有该装置的单轴组合设备 - Google Patents

Abstract

一种能够利用螺旋花键啮合结构精确地检测离合器的啮合状态的离合器啮合检测装置以及具有该检测装置的单轴组合设备，其中在向蒸汽涡轮施加负荷后的特定时间内，当燃气涡轮的转速测定值和蒸汽涡轮的转速测定值之间的差值减小到检测误差或其以下，则该离合器啮合检测装置判定离合器已经啮合，并且在已经检测到离合器啮合之后，当蒸汽涡轮的转速测定值超过燃气涡轮的转速测定值一个特定转速(α)或更多，或者当蒸汽涡轮的转速测定值低于燃气涡轮的转速测定值一个特定转速(β)或更多，则判定离合器异常，或者针对每个特定数量的燃气涡轮旋转脉冲对蒸汽涡轮旋转脉冲进行计数，并且根据计数值进行递减或递增以提供蒸汽涡轮相对于燃气涡轮的相对旋转角度从而检测离合器的啮合。

Description

离合器啮合检测装置以及具有该装置的单轴组合设备

技术领域

本发明涉及一种用于检测离合器啮合状态的离合器啮合检测装置，以及具有该装置的单轴组合设备。

背景技术

具有由一个单轴连接起来的一个燃气涡轮和一个蒸汽涡轮的单轴组合设备是一种高效率的设备，具有最小的有害物质(NOX等)排放量，并且灵活地适应耗电量的昼夜变化。近来，进一步需要降低这种单轴组合设备的造价。现有的单轴组合设备的以下因素使得成本增加：

(1)由于燃气涡轮和蒸汽涡轮同时启动，因此需要一种能够产生巨大的启动扭矩的硅可控整流器(启动器)。

(2)由于在启动时蒸汽涡轮还和燃气涡轮一起旋转，因此需要向蒸汽涡轮提供冷却蒸汽以使得蒸汽涡轮的叶片的温度不会因风阻损失而过度升高。但是，在由燃气涡轮产生的发电机输出增大之前，从来自燃气涡轮的废气产生蒸汽的废气锅炉不能形成可以充入蒸汽涡轮内的蒸汽。这样，只有当废气锅炉产生蒸汽时才能向蒸汽涡轮内充入蒸汽，因此需要一个辅助锅炉，它具有很高的容量足以向蒸汽涡轮供应足够的冷却蒸汽。

为了降低造价，提出在单轴组合设备中应用如图10所示的离合器。在图10中，燃气涡轮1和蒸汽涡轮2由一个单轴3连接起来，并且发电机4也连接于该单轴3。离合器5位于燃气涡轮1和蒸汽涡轮2之间，并且该离合器5使得燃气涡轮1和蒸汽涡轮2能够连接和断开。燃料经由燃料控制阀7供应到燃气涡轮1，同时来自废气锅炉等的蒸汽经由蒸汽控制阀6供应到蒸汽涡轮2。

利用这种采用离合器5的单轴组合设备，只有燃气涡轮1和发电机4首先启动，同时燃气涡轮1和蒸汽涡轮2通过离合器5相互断开。当燃气涡轮1达到额定转速时，发电机4被连接于电力系统。在发电机和电力系统连接之后，由废气锅炉(未示出)利用来自燃气涡轮1的废气产生的蒸汽当可以向蒸汽涡轮2供应时提供给蒸汽涡轮2，从而启动蒸汽涡轮2。当蒸汽涡轮2达到额定转速之后，离合器5啮合以将蒸汽涡轮2的扭矩传递给发电机4。

离合器5采用一种螺旋花键啮合结构(和如图6所示的离合器15相同，下文将详细说明)。当蒸汽涡轮2的转速增加到和燃气涡轮的转速一样时，其棘爪被啮合。当蒸汽涡轮2的转速进一步增加到稍微超过燃气涡轮1的转速时，滑动部件滑动，导致螺旋花键啮合部分和主齿轮部分的完全啮合。

根据这种采用离合器5的单轴组合设备，只有燃气涡轮1和发电机4首先启动，从而可以降低启动所必须的硅可控整流器的容量(容量可以降低对应于蒸汽涡轮2的重量的一个量)。而且，在仅运行燃气涡轮1和发电机4的期间，蒸汽涡轮2低速旋转，不需要冷却蒸汽。这样，可以降低辅助锅炉的容量。

为了满意地控制上述采用离合器5的单轴组合设备，需要能够精确确定离合器5处于啮合状态还是断开状态的功能。

但是，不能利用限位开关高可靠度地确定离合器5处于啮合状态还是断开状态，因为当离合器5啮合或断开时，离合器5本身还以3,000rpm(50Hz)或3,600rpm(60Hz)的高转速旋转。因此，目前通过利用位置传感器检测离合器5的滑动部件的轴向位置来检测离合器5的啮合或断开，其中该位置传感器设置在滑动部件的外周边附近而不接触外周边，尽管相关的结构未示出。该位置传感器构造为高频电流在传感器的前端流经线圈以在检测目标(上述滑动部件)内产生涡流，并且测量响应于涡流中的变化的线圈阻抗的变化以检测被测目标的位置。

然而，利用这种方法，涡轮1和2本身以高速旋转，竖直或横向振荡，并且延伸或缩短。另一方面，放置位置传感器的位置是固定的。因此，限制了精确地测定离合器5的啮合/断开。

因此，基于上述情况提出本发明。其技术问题是提供一种离合器啮合检测装置，它能够利用螺旋花键啮合结构精确地检测离合器的啮合状态，以及一种配置有该离合器啮合检测装置的单轴组合设备。

发明内容

用于解决上述问题的第一发明方面的离合器啮合检测装置是一种用于利用介于第一旋转机器和第二旋转机器之间的螺旋花键啮合结构检测离合器的啮合状态的离合器啮合检测装置，其特征在于具有一个离合器啮合确定逻辑电路，如果在离合器啮合以将第二旋转机器连接于第一旋转机器期间已经过预定时间时，第一旋转机器的转速测定值和第二旋转机器的转速测定值之间的差值不大于用于检测第一旋转机器和第二旋转机器的转速的旋转检测仪的检测误差，那么可以确定离合器啮合。

这样，根据第一发明方面的离合器啮合检测装置，利用离合器啮合确定逻辑电路可以更加可靠地检测离合器的啮合。

第二发明方面的离合器啮合检测装置是第一发明方面的离合器啮合检测装置，其特征在于，具有一个离合器异常确定逻辑电路，如果在离合器啮合确定逻辑电路已经确定离合器啮合之后，第二旋转机器的转速测定值超过第一旋转机器的转速测定值一个预定的转速或更多，或者如果第二旋转机器的转速测定值小于第一旋转机器的转速测定值一个预定的转速或更多，那么可以确定离合器异常。

这样，根据第二发明方面的离合器啮合检测装置，利用离合器异常确定逻辑电路可以可靠地检测离合器的异常。

第三发明方面的离合器啮合检测装置是一种用于利用介于第一旋转机器和第二旋转机器之间的螺旋花键啮合结构检测离合器的啮合状态的离合器啮合检测装置，其特征在于包括一个脉冲发生装置，用于在第一旋转机器和第二旋转机器的恒定旋转角度处输出脉冲信号，以及一个第一计数器和一个第二计数器，并且其特征在于，如果离合器啮合以将第二旋转机器连接于第一旋转机器时，针对脉冲发生装置响应第一旋转机器的旋转而产生的恒定脉冲数量，第一计数器对脉冲发生装置响应第二旋转机器的旋转而产生的脉冲数量进行计数，并且还提供一个逻辑电路，用于根据第二计数器的、与第一旋转机器和第二旋转机器之间的相对旋转角度对应的计数值确定离合器的啮合状态。

这样，根据第三发明方面的离合器啮合检测装置，可以可靠地检测离合器的已啮合状态。而且，可以更加具体地掌握离合器的已啮合状态。详细地说，即使当第一旋转机器和第二旋转机器以相同的转速旋转，这也不能必然地表明离合器完全啮合。相反，根据第三发明方面，可以确定离合器是完全啮合、或者半啮合。

第四方面的单轴组合设备包括由一个单轴连接起来的一个燃气涡轮和一个蒸汽涡轮，以及一个采用位于燃气涡轮和蒸汽涡轮之间的螺旋花键啮合结构的离合器，从而燃气涡轮和蒸汽涡轮可以相互连接或断开，其特征在于，包括第一、第二或第三发明方面的离合器啮合检测装置，并且其特征在于，第一旋转机器是燃气涡轮，第二旋转机器是蒸汽涡轮。

这样，根据第四方面的单轴组合设备，对于采用离合器的单轴组合设备而言极其重要的离合器的啮合可以利用离合器啮合检测装置可靠地进行检测。因此，通过采用离合器，相比于早期技术可以以更低的成本生产单轴组合设备。

附图说明

图1是本发明的第1实施例的离合器啮合检测装置的框图。

图2是设置在离合器啮合检测装置中的离合器啮合确定逻辑电路的示意图。

图3是采用离合器啮合确定逻辑电路的蒸汽涡轮的启动逻辑电路的示意图。

图4是设置在离合器啮合检测装置中的离合器异常确定逻辑电路的示意图。

图5是采用离合器异常确定逻辑电路的涡轮保护联锁逻辑电路的示意图。

图6是示出离合器结构的垂直截面图。

图7(a)和7(b)是示出离合器的棘爪部分结构的横截面图(图6中的A部分的横截面图)。

图8是本发明的第2实施例的离合器啮合检测装置的逻辑电路示意图。

图9是示意图，示出逻辑电路中的脉冲计数值的具体示例。

图10是采用离合器的单轴组合设备的结构图。

具体实施方式

现在将参照附图详细说明本发明的实施例。

<实施例1>

如图5所示，在根据本发明的实施例的单轴组合设备中，燃气涡轮11和蒸汽涡轮12由一个单轴13连接起来，并且发电机14也连接于该单轴13。离合器15位于燃气涡轮11(发电机14)和蒸汽涡轮12之间，并且该离合器15使得燃气涡轮11和蒸汽涡轮12能够连接和断开。从而降低硅可控整流器和辅助锅炉的容量。燃料经由燃料控制阀17供应到燃气涡轮11，同时来自废气锅炉等的蒸汽经由蒸汽控制阀16供应到蒸汽涡轮12。所谓的SSS离合器(商品名)可以用作离合器15。

利用这种采用离合器15的单轴组合设备，只有燃气涡轮11和发电机14首先启动，而燃气涡轮11和蒸汽涡轮12通过离合器15相互断开。当燃气涡轮11达到额定转速时，发电机14被连接于电力系统。在发电机和电力系统连接之后，由废气锅炉(未示出)利用来自燃气涡轮11的废气产生的蒸汽当可以向蒸汽涡轮12供应时提供给蒸汽涡轮12，从而启动蒸汽涡轮12。当蒸汽涡轮12达到额定转速之后，离合器15啮合以将蒸汽涡轮12的扭矩传递给发电机14。

离合器15是一种采用螺旋花键啮合结构的公知类型，具有以下特征：

(1)离合器设计为当蒸汽涡轮12的转速达到燃气涡轮11的转速时，啮合棘爪以啮合离合器。

(2)如果当啮合时离合器紧密啮合，并且在蒸汽涡轮12中产生不大于蒸汽涡轮12以当前转速旋转所必须的扭矩的扭矩，那么离合器不会松开啮合。另一方面，如果离合器不是紧密啮合，那么发电机14的负荷不会施加于蒸汽涡轮12。这样，蒸汽涡轮12的转速超过燃气涡轮11的转速，变得格外高。

(3)如果当燃气涡轮11和蒸汽涡轮12在离合器15啮合的情况下整体旋转时蒸汽涡轮12的推进扭矩被中断(如果停止向蒸汽涡轮12供应蒸汽)，离合器15自动断开，导致蒸汽涡轮12降低转速。

离合器15的具体结构如图6、7(a)和7(b)所示。如图6所示，离合器15具有沿轴向(图中的右到左的方向)设置在两侧的一个驱动部件和一个从动部件(输入部件和输出部件)31和32，以及一个设置在驱动部件31和从动部件32之间的滑动部件33。图6中的滑动部件33表示有阴影线。驱动部件31连接于蒸汽涡轮12的转轴13，并且和蒸汽涡轮12一起旋转。从动部件32连接于燃气涡轮11(发电机14)的转轴13，并且和燃气涡轮11(发电机14)一起旋转。滑动部件33在离合器啮合之前随同驱动部件31一起旋转，并且滑动部件33在离合器啮合之后随同驱动部件/从动部件31、32一起旋转。

滑动部件33包括一个主体部分34，以及一个在螺旋花键啮合部分36处可滑动地啮合于主体部分34的滑动部分35。滑动部分35由于螺旋花键啮合部分36而轴向移动同时旋转。主体部分34在螺旋花键啮合部分37处可滑动地啮合于驱动部件31，并且由于螺旋花键啮合部分37而轴向移动同时旋转。当滑动部件33的主体部分34如图所示向左移动时，它的主齿轮38啮合于从动部件32的主齿轮39。在图6中，上半部分表示啮合前的状态，而下半部分表示完全啮合的状态。

如图7所示，由弹簧42负载的主棘爪40设置在从动部件32内。在低速区(一直到大约500rpm)，当蒸汽涡轮12的转速，即和蒸汽涡轮12(驱动部件31)一起旋转的滑动部件33的转速将要超过燃气涡轮11(驱动部件31)的转速时，连接于从动部件32的主棘爪40和滑动部件33的滑动部分35的外周边的啮合部分43啮合，因而滑动部分35随从动部件32一起旋转。从而，驱动部件31和从动部件32之间的旋转角度差通过螺旋花键啮合部分37的机构使得滑动部分35如图所示向左移动。然后，副齿轮45和46啮合，使得主棘爪40可靠地啮合。当滑动部分35到达滑动部件33的左端(如图所示)，滑动部件33随从动部件32一起旋转。另外，滑动部件33的主体部分34也如图所示向左移动，从而进行螺旋花键啮合部分37的啮合作用和主齿轮38、39的啮合作用。最后，螺旋花键啮合部分37完全啮合，并且同时主齿轮38、39完全啮合。

在高速区(大约500rpm或更高)，主棘爪40在离心力作用下不起作用，但是次级棘爪41工作。当蒸汽涡轮12的转速，即和蒸汽涡轮12(驱动部件31)一起旋转的滑动部件33的转速将要超过燃气涡轮11(从动部件32)的转速时，连接于滑动部件33的滑动部分35的次级棘爪41和从动部件32的内周边的啮合部分44啮合，因而滑动部分35随从动部件32一起旋转。从而，驱动部件31和从动部件32之间的旋转角度差通过螺旋花键啮合部分37的机构使得滑动部分35如图所示向左移动。然后，副齿轮45和46啮合，使得次级棘爪41可靠地啮合。当滑动部分35到达滑动部件33的左端(如图所示)，滑动部件33随从动部件32一起旋转。另外，滑动部件33的主体部分34也如图所示向左移动，从而进行螺旋花键啮合部分37的啮合作用和主齿轮38、39的啮合作用。最后，螺旋花键啮合部分37完全啮合，并且同时主齿轮38、39完全啮合。

接着，当蒸汽涡轮12的转速(滑动部件33的转速)低于燃气涡轮11的转速时，螺旋花键啮合部分37作用以使得滑动部件33如图所示向右移动，从而使主齿轮38和39脱开啮合。然后，螺旋花键啮合部分36作用以使得滑动部分35如图所示向右移动，从而使副齿轮45和46脱开啮合。此时，主棘爪40或次级棘爪41处于等待状态，并且完全断开。

为了检测离合器15的已啮合状态，该实施例的单轴组合设备配备有如图1所示的离合器啮合检测装置51。

如图1所示，离合器啮合检测装置51具有旋转检测仪52、53和逻辑设备54。旋转检测仪52、53用于不接触地检测燃气涡轮11和蒸汽涡轮12的转速。它们是通用检测仪，输出针对燃气涡轮11或蒸汽涡轮12的每个恒定旋转角度的脉冲信号(例如，每次旋转60个脉冲信号)，并且计算这些脉冲信号获得转速。诸如涡流电磁传感器的合适的检测仪可以用作旋转检测仪52、53。在实施例1中，旋转检测仪不是必要地限制于输出脉冲信号的检测仪，而是可以使用其他类型的旋转检测仪。

来自旋转检测仪52、53的转速检测信号被输入到逻辑设备54。逻辑设备54包括如图2所示的离合器啮合确定逻辑电路，以及如图3所示的离合器异常确定逻辑电路。

如图2所示，离合器啮合确定逻辑电路以如下方式工作：负荷进入蒸汽涡轮12(输出负荷进入蒸汽涡轮信号)(S1)。然后，经过由OND(接通延迟定时器，预定延时后输出所输入的ON信号)设定的预定时间(S2)。如果在S1之后已经过了预定时间(S2)，由旋转检测仪52测定的燃气涡轮11的转速测定值和由旋转检测仪53测定的蒸汽涡轮12的转速测定值之间的差值不大于旋转检测仪52、53的检测误差(S3)，则达到AND条件。这样，可以确定离合器15已经啮合，从而输出离合器啮合检测信号(S5)。

也就是说，蒸汽涡轮12的转速增大，并且蒸汽涡轮12和燃气涡轮11之间的转速差值减小。然后，足以将负荷施加于蒸汽涡轮12上的蒸汽进入蒸汽涡轮12。然后，蒸汽涡轮12运行一段时间(直到经过预定时间)。此时，如果蒸汽涡轮12和燃气涡轮11之间的转速差值不大于旋转检测仪52、53的检测误差，则可以确定离合器15已经啮合。

下面将参照图3说明采用这种离合器啮合确定逻辑电路的蒸汽涡轮启动逻辑电路。在采用离合器15的单轴组合设备中，用于启动蒸汽涡轮的逻辑电路需要考虑以下因素来进行构造：(1)必须将该逻辑电路构造为只有当将要啮合离合器15时，才将大量蒸汽送入蒸汽涡轮12内以使得离合器15紧密啮合。除非离合器15紧密啮合，否则离合器15稍后会断开。(2)必须将该逻辑电路构造为在离合器15紧密啮合的情况下当检测到发电机的负荷已经施加到蒸汽涡轮12上之后所送入的蒸汽逐渐增加。如果在离合器15没有紧密啮合并且发电机的负荷没有施加到蒸汽涡轮12上的状态下将大量蒸汽送入蒸汽涡轮12内，那么只有蒸汽涡轮12的转速会增大。

为了满足上述要求，构造了如图3所示的蒸汽涡轮启动逻辑电路。该蒸汽涡轮启动逻辑电路的内容如下：

(1)当满足蒸汽涡轮12的启动条件时，蒸汽控制阀16根据加速打开指令(S21)稍微打开以使得蒸汽流入蒸汽涡轮12。

(2)蒸汽涡轮12以设定的增速比例增大速度，同时进入蒸汽涡轮12的蒸汽由蒸汽控制阀16根据加速打开指令(S21)调节。

(3)由旋转检测仪52测定的燃气涡轮11的转速和由旋转检测仪53测定的蒸汽涡轮12的转速进行比较(S22、S23、S24)。在该过程中，蒸汽控制阀16逐渐打开以增大蒸汽涡轮12的转速。

(4)当燃气涡轮11的转速和蒸汽涡轮12的转速之间的差值减小到不大于旋转检测仪52、53的检测误差时(S25)，蒸汽控制阀16根据初始负荷保持指令(S26)马上打开到和初始负荷(大约是蒸汽涡轮全负荷的10％)对应的开口。此时，离合器15啮合。也就是说，当离合器15将要啮合时，送入大量蒸汽以实现紧密啮合。

(5)在上述(4)的状态(初始负荷状态)中运行一段时间以实现离合器15紧密啮合的状态。这是为了避免离合器15稍后脱开啮合。

(6)不少于规定负荷的一定量的蒸汽被送入蒸汽涡轮12内，并且运行一段时间。当离合器啮合确定逻辑电路测定到“离合器啮合”时(S27)，蒸汽控制阀打开指令(S28)转换为负荷增加打开指令(最小蒸汽压力保持)(S29、S30)以逐渐打开蒸汽控制阀16，从而由蒸汽涡轮12逐渐增大发电机输出量。

利用该离合器异常确定逻辑电路，如图4所示，如果由旋转检测仪53测定的蒸汽涡轮12的转速测定值超过由旋转检测仪52测定的燃气涡轮11的转速测定值不小于预定转速α(S11)；或者(S15：OR电路)如果，在离合器啮合确定逻辑电路已经确定离合器15啮合之后(S12)，由旋转检测仪53测定的蒸汽涡轮12的转速测定值小于由旋转检测仪52测定的燃气涡轮11的转速测定值不小于预定转速β(S12、S13：AND电路S14)，则确定离合器15异常。根据这一测定，输出离合器异常信号(S16)。

也就是说，如果蒸汽涡轮12的转速超过燃气涡轮11的转速不小于预定转速α；或者如果，在已经确定离合器15啮合之后，蒸汽涡轮12的转速小于燃气涡轮11的转速不小于预定转速β，尽管蒸汽涡轮12的推进扭矩没有被中断(尽管没有停止向蒸汽涡轮12供应蒸汽)，那么也确定离合器15异常(例如，棘爪40或41断裂，从而蒸汽涡轮12的扭矩没有传递到发电机14)。在这种情况下，为了安全，燃气涡轮11和蒸汽涡轮12都被停机。

下面将参照图5说明采用离合器异常确定逻辑电路的涡轮保护联锁逻辑电路。

利用该单轴组合设备，如图5所示，如果在燃气涡轮11或蒸汽涡轮12中发生异常，例如显著的轴振动(S41)，点火不良(S42)或者高废气温度(S43)，那么设置在紧急断路油管19中的跳闸电磁阀18断电以打开，从而紧急断路油经由紧急断路油管19从蒸汽控制阀16和燃料控制阀17释放出来。从而，蒸汽控制阀16和燃料控制阀17的控制油逸出以切断(完全关闭)这些阀16和17。这样，蒸汽涡轮12和燃气涡轮11可以安全地停机。

离合器异常确定逻辑电路的离合器异常信号(S44)也包含在这种涡轮保护联锁逻辑电路(继电器电路)中。这样，当输出离合器异常信号(S44)时，跳闸电磁阀18打开，使得蒸汽涡轮12和燃气涡轮11能够停机。

在图5中，离合器异常确定逻辑电路是多路的(三路)。根据该逻辑电路，如果“蒸汽涡轮12的转速的测定值超过燃气涡轮11的转速的测定值不小于预定转速α的状态”或者“在离合器啮合确定逻辑电路已经确定离合器啮合之后，蒸汽涡轮12的转速的测定值小于燃气涡轮11的转速的测定值不小于预定转速β的状态”达到这三种条件中的两种(S55、S59)，则输出离合器异常信号(S44)(S46到S60)。

鉴于上述事实，根据该实施例1，可以利用如图2所示的离合器啮合检测逻辑电路更加可靠地检测离合器15的啮合。而且，可以利用如图4所示的离合器异常确定逻辑电路可靠地检测离合器的异常。离合器啮合检测逻辑电路和离合器异常确定逻辑电路是采用离合器15的单轴组合设备的要点。这样，通过采用离合器15相比于以前可以以更低的成本生产单轴组合设备。

<实施例2>

可以在图1的逻辑设备54中设置如图8所示的逻辑电路，而不是如图2所示的离合器啮合检测逻辑电路或如图4所示的离合器异常确定逻辑电路。

在该实施例2的逻辑电路中，旋转检测仪52、53用作脉冲发生装置。即，利用从旋转检测仪52、53输出的旋转脉冲信号。脉冲发生装置不限于这些检测仪，而可以是输出针对燃气涡轮11的每个恒定旋转角度的脉冲信号(燃气涡轮旋转脉冲)的检测仪，以及输出针对蒸汽涡轮12的每个恒定旋转角度的脉冲信号(蒸汽涡轮旋转脉冲)的检测仪。针对同一个恒定旋转角度输出燃气涡轮旋转脉冲和蒸汽涡轮旋转脉冲。

如图8所示，针对脉冲发生装置(旋转检测仪52)根据燃气涡轮11的旋转所输出的每个恒定脉冲(燃气涡轮旋转脉冲)数量，第一计数器对脉冲发生装置(旋转检测仪53)根据蒸汽涡轮12的旋转所输出的脉冲(蒸汽涡轮旋转脉冲)的数量进行计数(第一次计数)(S71、S72、S73)。即，计数值针对上述恒定数量被重置，并且蒸汽涡轮旋转脉冲被重新从1计数。蒸汽涡轮旋转脉冲的计数循环可以包含任何数量的燃气涡轮旋转脉冲。但是，第一计数器设计为对输出一个燃气涡轮旋转脉冲和输出下一个燃气涡轮旋转脉冲之间的时间期间内所输出的蒸汽涡轮旋转脉冲进行计数。

从而，第一计数器根据蒸汽涡轮12的转速所计数的第一计数值为0(S74)、1(S75)、2(S76)、或者大于2(S77)。

即，如图9所示，在相对于“燃气涡轮旋转脉冲”的“蒸汽涡轮旋转脉冲A”的情况下，其中蒸汽涡轮转速低于燃气涡轮转速，第一计数值是1或0，如第一计数值A。在“蒸汽涡轮旋转脉冲B”的情况下，其中蒸汽涡轮转速等于燃气涡轮转速，第一计数值恒定为1，如第一计数值B。在“蒸汽涡轮旋转脉冲C”的情况下，其中蒸汽涡轮转速高于燃气涡轮转速，第一计数值是1或2，如第一计数值C。而且，如果蒸汽涡轮转速更高于燃气涡轮转速，则第一计数值大于2，尽管没有示出。此外，如图9所表示，当第一计数值等于0时，第二计数器递减(-1)；当第一计数值等于1时，第二计数值保持不变；当第一计数值等于2时，第二计数器递增(+1)。

在从离合器15的主棘爪40或次级棘爪41啮合一直到通过滑动部分35的移动、副齿轮45和46的啮合、以及滑动部件33的移动使主齿轮38和39完全啮合的过程中，蒸汽涡轮转速稍微超过燃气涡轮转速(当然，如果实现完全啮合，则使得蒸汽涡轮转速等于燃气涡轮转速)。这样，如果正常进行离合器15的啮合作用，则第一计数值变成2，或者变成2或1。

如图8所示，如果第一计数值是1，程序转到“返回”(S78)。如果第一计数值大于2，发出“ANN(警报)”(S77)。即，如果第一计数值大于2，则认为例如因为主棘爪40或次级棘爪41的失效(未产生棘轮效应)，蒸汽涡轮转速非正常地高于燃气涡轮转速，从而发出“ANN(警报)”(这种情况意味着已经检测到蒸汽涡轮的转速不小于燃气涡轮转速的150％；这在物理上是不可能的并且可以判断为原因在于逻辑电路或测量器械中的失效)。

另一方面，如果第一计数值是0或2，第二计数器进行计数(第二次计数)(S80)。在第二次计数中，当第一计数值是2时则增加1(递增计数)，并且当第一计数值是0时则减小1(递减计数)。如图9所示，由第二计数器计数的第二计数值如下：在“第一计数值A”的情况下，和“第二计数值A”一样因为递减计数，γ变成γ-1。对于“第一计数值B”，和“第二计数值B”一样γ保持不变。在“第一计数值C”的情况下，和“第二计数值C”一样γ变成γ+1。第二计数器具有当第二计数器的第二计数值不大于0时自动重置为0的功能(S89、S90)。如果第二计数器的第二计数值不小于α+β，则可以确定控制逻辑电路或者离合器失效，发出“ANN(警报)”(S87、S88)。

如图8所示，如果由第二计数器计数的第二计数值大于1，则可以确定已经发生“棘爪啮合”，即，主棘爪40或次级棘爪41已经啮合(S82、S85)。而且，如果第二计数值大于预定值α，则可以确定已经发生“完全啮合”(S81、S84)。另一方面，如果第二计数值是0，则可以确定已经发生“断开啮合”(S83、S86)。

也就是说，如上所述，如果离合器15的螺旋花键啮合部分36、37的啮合作用正常进行，则蒸汽涡轮转速稍微超过燃气涡轮转速，并且这种状态持续一定时间(直到螺旋花键啮合部分完全啮合)。在此期间，连续保持第一计数值变成2或者变成2或1的状态。这样，第二计数值增大到预定值α或更大直到完成完全啮合(直到蒸汽涡轮转速等于燃气涡轮转速，使得第一计数值恒定为1)。即，第二计数器的第二计数值和螺旋花键啮合部分36、37处蒸汽涡轮与燃气涡轮之间的相对旋转角度成比例。因此，通过检测第二计数值是否大于预定值α，可以确定离合器15是完全啮合还是没有完全啮合。

如果螺旋花键啮合部分36、37、副齿轮45和46、以及主齿轮38和39在啮合作用过程中因咬合等而啮合，则此时蒸汽涡轮转速和燃气涡轮转速变的相等，使得第一计数值恒定为1，从而第二计数值不会达到预定值α。这表示离合器15不完全啮合。这样，存在对离合器15的损坏危险，或者如果负荷很高时离合器脱开啮合的危险。如果蒸汽涡轮转速低于燃气涡轮转速，则第一计数值是0或1，从而第二计数值减小和降低。因而，如果第二计数值是0，则可以确定离合器15已经断开。

在需要时，根据实际的离合器特征、脉冲计数循环(针对多少个燃气涡轮旋转脉冲对蒸汽涡轮旋转脉冲计数)等等，在该逻辑电路中设定的各个值可以改变。

如上所述，根据该实施例2，可以可靠地检测离合器15的啮合或者离合器15的异常，这样有助于实现采用离合器15的单轴组合设备。而且，在该实施例2中，可以更加具体地掌握离合器15的啮合状态。详细地说，燃气涡轮11和蒸汽涡轮12以相同的转速旋转的事实不能必然地表明离合器15完全啮合。相反，根据该实施例2，可以确定滑动部分35或滑动部件33是否被完全推入以实现螺旋花键啮合部分36、37的完全啮合，或者这些啮合部分36、37半啮合。

本发明可以有效地应用于采用离合器15的单轴组合设备，但不是必要地限制于此。本发明还可以应用于离合器15介于不是燃气涡轮和蒸汽涡轮的旋转机器之间的情况。

工业应用性

本发明涉及一种用于检测离合器啮合状态的离合器啮合检测装置，以及具有该装置的单轴组合设备。本发明对于在具有采用设置在燃气涡轮和蒸汽涡轮之间的螺旋花键啮合结构的离合器的单轴组合设备中的应用特别有用。

Claims (4)

1.一种用于利用介于第一旋转机器和第二旋转机器之间的螺旋花键啮合结构检测离合器的啮合状态的离合器啮合检测装置，其特征在于，具有：

一个离合器啮合确定逻辑电路，如果在离合器啮合以将第二旋转机器连接于第一旋转机器期间已经过预定时间时，第一旋转机器的转速测定值和第二旋转机器的转速测定值之间的差值不大于用于检测第一旋转机器和第二旋转机器的转速的旋转检测仪的检测误差，那么可以确定离合器啮合。

2.如权利要求1所述的离合器啮合检测装置，其特征在于，具有：

一个离合器异常确定逻辑电路，如果在离合器啮合确定逻辑电路已经确定离合器啮合之后，第二旋转机器的转速测定值超过第一旋转机器的转速测定值一个预定的转速或更多，或者如果第二旋转机器的转速测定值小于第一旋转机器的转速测定值一个预定的转速或更多，那么可以确定离合器异常。

3.一种用于利用介于第一旋转机器和第二旋转机器之间的螺旋花键啮合结构检测离合器的啮合状态的离合器啮合检测装置，其特征在于，包括：

脉冲发生装置，用于在第一旋转机器和第二旋转机器的恒定旋转角度处输出脉冲信号，以及

一个第一计数器和一个第二计数器，并且其特征在于，

当离合器啮合以将第二旋转机器连接于第一旋转机器时，针对脉冲发生装置响应第一旋转机器的旋转而产生的恒定脉冲数量，第一计数器对脉冲发生装置响应第二旋转机器的旋转而产生的脉冲数量进行计数，而第二计数器根据第一计数器的计数值递增或递减，以及

还提供一个逻辑电路，用于根据第二计数器的、与第一旋转机器和第二旋转机器之间的相对旋转角度对应的计数值确定离合器的啮合状态。

4.一种单轴组合设备，包括由一个单轴连接起来的一个燃气涡轮和一个蒸汽涡轮，以及一个采用位于燃气涡轮和蒸汽涡轮之间的螺旋花键啮合结构的离合器，从而燃气涡轮和蒸汽涡轮可以相互连接或断开，其特征在于，包括如权利要求1、2或3所述的离合器啮合检测装置，并且其特征在于，第一旋转机器是燃气涡轮，第二旋转机器是蒸汽涡轮。

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