CN207421261U - 一种功率多分支液力行星调速装置 - Google Patents

Abstract

一种功率多分支液力行星调速装置，涉及调速装置技术领域，它主要由齿轮功率分流系统、液力变矩器系统、行星齿轮系统、润滑油系统等组成。液力变矩器系统采用导叶可调式液力变矩器，由泵轮、涡轮、固定导轮、可调导轮和执行机构等组成。行星齿轮系统是差动轮系，由内齿圈、行星架、行星轮和太阳轮组成，这种新型无级调速的传动装置是按照“功率分流”的原理来运行的。本功率多分支液力行星调速装置虽然液力变矩器的效率并不高，但由于其分流的功率较小。因此，整机的效率较高，额定工况可达95%左右。

Description

一种功率多分支液力行星调速装置

技术领域：

本实用新型涉及调速装置技术领域，具体涉及一种功率多分支液力行星调速装置。

背景技术：

提高能源利用效率是目前科技装备发展的重要方向，我国电厂设备已朝着大容量、超临界或超超机组方向快速发展，电厂节能是我国节能减排的主阵地。火电厂运行时锅炉内的水受热变成蒸汽后，给水泵给锅炉供水并保持正常水位。锅炉给水泵是火电厂重要辅机设备。火电厂每天调峰数次，汽温、汽压随着机组负荷变化而变化运行，需要根据电力运行情况及时调整锅炉给水泵的工况。目前在火电厂给水泵的调速领域内，存在四种调速模式：汽机直接调速、液力偶合器调速、变频电机调速和液力行星装置调速。

当采用小汽轮机驱动锅炉给水泵直接调速运行时，需要单独设置空冷凝汽设备，调速系统复杂，投资巨大，功率输出受环境影响。调速型液力偶合器其高效率运行区间较窄。给水泵等负载需要的调速范围较宽，使用液力偶合器进行调速难以保证机组全工况下综合高效运行。变频电机调速效率与液力行星装置一致，但是变频电机调速的平均无故障时间是3年，液力行星调速装置是10年；变频电机的大修期是8年，液力行星调速装置是20年。同时变频电机对运行环境要求高，变频器、控制柜等设备需放置在防爆区域，且对环境温度有一定要求。

此外、电动机驱动压缩机工程应用中可以采用液力调速方式进行驱动，不但可以减少电机变频调速环节带来的功率损失，还可以减少电机启动负荷，减少启动电流，缩短启动时间，可以减少电机配电系统的投资和启动时对配电系统的冲击。另外，液力调速还具有良好的振动阻尼特性以及可以满足任何防爆区域要求、高度的可靠性、不需停车检查的长周期运转性能、极少的维护需求等优点。

实用新型内容：

本实用新型的目的是为了克服上述现有技术存在的不足之处，而提供一种功率多分支液力行星调速装置，它可调节液力变矩器涡轮的输出功率与转速，实现行星轮系的太阳轮在最大输出功率、转速与最小输出功率、转速之间的无级调节。

本实用新型采用的技术方案为：一种功率多分支液力行星调速装置，包括执行机构、功率分流低速轴、功率分流输入轴和输入轴，输入轴一端外壁套有第二滑动轴承，第二滑动轴承右侧设有推力轴承，推力轴承右侧输入轴外壁上设有齿轮，齿轮与机带泵齿轮连接，机带泵齿轮通过第二机带泵齿轮与机带泵连接，第二机带泵齿轮与第一滑动轴承连接，机带泵齿轮与功率分流低速齿轮连接，功率分流低速齿轮设置于功率分流低速轴上，功率分流低速轴端部设有滚动轴承，功率分流低速轴通过泵轮与功率分流输入轴连接，功率分流输入轴端部设有第六滑动轴承，泵轮与涡轮相啮合，涡轮上设有可调导轮和固定导轮，可调导轮与执行机构连接；输入轴中间设有第三滑动轴承，输入轴另一端套有联接筒，联接筒上设有浮动齿圈，浮动齿圈的内齿圈与行星轮传动连接，行星轮设置于行星架上，行星架设于输入轴另一端，行星轮与太阳轮传动连接，太阳轮与输出轴内齿套连接，输出轴内齿套设于输出轴外，输出轴与输入轴位于同一轴线上，输出轴上设有第四滑动轴承和第五滑动轴承；行星架通过滚动轴承与功率分流输入齿轮连接，功率分流输入齿轮设于功率分流输入轴上。

所述的输入轴与泵轮和联接筒相连，输入轴传递功率采用分流形式。

所述的功率分流输入齿轮可以调整行星架运转方向，使得行星轮中行星架与内齿圈转向一致，功率合并输出驱动太阳轮。

所述的联接筒加热烘装在输入轴上。

所述的输入轴的前后支撑分别是第二滑动轴承和第三滑动轴承。

所述的推力轴承承载液力变矩器运行时产生的轴向力。

所述的输出轴的前后支撑分别是第四滑动轴承和第五滑动轴承。

所述的机带泵给新型用于压缩机无级调速的传动装置提供液力变矩器工作油、行星润滑油和轴承润滑油的工作压力。

本实用新型的有益效果是：

（1）液力变矩器相对齿轮传递效率较低，只有较小部分的功率经过液力变矩器，另外较大部分的功率经由行星轮系统传递至输出，所以经过功率合并后，总效率仍然较高；

（2）液力变矩器传递功率支路采用单输入多输出形式，液力变矩器的输入转速和输出转速均经过一级齿轮传动进行调节，液力变矩器输入转速不受动力装置限制，输出转速通过齿轮配比驱动行星级内齿圈，这样方便液力变矩器的选型和设计，液力变矩器设计更加灵活，液力变矩器更加注重效率；

（3）采用功率分流形式对输入功率进行了分担，这样减小了传动机构的传递扭矩，有效的减小了行星传动结构的体积和重量，减轻了整个机械式两级行星轮传动无级变速系统的重量；

（4）整个无级变速系统中，所有传动部套都是机械式，这大大提高了无级变速系统的可靠性；

（5）机械式两级行星轮传动无级变速系统中基本没有污染物的排放，可满足日益提高的环保性的需求。

附图说明：

图1是本实用新型结构示意图。

具体实施方式：

参照图1，一种功率多分支液力行星调速装置，包括执行机构1、功率分流低速轴3、功率分流输入轴30和输入轴9，输入轴9一端外壁套有第二滑动轴承10，第二滑动轴承10右侧设有推力轴承11，推力轴承11右侧输入轴9外壁上设有齿轮8，齿轮8与机带泵齿轮5连接，机带泵齿轮5通过第二机带泵齿轮12与机带泵7连接，第二机带泵齿轮12与第一滑动轴承6连接，机带泵齿轮5与功率分流低速齿轮4连接，功率分流低速齿轮4设置于功率分流低速轴3上，功率分流低速轴3端部设有滚动轴承2，功率分流低速轴3通过泵轮17与功率分流输入轴30连接，功率分流输入轴30端部设有第六滑动轴承31，泵轮17与涡轮16相啮合，涡轮16上设有可调导轮14和固定导轮15，可调导轮14与执行机构1连接；输入轴9中间设有第三滑动轴承13，输入轴9另一端套有联接筒18，联接筒18上设有浮动齿圈19，浮动齿圈19的内齿圈20与行星轮21传动连接，行星轮21设置于行星架22上，行星架22设于输入轴9另一端，行星轮21与太阳轮23传动连接，太阳轮23与输出轴内齿套24连接，输出轴内齿套24设于输出轴27外，输出轴27与输入轴9位于同一轴线上，输出轴27上设有第四滑动轴承25和第五滑动轴承26；行星架22通过滚动轴承28与功率分流输入齿轮29连接，功率分流输入齿轮29设于功率分流输入轴30上。所述的输入轴9与泵轮17和联接筒18相连，输入轴9传递功率采用分流形式。所述的功率分流输入齿轮29可以调整行星架22运转方向，使得行星轮中行星架22与内齿圈20转向一致，功率合并输出驱动太阳轮23。所述的联接筒18加热烘装在输入轴9上。所述的输入轴9的前后支撑分别是第二滑动轴承10和第三滑动轴承13。所述的推力轴承11承载液力变矩器运行时产生的轴向力。所述的输出轴27的前后支撑分别是第四滑动轴承25和第五滑动轴承26。所述的机带泵7给新型用于压缩机无级调速的传动装置提供液力变矩器工作油、行星润滑油和轴承润滑油的工作压力。

主要由齿轮功率分流系统、液力变矩器系统、行星齿轮系统、润滑油系统等组成。液力变矩器系统采用导叶可调式液力变矩器，由泵轮17、涡轮16、固定导轮15、可调导轮14和执行机构1等组成。行星齿轮系统是差动轮系，由内齿圈20、行星架22、行星轮21和太阳轮23组成。

按照“功率分流”的原理来运行的。通过齿轮齿数配比，调节液力变矩器的最佳输入转速，同时采用功率多分支结构，每个液力变矩器支路所传递的功率降低，液力变矩器的体积减小。液力变矩器的设计与选型不受输入转速和输出转速的制约，通过设定齿轮功率分流系统在液力变矩器前后两侧齿数配比，满足行星轮行21行星架22的转速需求。

当运转时，输入轴9恒速输入、齿轮功率分流系统通过齿轮轴将同时驱动液力变矩器的泵轮17与行星轮21传动的内齿圈20，形成功率分流。一部分功率经过液力变矩器，由泵轮17驱动涡轮16，涡轮16通过平行轴齿轮传递功率，驱动行星21轮中内齿圈20，进而驱动行星轮21中的太阳轮23；另一部分功率经由行星轮21内齿圈20驱动行星轮21中太阳轮23，即两部分功率在行星轮21中太阳轮23处形成合流，同时两部分转速在行星轮21太阳轮23处进行叠加输出。

这种新型无级调速的传动装置是无级调速装置，装置传动比公式是：

其中，是行星级齿轮速比；是功率分流低速齿轮速比；是功率分流输入齿轮速比；是液力变矩器的速比，即涡轮16转速与泵轮17转速比。

经由液力变矩器的功率流较小，该功率分支主要作用是给行星轮21传动提供一个可变的速度输入；经由输入轴9直接传给行星轮21传动的功率流较大，该功率分支作为行星轮21传动的一个定速输入，两个输入同时通过行星轮21传动后实现可变速输出。这样设计的好处是，虽然液力变矩器的效率并不高，但由于其分流的功率较小，新型无级调速的传动装置整体保持在很高的效率。

这种新型无级调速的传动装置保持很高效率，整机效率公式是：

其中，是平行级齿轮速比；是功率分流低速齿轮速比；是功率分流输入齿轮速比；是液力变矩器的速比，即涡轮转速与泵轮转速比；是液力变矩器的效率。

液力变矩器采用导叶可调式结构，泵轮17输入，涡轮16输出。当液力变矩器需要强制改变输出轴上扭矩和转速，而输入转速不变时，通过调节执行机构1组件改变可调导叶的转角，液力变矩器内部流场特性发生改变，进而涡轮16输出转速发生变化，采用最合理的导轮叶片角度以保证液力变矩器获得最高效率和最佳变矩比。

功率流向一传递的功率：输入轴通过齿轮功率分流系统传递到液力变矩器。

液力变矩器的泵轮输入，涡轮输出。液力变矩器可以实现无级调速的功能。涡轮16的转速可通过执行机构1调节液力变矩器导叶开度进行控制。同时涡轮的不仅可正转，亦可反转，涡轮16输出端与差动级行星的行星架相连。不同的涡轮16输出转速和转向决定行星架22在差动级行星上所占功率比例不同。涡轮16正转转速越大，行星架22所占功率比例越大；涡轮16反向旋转时，行星架22消耗功率，功率经由行星架22传送至涡轮16发热耗功。

功率流向二传递的功率：输入轴9通过联接筒18、浮动齿圈19传递至行星轮21系的内齿圈20。输入端转速不变，此部分输入至内齿圈20转速是固定不变的，占总输入功率的较大比例，所占比例根据行星轮系的行星架22转速不同而改变。

当液力变矩器泵轮传递至涡轮16的正转功率与转速最大时，功率流一、二合并后，行星轮系的太阳轮23输出功率与转速达到最大；当液力变矩器泵轮17传递至涡轮16的反转功率与转速最大时，功率流一、二合并后，行星轮系的太阳轮23输出功率与转速达到最小；在其它工况下，可调节液力变矩器涡轮16的输出功率与转速，实现行星轮系的太阳轮23在最大输出功率、转速与最小输出功率、转速之间的无级调节。

其中，输入轴9与泵轮17和联接筒18相连，输入轴9传递功率采用分流形式，不同负载输出转速条件下功率分流比不同，其中较大部分功率通过联接筒18传入差动级行星齿轮中的内齿圈20，较小部分功率通过液力变矩器传入差动级行星齿轮中的行星架22，经过液力变矩器之前通过功率分流低速齿轮单输入多输出，从而液力变矩器设计更加灵活方便。

液力变矩器采用导叶可调式结构。调节执行机构1来改变可调导轮14的转角，进而改变液力变矩器内部流场特性，在泵轮17输入转速不变条件下，涡轮16实现变速无级输出。涡轮16通过功率分流输入齿轮29驱动行星轮齿的行星架22。功率分流输入齿轮29齿数配比可以根据涡轮16输出转速按比例缩放到行星架22的转速，采用平行轴齿轮形式，缩放比范围大，传动比从1到40之间均可满足。功率分流输入齿轮29可以调整行星架22运转方向，使得行星齿轮中行星架22与内齿圈20转向一致，功率合并输出驱动太阳轮23。

联接筒18加热烘装在输入轴9上。联接筒18带动浮动齿圈19，驱动内齿圈20旋转。装置运转时内齿圈20转速始终保持不变，调节执行机构1改变行星架22转速，改变功率分流比，内齿圈20始终占据较大部分功率，输出转速实现无级调速。

输入轴9轴系长，承载零件多，输入轴9的前后支撑分别是第二滑动轴承10和滑动轴承第三13。推力轴承11承载液力变矩器运行时产生的轴向力。输出轴27的前后支撑分别是第四滑动轴承25和第五滑动轴承26。

机带泵齿轮5驱动机带泵7工作。机带泵7给新型用于压缩机无级调速的传动装置提供液力变矩器工作油、行星润滑油和轴承润滑油的工作压力。

输入轴9转动，较大部分功率通过联接筒18和浮动齿圈19传递到行星轮系上，较小部分功率通过齿轮8传递到液力变矩器（包括执行机构1、可调导轮14、固定导轮15、涡轮16和泵轮17）处。齿轮8单输入多输出，分别驱动多个液力变矩器同时运转，实现功率分流，使每个支路分担功率减少，同时每个支路在功率分流输入齿轮29和行星架22汇入至行星轮系。

功率分流支路上第二机带泵齿轮12驱动机带泵7，机带泵7运转提供液力变矩器工作油、行星润滑油和轴承润滑油的工作压力。

液力变矩器由执行机构1，可调导轮14，固定导轮15，涡轮16和泵轮17组成。液力变矩器的泵轮17输入，涡轮16输出。执行机构1可以通过人为控制改变可调导轮14内部叶片的转角，调节导轮改变导轮与壳体的相对角度，使变矩器的循环流量、导轮的进出口角发生改变，来实现液力变矩器性能改变，在泵轮17输入转速不变情况下，涡轮16输出转速发生改变，起到无级调速的目的。

综上所述，液力变矩器相对齿轮传递效率较低，只有较小部分的功率经过液力变矩器，另外较大部分的功率经由行星齿轮系统传递至输出，所以经过功率合并后，总效率仍然较高；液力变矩器传递功率支路采用单输入多输出形式，液力变矩器的输入转速和输出转速均经过一级齿轮传动进行调节，液力变矩器输入转速不受动力装置限制，输出转速通过齿轮配比驱动行星级内齿圈，这样方便液力变矩器的选型和设计，液力变矩器设计更加灵活，液力变矩器更加注重效率；采用功率分流形式对输入功率进行了分担，这样减小了传动机构的传递扭矩，有效的减小了行星传动结构的体积和重量，减轻了整个机械式两级行星齿轮传动无级变速系统的重量；整个无级变速系统中，所有传动部套都是机械式，这大大提高了无级变速系统的可靠性；机械式两级行星齿轮传动无级变速系统中基本没有污染物的排放，可满足日益提高的环保性的需求。

Claims (8)

1.一种功率多分支液力行星调速装置，包括执行机构（1）、功率分流低速轴（3）、功率分流输入轴（30）和输入轴（9），其特征在于：输入轴（9）一端外壁套有第二滑动轴承（10），第二滑动轴承（10）右侧设有推力轴承（11），推力轴承（11）右侧输入轴（9）外壁上设有齿轮（8），齿轮（8）与机带泵齿轮（5）连接，机带泵齿轮（5）通过第二机带泵齿轮（12）与机带泵（7）连接，第二机带泵齿轮（12）与第一滑动轴承（6）连接，机带泵齿轮（5）与功率分流低速齿轮（4）连接，功率分流低速齿轮（4）设置于功率分流低速轴（3）上，功率分流低速轴（3）端部设有滚动轴承（2），功率分流低速轴（3）通过泵轮（17）与功率分流输入轴（30）连接，功率分流输入轴（30）端部设有第六滑动轴承（31），泵轮（17）与涡轮（16）相啮合，涡轮（16）上设有可调导轮（14）和固定导轮（15），可调导轮（14）与执行机构（1）连接；输入轴（9）中间设有第三滑动轴承（13），输入轴（9）另一端套有联接筒（18），联接筒（18）上设有浮动齿圈（19），浮动齿圈（19）的内齿圈（20）与行星轮（21）传动连接，行星轮（21）设置于行星架（22）上，行星架（22）设于输入轴（9）另一端，行星轮（21）与太阳轮（23）传动连接，太阳轮（23）与输出轴内齿套（24）连接，输出轴内齿套（24）设于输出轴（27）外，输出轴（27）与输入轴（9）位于同一轴线上，输出轴（27）上设有第四滑动轴承（25）和第五滑动轴承（26）；行星架（22）通过滚动轴承（28）与功率分流输入齿轮（29）连接，功率分流输入齿轮（29）设于功率分流输入轴（30）上。

2.根据权利要求1所述的一种功率多分支液力行星调速装置，其特征在于：输入轴（9）与泵轮（17）和联接筒（18）相连，输入轴（9）传递功率采用分流形式。

3.根据权利要求1所述的一种功率多分支液力行星调速装置，其特征在于：功率分流输入齿轮（29）可以调整行星架（22）运转方向，使得行星轮中行星架（22）与内齿圈（20）转向一致，功率合并输出驱动太阳轮（23）。

4.根据权利要求1所述的一种功率多分支液力行星调速装置，其特征在于：联接筒（18）加热烘装在输入轴（9）上。

5.根据权利要求1所述的一种功率多分支液力行星调速装置，其特征在于：输入轴（9）的前后支撑分别是第二滑动轴承（10）和第三滑动轴承（13）。

6.根据权利要求1所述的一种功率多分支液力行星调速装置，其特征在于：推力轴承（11）承载液力变矩器运行时产生的轴向力。

7.根据权利要求1所述的一种功率多分支液力行星调速装置，其特征在于：输出轴（27）的前后支撑分别是第四滑动轴承（25）和第五滑动轴承（26）。

8.根据权利要求1所述的一种功率多分支液力行星调速装置，其特征在于：机带泵（7）给新型用于压缩机无级调速的传动装置提供液力变矩器工作油、行星润滑油和轴承润滑油的工作压力。