CS215224B1

CS215224B1 - Hydraulic clutch with infinitely variable engagement torque

Info

Publication number: CS215224B1
Application number: CS928980A
Authority: CS
Inventors: Josef Altman; Jaroslav Synac
Original assignee: Josef Altman; Jaroslav Synac
Priority date: 1980-12-24
Filing date: 1980-12-24
Publication date: 1982-08-27

Abstract

Vynalez se týká natáěecího zařízení parních turbin a řeší problém zejména rázového namáháni činných ozubení, rázových sil do ložisek turbin. Vynález řeší tyto problémy tím, že k rotoru turbiny připojuje hydraulický rotor s působností hydraulické spojky s proměnným záběrovým momentem a na stojan turbiny připojuje externí poháněči soustavu.The invention relates to a steam turbine turning device and solves the problem of shock loading of active gearing, shock forces into turbine bearings. The invention solves these problems by connecting a hydraulic rotor with the effect of a hydraulic clutch with variable engagement torque to the turbine rotor and by connecting an external drive system to the turbine stand.

Description

Vynález se týká hydraulické spojky s plynulou změnou záběrového momentu, které je zvláší vhodná pro natáčení parních turbin.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a hydraulic coupling with a continuous change of engagement torque which is particularly suitable for turning steam turbines.

V současné technické praxi je pro přenos rotačního pohybu na soustavy se značným áíproměnným záběrovým momentem použito několika řešení, která lze rozlišit podle použitého principu na natáčedla mechanická, elektrická a hydraulická. Nejstaršim a dosud nejvíce rozšířeným typem natáčedel jsou natáčedla mechanická s výkyvnou nebo výsuvnou kulisou, na jejímž konci je poháněči pastorek, který při zasunutí do ozubení na rotoru turbiny přenáší hnací moment z externí poháněči soustavy. Za jeden z příkladů elektrických natáčedel lze považovat budič generátoru, ve kterém je vhodnou úpravou vytvořeno dostatečně silné rotační elektromagnetické pole s požadovanou úhlovou protáčeci rychlostí.In the current technical practice, several solutions are used for transmitting rotary motion to systems with considerable and variable starting torque, which can be distinguished according to the applied principle into mechanical, electrical and hydraulic rotary actuators. The oldest and so far most widespread type of turntables are mechanical turntables with a pivotable or withdrawable slide, at the end of which is a drive pinion, which, when inserted into the gearing on the turbine rotor, transmits the driving torque from the external drive assembly. One example of an electric turntable is a generator exciter in which, by suitable treatment, a sufficiently strong rotating electromagnetic field is created with a desired angular turning speed.

Hydraulická natáčedla je možno rozlišit na systémy hydrostatické a hydrodynamické. Jedním z příkladů hydrostatických zařízení je řešení s brzděným rotačním servomotorem, kte¹rý sestává z korunového ozubeného kola pevně spojeného s rotorem turbiny, po kterém se odvaluje řada pastorků otočně uložených v kleci servomotoru. Rotačního pohybu je v tomto případě dosaženo působením tlaku externě dodávané hydraulické kapaliny na plochy zubů. Používané hydrodynamická řešení natáčedel většinou pracují na principu impulsních turbin.Hydraulic turntables can be distinguished into hydrostatic and hydrodynamic systems. One example of a hydrostatic device is braked solution with a rotary servomotor who rice ¹ comprises a ring gear fixedly connected to the rotor of the turbine, upon which is rolled a number of pinions rotatably mounted in a cage motor. In this case, rotational movement is achieved by applying pressure to the tooth surfaces of the externally supplied hydraulic fluid. The hydrodynamic solutions used by the rotators usually work on the principle of impulse turbines.

Všechna tato řešení mají některé nedostatky. U mechanických soustav s kulisou a pastorkem lze jen velmi těžko úplně odstranit rázové namáhání ozubení pastorku a korunového kola při zasouvání za klidu i za pohybu rotoru. Dalším nedostatkem tohoto řešení je vyvozeni značné radiální síly de ložisek turbiny. U elektrických a hydrodynamických natáčedel lze za hlavní nedostatek považovat nárůst složitosti zařízení spolu s vysokou pořizovycí cenou a u systémů s rotačním servomotorem lze očekávat poškození ozubení nečistotami v hydraulické kapalině, které se objeví v souvislosti s činností čelistové brzdy.All these solutions have some drawbacks. In mechanical systems with a pinion and pinion, it is very difficult to completely eliminate the impact stress of the pinion and crown gear teeth when retracting at rest and when the rotor is moving. Another drawback of this solution is the generation of a considerable radial force of the de-bearings of the turbine. For electric and hydrodynamic rollers, the main drawback is the increased complexity of the equipment along with the high purchase price, and for rotary servomotor systems, damage to the toothing by impurities in the hydraulic fluid can be expected to occur as a result of jaw brake operation.

Uváděné nedostatky podstatně omezuje hydraulická spojka s plynulou změnou záběrového momentu podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že k rotoru turbiny je připojen hydraulický rotor, působící jako hydraulická spojka s proměnným záběrovým momentem. Přitom je se stojanem turbiny spojena externí poháněči soustava.The above-mentioned drawbacks are substantially reduced by the hydraulic clutch with continuous change of engagement moment according to the invention, which is based on the fact that a hydraulic rotor acting as a hydraulic clutch with variable engagement moment is connected to the turbine rotor. An external drive assembly is connected to the turbine stand.

Jeden z příkladů praktického provedení hydraulické spojky s plynulou změnou záběrového momentu ve funkci natáčedla rotoru parní turbiny je znázorněn na připojeném výkresu. V něm uvedený obr. 1 zobrafcuje podélný řez touto hydraulickou spojkou a obr. 2 zobrazuje příčný řez touto hydraulickou spojkou.One example of a practical embodiment of a hydraulic clutch with continuously changing engagement torque as a steam turbine rotor turntable is shown in the attached drawing. 1 shows a longitudinal section through the hydraulic coupling and FIG. 2 shows a cross section through the hydraulic coupling.

Jak je patrno z obr. 1, sestává zařízení podle vynélezu ze dvou základních částí, a to z hydraulického rotoru 2, jehož ozubené kolo 21 je pevně spojeno s rotorem 1 turbiny a z pohonné části která je součástí nezekresleného stojanu parní turbiny. Hydraulický rotor 2 sestává z klece 25. které je pevně spojena s ozubeným věncem 24 a se synchronizačním nákružkem 38. přičemž v této kleci je rotačně uložena řada pastorků 22. které dosedají na ozubené kolo 21 a dělí vybrání v tělese klece 25 na nátokové komory 27. spojené axiálními nátokovými kanály 290 s dělícím pastorkem 29 a na odpadní komory 28, které jsou propojeny radiálními odpadními kynély 26 s obvodovým kanálem 200 v tělese pohonné části 2· Obvodový kanál .200 je přepouštěcími otvory 201 propojen se sběrným potrubím 41. ve kterém je připojen regulační ventil 4. Z něho vycházející spojovací potrubí 42 ústí vstupním kanálem 39 v pravé boční partii 299 tělesa pohonné části 2 do dělicího prostoru 29. Okraje pravé boční partie 299 a levé boční partie 298 nesou.uložené elementy drážkovaného hřídele 32. Pohonná! část J sestává z drážkovaného hřídele 32, na kterém je suvně uložen hnací pastorek 21» jehož zadní část je opřena o levý píst 371. a najehož čelo dosedá levá pružina 24» která zároveň druhým koncem dosedá na čelo synchronizačního kroužku 22» suvně uloženého na drážkovém hřídeli 32. Pravá pružina 25» která dosedá na zadní část synchronizačního kroužku 22 je dále opřena o odtlačovací kroužek 36. který je suvně uložen rovhěž na hřídeli 32. a na nějž dosedá pravý plst 372.As can be seen from FIG. 1, the device according to the invention consists of two basic parts, namely a hydraulic rotor 2 whose gear 21 is fixedly connected to the turbine rotor 1 and a driving part which is part of the undistorted steam turbine stand. The hydraulic rotor 2 consists of a cage 25 which is rigidly connected to the ring gear 24 and to the synchronizing collar 38. in this cage, a series of pinion 22 is rotatably supported which abuts the gear 21 and divides the recess in the cage body 25 into the inlet chambers 27 connected by axial inlet ducts 290 to a separating pinion 29 and to the waste chambers 28, which are connected by radial waste ducts 26 to a peripheral duct 200 in the body of the drive part 2. The peripheral duct 200 is connected to the manifold 41 through the through holes 201. A connecting valve 42 extends therefrom through an inlet passage 39 in the right side portion 299 of the housing 2 of the drive part 2 into the separation space 29. The edges of the right side portion 299 and the left side portion 298 carry the grooved shaft elements 32. Drive! part J consists of a splined shaft 32, on which the drive pinion 21 »is slidably mounted, the rear part of which is supported by the left piston 371. and the left spring abuts against the face 24, which at the same end abuts the face of the synchronizing ring 22» The right spring 25, which abuts the rear of the synchronizing ring 22, is further supported by a push ring 36 which is slidably mounted on the shaft 32 and against which the right felt 372 abuts.

činnost zařízeni podle vynálezu lze demonstrovat ve dvou typických režimech, které jsou požadovány u natáčedla parní turbiny. Prvním režimem je uvedení rotoru turbiny z nulových otáček na otáčky protáčecí, včetně tzv. odtržení rotoru několikanásobně zvýšeným záběrovým momentem, potřebným pro překonám! coulombovského tření v kluzných ložiskách parní turbiny a generátoru. Na obr. 1 je zobrazeno zařízení ve stavu s avolněným hydraulickým rotorem 2 což je stav, odpovídající nulovým nebo jmenovitým otáčkám turbiny. Tohoto stavu je dosaženo plným otevřením regulačního ventilu 4 ^a odpojením levého tlakového prostoru 301 i pravého tlakového prostoru 302 od zdroje ovládací hydraulické kapaliny, tím je vzájemná poloha hnacího pastorku 31 a synchronizačního kroužku 33 vůči ozubenému věnci 24 a synchronizačnímu nákružku 38 fixována v krajních polohách předpětí levé pružiny 34 a pravé pružiny 35.The operation of the device according to the invention can be demonstrated in two typical modes required for a steam turbine turntable. The first mode is to bring the turbine rotor from zero speed to rotational speed, including the so-called rotor breakage by a multiply increased starting torque needed for overcoming! Coulomb friction in sliding bearings of steam turbine and generator. In Fig. 1, the device is shown in a state with the hydraulic rotor 2 free, which is a state corresponding to zero or rated turbine speed. This is achieved by fully opening the control valve 4 ^and disconnecting the left pressure chamber 301 and the right pressure chamber 302 from the source of the hydraulic control fluid, thereby positioning the drive pinion 31 and the synchronizing ring 33 relative to the ring gear 24 and the synchronizing collar 38 in the preload positions. left spring 34 and right spring 35.

V počátku sekvenčního režimu uváděni rotoru 1 na protáčeeí otáčky je ke zdroji elektrické energie připojen nezakreslený poháněči elektromotor, který přímo nebo přes nezakreslenou převodovku začne otáčet drážkovaným hřídelem 32. V dalším sekvenčním kroku je připojen pravý tlakový prostor 302 k externímu zdroji ovládací hydraulické tekutiny a síla, vyvozená hydraulickou tekutinou, začne posouvat pravý píst 372 a odtlačovací kroužek 36 po drážkovém hřídeli 22. Stlačováním pravé pružiny 35 a levé pružiny 24 vyvodí silovou výslednici které začne posouvat synchronizační kroužek 33 na synchronizační nákružek 38 je posunem pravého pístu 372 a odtlačovaciho kroužku 36 stlačována pouze pravá pružina 35 a vlivem narůstajícího tření mezi oběma - synchronizačním kroužkem 33 a synchronizačním nákružkem 38 začne synchronitační kroužek 33 přenosem momentu roztáčet pomocí synchronizačního nákružku 2S uvolněný hydraulický rotor 2. Z tohoto synchronizačního kroku natáčecí sekvence není možno přejit do dalšího kroku ani předčasným připojením levého tlakového prostoru 302 ke zdroji hydraulické tekutiny, jestliže čelo oravého pístu 372 nepřekrývá vyústění blokovacího kanálu 310. který blokovacím DOtrubím 320 spojuje levý tlakový prostor 301 s vnitřním prostorem pohonné soustavy 2· Poloha blokovacího kanálu 310 je pak zvolena tak, aby posunutí pravého pistu 372. potřebné k úplnému uzavření blokovacího kanálu 3lb. vyvodilo stlačením pravé pružiny 35 sílu, potřebnou k vyrovnání obvodových rychlostí na osách zubů hnacího pastorku 31 a ozubeného věnce 24. Zasouvání hnacího pastorku 31 do ozubeného věnce 24, které je druhým krokem natáčecí sekvence, je vyvozeno po připojení levého tlakového prostoru 22i ^ke zdroji hydraulické tekutiny. Silovou výslednicí pak pohybuje současně levým pístem 371 a hnacím pastorkem 31 směrem k ozubenému věnci 24 a zároveň stlačuje levou pružinu 24» opřenou o synchronizační kroužek 33.At the beginning of the sequential mode of rotating the rotor 1, a non-drawn driving electric motor is connected to the power source, which starts rotating the spline shaft 32 directly or via a non-drawn transmission 32. In the next sequential step, the right pressure space 302 is connected to an external source of control hydraulic fluid and force by the hydraulic fluid, it moves the right piston 372 and the push ring 36 along the spline shaft 22. Compressing the right spring 35 and the left spring 24 produces a force result which begins to push the synchronizing ring 33 onto the synchronizing collar 38 by moving the right piston 372 and the pushing ring 36 only the right spring 35 and due to the increasing friction between the two synchronizing ring 33 and the synchronizing collar 38, the synchronizing ring 33 starts to rotate by means of the synchronizing collar by transmission of the torque The hydraulic rotor 2 released from this synchronization step cannot be moved to the next step even by premature coupling of the left pressure chamber 302 to the hydraulic fluid source if the face of the orifice piston 372 does not overlap the orifice of the blocking channel 310 connecting the left pressure chamber 301. The position of the blocking channel 310 is then selected so that the displacement of the right piston 372 required to completely close the blocking channel 31b. concluded right compression spring 35, the force required to balance the circumferential speed on the axes of teeth of the driving pinion 31 and the ring gear 24th Pushing drive pinion 31 to the ring gear 24 which is the second step of the pivoting sequence, is drawn by connecting the left pressure chamber ^{to a} source of hydraulic 22i fluid. It then moves the left-hand piston 371 and the drive pinion 31 towards the ring gear 24 at the same time by compressing the power resultant and simultaneously compresses the left spring 24 »supported by the synchronizing ring 33.

Bezrázové zasunutí ozubení hnacího pastorku 31 do ozubeiíí ozubeného věnce 24 umožněné popsaným synchronizačním mechanizmem pak pokračuje posouváním hnacího pastorku 31 až do kon215224 cové' polohy za současného uvolňování třecího spojení synchronizačního kroužku 33 a synchronizačního nékrUžku 38 tak, aby po úplném překrytí obou ozubení byl synchronizační mechanismus zcela uvolněn.The frictionless engagement of the pinion gear teeth 31 in the toothed rim teeth 24 by the described synchronization mechanism then continues to move the pinion gear 31 to the end position while releasing the frictional engagement of the synchronizing ring 33 and the synchronizing ring 38 so that completely released.

V obou krocích popsané sekvence byl hydraulický rotor 2 úplně uvolněn a jeho rotaci v provedeni, které je zobrazeno na obr. 1 a 2 je hydraulická-kapalina, kterou je naplněn dělící prostor 29. hydraulický rotor 2, sběrné potrubí 41 a spojovací potrubí 42. volně přečerpávána zubovými mezerami odvalmjících se pastorků 22 a stojícího ozubeného kola 21. Třetím a hlavní krokem sekvence je uvedení rotoru .1 parní turbiny uzavíraáním regulačního vehtilu na protéčecí otáčky. V takto koncipované soustavě lze po vyvození několika násobného záběrového momentu využít dynamického působení rotujících hmot hydraulického rotoru 2 a pohonné soustavy jl. Náhlým uzavřením regulačního ventilu £ dojde k prudkému nárůstu tlaků ve sběrném potrubí 41, přepouštěcích otvorech 201 a obvodovém kanálu 200. který je přenesen radiálními odpadními kanály 26 do odpadních komor 28. Takto vyvozený nárůst síly na boky zubů pastorků 22 a ozubeného kola 21 prudce zvýši záběrový moment na ozubené kolo 21. spojené s rotorem 1, z hnacího pastorku 31 a setrvačným momentem v tomto okamžiku rotujících hmot je umožněno tzv. utržení rotoru bez jinak nevyhnutelného vysokého proudo„vého přetížení elektromotoru natáčedla při rozběhu z nulových otáček. Dosažením protáčecích otáček, jejichž úroveňje možno volit změnou průtočného průřezu regulačního ventilu je řízená sekvence ukončena. Při zvýšení otáček rotoru 1 parní turbiny otevřením jejich regulačních ventilů, například při najížděni na jmenovité otáčky, se změní smysl otáčení pastorků 22 a ozubeného kola 21 a soustava pastorků 22 a ozubeného kola 21 začne z odpadních komor 28 hydraulickou kapalinou v limitním případě odčerpávat. Tím dojde k uvolnění spojky i v případě, že by se regulační ventil 4 neotevřel. Opačnou sekvencí k sekvenci již uvedené jě za plné synchronizace vzájemných rychlosti vysunuto ozubení hnacího pastorku 31 z ozubeného věnce 24 a synchronizační kroužek 33 je posunut do klidové polohy. Při podstatně'vyššich než protáčecích otáčkách je regulační ventil 4 otevřen a hydraulický rotor 2 rotuje shodnou uhlovou rychlostí jako rotor _1 parní turbiny.In both steps of the sequence described, the hydraulic rotor 2 has been completely released and its rotation in the embodiment shown in Figs. 1 and 2 is a hydraulic-fluid that fills the separation space 29. the hydraulic rotor 2, the manifold 41 and the connecting line 42. The third and main step of the sequence is to bring the rotor 1 of the steam turbine by closing the regulating vehicle to the speed of rotation. In such a conceived system, the dynamic action of the rotating masses of the hydraulic rotor 2 and of the drive system 11 can be utilized after generating several engagement moments. A sudden closure of the regulating valve 6 causes a rapid increase in pressures in the manifold 41, the overflow apertures 201 and the peripheral duct 200, which is transferred by radial waste ducts 26 to the discharge chambers 28. The resulting increase in force on the flanks 22 the engagement moment on the gear 21 connected to the rotor 1, from the drive pinion 31 and the moment of inertia at this moment of rotating masses enables the so-called rotor tearing without the otherwise unavoidable high current overload of the electric motor of the rotary motor. By reaching a rotation speed whose level can be selected by changing the flow cross section of the control valve, the controlled sequence is terminated. As the speed of the steam turbine rotor 1 is increased by opening its control valves, for example when driving at rated speed, the direction of rotation of the pinion 22 and gear 21 changes and the pinion 22 and gear 21 system begins to pump hydraulic fluid out of the waste chambers. This will release the clutch even if the control valve 4 does not open. By the opposite sequence to the sequence already mentioned, the toothing of the drive pinion 31 is pulled out of the ring gear 24 and the synchronizing ring 33 is moved to the rest position by fully synchronizing the relative speeds. At substantially higher than the rotational speed, the control valve 4 is opened and the hydraulic rotor 2 rotates at the same angular speed as the rotor 1 of the steam turbine.

Druhým typickým režimem provozu natáčedla je jeho činnost při zachycení rotoru 1 parní turbiny po výpadku. U zařízení podle vynálezu je opět možno identickou sekvencí zapojení elektromotoru natáčedla, synchronizací rotujících částí pohonné části J a hydraulického rotoru 2, -Zasunutím pohonného pastorku 31 do ozubeného věnce 24 a navazující změnou průtočného průřezu regulačního ventilu 4 zachytit rotor ve volitelných protáčecích otáčkách.The second typical mode of operation of the turntable is its operation to catch the rotor 1 of the steam turbine after a failure. In the device according to the invention, it is again possible to synchronize the rotating parts of the drive part and the hydraulic rotor 2 by an identical sequence of the electric motor of the turntable, by inserting the drive pinion 31 into the ring gear 24 and subsequently changing the flow cross section of the control valve 4.

Claims

Hydraulic clutch with continuous torque change consisting of a hydraulic rotor assembly and a drive part characterized in that its hydraulic rotor (2) is formed from a cage (25) which is rigidly connected to the ring gear (24) and the synchronizing gear (38) wherein a cage (25) rotatably supports a pinion of pinion (22) which bears against the gear (21), in which case the peripheral channel (200) is connected through the through holes (201) to the manifold (41) to which it is connected connected to the control valve (4), and that the connecting pipe (42) emerging therefrom flows through an inlet channel (39) formed in the right side portion (299) of the drive body (3) into the partition (29), 299) and the left side parts (298) comprise seated elements of the splined shaft (32), and further that its driving part (3) is formed such that its splined shaft (32) is slid a drive pinion (31), the rear part of which is supported by the left piston (37D), is supported by a left spring (34), which at the same time bears against the face of the synchronizing ring (33) slidingly mounted on the splined shaft ( 32) and the right spring (35) that abuts the rear of the synchronizing ring (33) is further supported by a push ring (36) which is also slidably mounted on the splined shaft (32) and against which the right piston (372) abuts.