CN1831360B - 旋转装置的驱动系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及旋转装置的驱动系统,该旋转装置的离合器组件(12)包括超速离合器、输出轴(48)和离心离合器(42)。超速离合器位于输入轴(32)上。输出轴(48)通过超速离合器与输入轴(32)机械连接。离心离合器(42)位于输出轴(48)的某一段上。
Description
发明领域
本发明涉及一种涡轮机的旋转装置,尤其涉及一种供蒸汽轮机的旋转装置用的离合器组件。
背景技术
蒸汽轮机通常用于驱动发电厂中的发电机。普通的蒸汽轮机是一种笨重且复杂的机械装置,它必须以受控的方式起动和停机以使许多蒸汽轮机部件都免于受到热应力的损害。而热应力造成的损害经常是由于在停机过程中部件的非均匀冷却或者在起动过程中部件的非均匀受热所导致的。
在停机或起动过程中,对热应力特别敏感的蒸汽轮机部件之一就是它的涡轮转子。例如,如果它保持(left)静止即使数分钟的话,那么利用汽封蒸汽切入进行起动的蒸汽轮机的涡轮转子会发生弯曲或者扭曲。类似地,伴随停机后冷却下来的静止的涡轮转子也会在短时间内发生弯曲。然而,如果,起动或者停机的蒸汽轮机的涡轮转子在起动或者停机的过程中被迫以低速旋转的话,那么涡轮转子将不会发生弯曲。在低速起动和停机的过程中,涡轮转子的旋转将使涡轮转子在承受热应力的同时避免发生扭曲或者弯曲。为了在起动和停机的过程中使涡轮转子旋转,通常是安装旋转装置,它在起动或者停机过程中使得涡轮转子缓慢地旋转(例如每分钟为3-5转)。
通常,该旋转装置包括电马达、减速齿轮和接合机构。电马达通常以高速旋转,例如1100rpm,因此它需要减速齿轮将涡轮转子的转速降低至3-5rpm。减速齿轮将转矩通过一系列齿轮将从电马达的输出轴传递给涡轮转子,例如其中所述齿轮在电马达的转速和涡轮转子的转速之间提供200∶1的比率。接合机构提供了一种用于使减速齿轮与涡轮转子接合或者分离的机制。
一般的蒸汽轮机都会出现一定量蒸汽泄漏的现象。在一些情况下,泄漏的蒸汽量足以使涡轮转子的转速增高。在过去,当涡轮转子的转速升高到超过来自旋转装置的转矩值时,一转矩将从涡轮转子传递给减速齿轮。然后,减速齿轮通过电马达的输出轴将此转矩传递给电马达,例如以200倍于涡轮转子的转速传递给电马达。传递给电马达的转矩经常超速并且损害或者破坏最靠近于电马达的减速齿轮,因此还会对旋转装置造成损害。
为了防止旋转装置出现损害或者破坏的情况,开发了一种超速保护装置,如果涡轮转子的转速达到预定值,那么该保护装置将使旋转装置与涡轮转子断开连接。虽然在防止旋转装置发生损害或者破坏时这种保护装置被证明是有用的,但是它也具有缺陷。如果操作者没有注意到旋转装置已经断开,而这时如果蒸汽泄漏随之被减少,那么转子最终将因为惯性而停止转动,由此使涡轮转子发生弯曲或扭曲。如果操作者注意到旋转装置已经断开,那么就可使旋转装置重新接合,然而,这种情况可能会频繁出现,由此使操作者无暇关注操作中的其他重要方面。此外,操作者可能会忽视防止重新接合的安全控制并且迫使涡轮转子旋转从而损坏旋转装置。
因此,理想的是开发一种能够克服上述缺陷的旋转装置。
本发明的简要说明
本发明的示范性实施例包括用于旋转装置的离合器组件。该离合器组件包括超速离合器、输出轴以及离心离合器。超速离合器设置于输入轴上。输出轴通过超速离合器与输入轴机械连接。离心离合器位于输出轴的某一段上。
本发明的另一示范性实施例包括用于涡轮转子的旋转装置。该旋转装置包括马达、离合器组件、减速齿轮组件以及分离组件。马达被设计成以第一转速产生第一旋转输出。离合器组件与电马达机械连接。减速齿轮组件与离合器组件机械连接。通过离合器组件的连接减速齿轮组件被设计成根据来自电马达的第一旋转输出以第二转速产生一个第二旋转输出。第二转速低于第一转速。减速齿轮组件被设计成通过减速齿轮组件与涡轮转子的接合将第二旋转输出传递给涡轮转子。分离组件被设计成减速齿轮组件可以跟涡轮转子分离。
结合附图并阅读下面的说明,本发明上面和其它的特征和优点将变得更为明显,其中相同的附图标记表示相同的部件。
附图的简要说明
参照附图,其中,相同的部件被标以相同的附图标记。
图1为示范性实施例中的旋转齿轮组件的方框图;
图2为示范性实施例中的离合器组件的局部横截面图;
图3为示范性实施例中的接合到涡轮转子上的正齿轮组件的示意图。
本发明的详细说明
图1为示范性实施例中的旋转齿轮组件的方框图。旋转装置组件100包括电马达10、离合器组件12、第一减速齿轮组14、第二减速齿轮组16、分离组件18和涡轮转子20。应该注意的是,虽然本发明描述了具有电马达的旋转装置组件,但是也可预见其它任何能够提供旋转输出的适当装置。
示范性实施例中的电马达10为同步交流电(AC)马达,然而,也可预见包括直流电(DC)马达在内的任何适当的电马达。电马达10将电能转换为机械能作用于马达轴22上以产生转矩(参见图2),从而使马达轴22以第一转速旋转。马达轴22将电马达10的输出通过离合器组件12传递给第一减速齿轮组14。
第一减速齿轮组14通过离合器组件12与电马达10机械连接。这样,第一转速下的马达轴22的旋转作为旋转输入传递给第一减速齿轮组14。第一减速齿轮组14包括若干齿轮(未示出),这些齿轮被设计成能将第一转速下的旋转输入转换成第二转速下的旋转输出。第二转速低于第一转速。在示范性实施例中,第一减速齿轮组14包括行星减速齿轮组(未示出),然而也可以是准双曲面减速齿轮组或者任何其它适当的减速齿轮组。第一减速齿轮组14与第二减速齿轮组16机械连接,并且将第二转速下的旋转输出作为输入提供给第二减速齿轮组16。
第二减速齿轮组16包括若干齿轮,这些齿轮被设计成能将来自第一减速齿轮组14的旋转输出从转换为旋转装置第三转速下的旋转输出,其中所述第三转速低于第二转速。第二减速齿轮组16能够与涡轮转子20机械连接,从而将旋转装置的旋转输出传递给涡轮转子20,从而使得涡轮转子20缓慢旋转。
分离组件18机械连接离合器组件12和第二减速齿轮组16。分离组件18被设计成能根据来自离合器组件12的超速信号19所产生的机械转矩从而使得第二减速齿轮组16分离开涡轮转子20。
图2为示范性实施例的离合器组件12的局部横截面图。离合器组件12包括挠性联轴器30、输入轴32、法兰34、紧固螺栓36、超速离合器40(overrunningclutch)、离心离合器42、壳体44、摩擦片46和输出轴48。
现在参照图1和2,输入轴32通过挠性联轴器30与马达轴22机械连接。挠性联轴器30将第一转速下的马达轴22的旋转传递给输入轴32。输入轴32与法兰34机械连接。在示范性实施例中,输入轴32和法兰34作为一单件一体形成。法兰34通过紧固螺栓36与超速离合器40机械连接。紧固螺栓36将法兰34连接到超速离合器40上。超速离合器40用于容纳一部分输出轴48。在示范性实施例中,超速离合器40为具有中空圆筒状空间的超速离合器,其中输出轴48插入到所述空间内。超速离合器40被设计成只将来自输入轴32的转矩传递给输出轴48,而并不将输出轴48的转矩传递给输入轴32。换句话说,如果蒸汽泄漏导致涡轮转子的转速超过电马达10的转速时,由于超速离合器将允许输出轴48的转速超过输入轴32的转速,所以从涡轮转子20传递给第一和第二减速齿轮组14和16的转矩不会传递到电马达10。
离心离合器42和超速离合器40都设置于壳体44内。与离心离合器42和超速离合器40对应的一部分壳体44基本形成为中空的圆筒状。离心离合器42设置于输出轴48的一部分上,这部分输出轴并没有插入到超速离合器40的圆筒空间内。在示范性实施例中,所述摩擦片46是位于离心离合器42所对应的那部分壳体44内表面上的环状部件。所述摩擦片46含有一种耐磨材料,例如凯夫拉尔(Kevlar),这样能使摩擦片46在与离心离合器42的一部分发生摩擦时,其耐磨性能优于离心离合器42。
在示范性实施例中,离心离合器42包括离合器衬垫50和卷簧52。离合器衬垫50以一定的周向间隔位于输出轴48外表面的圆周上。在示范性实施例中,六个离合器衬垫50位于输出轴48的外表面上。卷簧52位于离合器衬垫50的周围并且对离合器衬垫50施以作用力,该作用力趋于使离合器衬垫50与输出轴48保持接触。卷簧52被设计成只要输出轴48的转速低于预定值就使离合器衬垫50与摩擦片46之间不接触。如果输出轴48的转速高于预定值,由卷簧52作用在离合器衬垫50上的作用力小于使离合器衬垫50朝摩擦片46的方向延伸的离心力,因此离合器衬垫50与摩擦片46接触。在示范性实施例中,预定值对应于涡轮转子20的转速大约为16rpm时。然而,可选择任何适当的值。当离合器衬垫50接触摩擦片46时,所产生的摩擦力成了使输出轴48减速的阻力。该阻力作为超速信号19,被传递到分离组件18上。超速信号19为机械信号,它仅仅与阻力相关,由此提高旋转装置组件100的可靠性。
输出轴48通过法兰螺栓57机械连接到键式法兰56上。键式法兰56机械连接到第一减速齿轮输入轴58上。第一减速齿轮输入轴58将来自离合器组件12的输入传递到第一减速齿轮组14。
图3为示范性实施例中与涡轮转子接合的正齿轮组60的示意图。正齿轮组60包括第一正齿轮62、第二正齿轮64、第三正齿轮66、滑动小齿轮68、小齿轮啮合架70、组件输出轴72和枢转点74。
参照图1、2和3,第二减速齿轮组16包括正齿轮组件60。在正常的工作条件下,正齿轮组件60在第一正齿轮62处通过组件输入轴72接收来自第一减速齿轮组14的输出。该输入传递给滑动小齿轮68,其中所述小齿轮68通过第一、第二和第三正齿轮62、64和66与涡轮转子20的齿圈76啮合。由行星啮合架70来保持滑动小齿轮68和齿圈76之间的啮合。行星啮合架70相对于枢转点74具有两个位置。小齿轮啮合架70可处于如图3所示的啮合位置,或者处于断开位置。当行星啮合架70处于啮合位置时,滑动小齿轮68与涡轮转子20的齿圈76啮合。当行星啮合架70处于断开位置时,滑动小齿轮68通过绕枢转点74在箭头80所指的方向上枢转而从涡轮转子20的齿圈76分离。在示范性实施例中,根据由传递给分离组件18的超速信号19产生的转矩,小齿轮啮合架70绕枢转点74枢转至断开位置。
应该注意到,虽然此示范性实施例的正齿轮组件60具有四个齿轮,并且枢转点74位于第一正齿轮62的轴线上,但是正齿轮可为任意数量,并且枢转点74也可置于沿着小齿轮啮合架70的任何适当位置。还应该注意的是,虽然本实施例中离合器组件12位于电马达10和第一减速齿轮组14之间,但是离合器组件12也可位于任何适当位置处。
上述的离合器组件12通过超速离合器40允许减速齿轮组件连续地与涡轮机转子20接合,而不考虑涡轮机转子20的转速是否超过了电马达10的转速。另外,如果涡轮机转子20的转速达到预定值,那就表示涡轮机转子20已经起动,离心离合器42将在无电控制信号的条件下,使减速齿轮组与涡轮转子20断开连接。
另外,虽然参照示范性实施例已对本发明进行了描述,本领域的技术人员将会理解,在不偏离本发明的范围的前提下,可进行各种改进,并且可用等同物来替换其元件。此外,在不偏离本发明的实质范围的条件下,根据本发明的说明可改用特殊的位置或者材料对本发明进行改进。因此,本发明并不局限于作为实施行本发明最佳模式而公开的特定实施例,而是本发明将包含所有落入到所附权利要求书的范围内的实施例。此外,所采用的术语第一、第二等并不表示任何顺序或者重要性,而是术语第一、第二等用于使一个部件区别于另一部件。另外,所采用的术语“一个”、“一根”等等不代表数量的限制,而是代表出现了至少一个所涉及的零件。
部件列表
10 | 电马达 |
12 | 离合器组件 |
14 | 第一减速齿轮组 |
18 | 第二减速齿轮组 |
19 | 超速信号 |
20 | 涡轮转子 |
22 | 马达轴 |
30 | 挠性联轴器 |
32 | 输入轴 |
34 | 法兰 |
36 | 紧固螺栓 |
40 | 离合器 |
42 | 离心离合器 |
44 | 壳体 |
46 | 摩擦片 |
48 | 输出轴 |
50 | 离合器衬垫 |
52 | 卷簧 |
56 | 键式法兰 |
57 | 法兰螺栓 |
58 | 第一减速齿轮输入轴 |
60 | 正齿轮组件 |
62 | 第一正齿轮 |
64 | 第二正齿轮 |
66 | 第三正齿轮 |
68 | 滑动小齿轮 |
70 | 小齿轮啮合架 |
72 | 组件输入轴 |
74 | 枢转点 |
76 | 齿圈 |
80 | 箭头 |
100 | 旋转装置组件 |
Claims (10)
1.一种旋转装置的离合器组件(12),该离合器组件包括:
一个设置于输入轴(32)上的超速离合器,所述超速离合器具有中空圆筒状空间;
一根经所述超速离合器与所述输入轴(32)机械连接的输出轴(48),所述输出轴插入到所述空间内;以及
一个设置在所述输出轴(48)的并没有插入到所述超速离合器的空间内的一部分上的离心离合器(42);
其中,所述超速离合器(40)位于所述输入轴(32)与所述离心离合器(42)之间。
2.如权利要求1所述的离合器组件(12),其特征在于还包括一个靠近所述离心离合器(42)设置的摩擦片(46)。
3.如权利要求1所述的离合器组件(12),其特征在于所述离心离合器(42)包括一个离合器衬垫(50)和卷簧(52)。
4.如权利要求3所述的离合器组件(12),其特征在于所述卷簧(52)被设计成随着所述输出轴(48)的转速低于预定值,能保持所述离合器衬垫(50)与靠近所述离心离合器(42)设置的摩擦片(46)之间不接触。
5.如权利要求3所述的离合器组件(12),其特征在于所述卷簧(52)被设计成随着所述输出轴(48)的转速高于预定值,能使所述离合器衬垫(50)与靠近所述离心离合器(42)设置的摩擦片(46)相接触。
6.如权利要求5所述的离合器组件(12),其特征在于随着所述输出轴(48)的转速高于所述预定值,所述离心离合器(42)会产生一个机械的超速信号(19)。
7.如权利要求1所述的离合器组件(12),其特征在于所述超速离合器被设计成将转矩从所述输入轴(32)传递给所述输出轴(48),并且防止转矩从所述输出轴(48)传递给所述输入轴(32)。
8.一种使涡轮转子(20)旋转的旋转装置组件(100),包括:
一个马达,该马达被设计为以第一转速产生第一旋转输出;
一个根据权利要求1-7中任一项所述的离合器组件(12),该离合器组件与所述马达机械连接;
一个减速齿轮组件,该减速齿轮组件与所述离合器组件(12)机械连接,所述减速齿轮组件被设计成随着自所述马达经离合器组件(12)接收所述第一旋转输出,以第二转速产生第二旋转输出,所述第二转速低于所述第一转速,所述减速齿轮组件被设计成通过所述减速齿轮组件与涡轮转子(20)的接合将所述第二旋转输出传递给涡轮转子(20);以及
一个分离组件(18),该分离组件被设计成能使所述减速齿轮组件跟涡轮转子(20)分离。
9.如权利要求8所述的旋转装置组件(100),其特征在于所述离合器组件(12)包括:
一个设置输入轴(32)上的超速离合器;
一根经所述超速离合器与所述输入轴(32)机械连接的输出轴(48);和
一个设置在所述输出轴(48)的一部分上的离心离合器(42)。
10.如权利要求9所述的旋转装置组件(100),其特征在于所述离合器组件(12)还包括一个靠近所述离心离合器(42)设置的摩擦片(46)。
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