高速大扭矩径向啮合齿式盘车装置的设计

1盘车装置概述

汽轮机盘车装置的主要功能是在机组启动前或停机后用来盘动汽轮发电机组的轴系。汽轮机在启动冲转前就要投入盘车装置,使轴系转动起来。机组停机后,由于汽缸及通流部分上、下之间存在温差,转子在这种不均匀温度场中,将因受热不均匀而产生弯曲。为避免这种现象的产生,在汽轮机停机时,必须自动投入盘车装置,让转子继续转动,使转子周围的温度场均匀,直到汽缸的金属温度降至150℃以下为止。

2盘车装置分类

盘车装置有低速盘车和高速盘车之分,高速盘车能在汽轮发电机各轴承建立起较完整的润滑油膜,可以避免顶轴装置长期投运,但盘车转速选择太高,要相应增大盘车电动机的容量:低速盘车各轴承处于边界润滑条件下工作,低速盘车的电动机容量较小,低速盘车过程中顶轴装置应始终投运,现国内外大多数机组采用低速盘车装置。盘车齿轮投入啮合型式有切向中分面下啮合、切向顶部啮合及轴向啮合。

高速盘车是指汽轮发电机组各轴承在盘车转速下能建立起比较完整的润滑油膜,以减小摩擦阻力。为达到此目的,通常要求轴颈的圆周速度>0.5m/s。

给水泵汽轮机小机由于需要拖动给水泵,启动扭矩大,要求盘车装置在机组启动前将汽轮机转子主轴盘起到100r/min,然后在机组冲转时快速脱开。

3高速大扭矩盘车装置的设计

高速大扭矩盘车装置的主要技术要求:

电机功率:55kw。

启动扭矩:5000N·m。

转速:100r/min(对应汽轮机转子转速)。

控制模式:

(1)全自动模式一盘车装置接收DCS的全自动盘车信号,盘车装置自动判断零转速信号、润滑油压低信号、顶轴油信号等是否满足盘车运行条件,自动执行拔销、齿轮啮合、盘车进行等功能。

(2)准自动模式一盘车装置接收DCS的准自动盘车信号,按动就地或控制室的"运行"按钮,自动执行拔销、齿轮啮合、盘车进行等功能。

(3)手动模式一该模式下,DCS控制信号不起作用,仅就地按钮有效。自动执行拔销、齿轮啮合等功能。盘车啮合到位,按就地"运行"钮,启动盘车装置进行连续盘车。盘车结束时,按"急停"按钮,盘车齿轮自动退出啮合位置、保护插销到位,盘车停止。

(4)点动模式一该模式下,DCs控制信号不起作用,仅就地按钮有效。工作过程与手动模式基本相同,区别是,按就地"运行"钮,盘车装置点动运行,以满足机组各种工况的要求。

(5)纯手动模式一该模式为现场失去动力电,采用手柄盘动盘车装置。

3.1盘车装置的基本组成

高速大扭矩径向啮合齿式盘车装置主要由电机、联轴器、电机支架、箱体、机械限位机构、螺伞齿轮组、传动齿轮组、定位销、啮合机构、安全销锁定机构以及盘车控制柜组成。

电机为整个盘车装置提供动力源,由于盘车装置启动扭矩大,因此采用了变频器。变频器在盘车啮合过程中能够精确控制盘车啮合齿轮的转动角度,避免了盘车装置啮合过程中的"打齿"现象。同时,变频器提供了扭矩增量启动模式,以有效满足盘车装置在启动阶段的大扭矩要求。在盘车装置控制系统中,采用PLC控制,电机能够平顺启动,启动速度按变频器设定的线性比均匀增加。

联轴器用于连接电机和传动机构,采用梅花型弹性联轴器,联轴器内部有弹性体,能有效吸收启动过程中的冲击。联轴器内部的弹性体可以调整电机和传动机构的同心度,有利于装配。

电机支架与盘车箱体合箱加工,保证电机与传动机构的同心度。电机支架由o235焊接组成,能有效支撑电机。

箱体内部装有盘车装置的螺伞齿轮组、传动齿轮组、啮合机构、润滑管道等,还有用于安装传动齿轮及螺伞齿轮组件的轴承以及用于安装传动齿轮组件的组合侧板。箱体下部与汽轮机轴承座连接,支撑整个盘车装置。电机通过联轴器与盘车装置的输入齿轮组(螺伞齿轮组)连接,螺伞齿轮传动效率高,且运行平稳。大螺伞齿轮经小齿轮轴与传动齿轮组连接,传动齿轮组中的惰齿轮与汽轮机转子上的大齿轮啮合。大螺伞齿轮在电机带动下转动,带动小齿轮转动,小齿轮与惰齿轮啮合,带动惰齿轮转动,惰齿轮与汽轮机转子大齿轮啮合带动汽轮机转子转动。传动齿轮组采用直齿轮,在啮合机构的带动下完成与汽轮机转子大齿轮的啮合与脱开。

传动机构由齿轮右侧支架、小齿轮旋转轴、小齿轮、齿轮左侧支架、大螺伞齿轮、小齿轮轴压板、前轴承座、拨叉受力销轴和后轴承座等组成。小齿轮通过平键与小齿轮轴连接,大螺伞齿轮通过平键与小齿轮轴连接,齿轮右侧支架和齿轮左侧支架通过轴承安装在小齿轮轴上,轴承装有挡圈,齿轮左、右侧支架通过3个定位销轴固定其间距,定位销轴左右两侧通过螺钉固定在齿轮左、右侧板上。惰齿轮轴通过螺钉和惰齿轮板固定在齿轮左、右侧板上,惰齿轮通过轴承安装在惰齿轮轴上,并与小齿轮啮合。小齿轮旋转轴上装有轴承,通过小齿轮轴左压板和小齿轮轴右压板及其上边的螺栓将其固定,分别安装在左轴承座和右轴承座上。左、右轴承座通过上面的螺栓安装在盘车箱体上。

盘车啮合机构上面的啮合气缸通过气缸耳环和安装座固定在盘车装置箱体的一侧,气缸活塞杆通过拨叉气缸连接杆与拨叉旋转板相连。拨叉旋转板上的内花键和拨叉轴上的外花键配合连接在一起,拨叉轴通过两个轴承支撑固定在箱体的两个侧面,拨叉轴的精确定位靠两个轴承台阶完成。内拨叉件与拨叉轴通过内外花键连接,在拨叉轴带动下转动,内拨叉件的转动带动盘车啮合齿轮组件沿着固定中心转动,从而完成与汽轮机转子齿轮的啮合与脱开。

3.2盘车功能的实现

全自动盘车实现过程:当汽轮机转子需要盘车时,盘车控制系统接收全自动盘车指令,此时锁定销气缸电磁阀得电,气源经锁定销气缸的进气口A进入气缸,气缸活塞带动锁定销块快速缩回到相应位置,完成盘车装置的解锁。同时磁性开关被激活,向DCs发出盘车解锁信号,控制系统接收到磁性开关的逻辑非信号,啮合条件满足,啮合气缸电磁阀得电,压缩空气经调速阀进入气缸,通过调速阀调节进气速度,气缸活塞杆缓慢收缩,带动拨叉旋转板顺时针转动,由于拨叉轴和拨叉旋转板通过花键链接,故拨叉轴也顺时针转动,此时内拨叉件在拨叉轴的带动下顺时针转动,从而带动盘车啮合齿轮组件与汽轮机转子齿轮啮合。当啮合到位时,拨叉旋转板正好压在机械限位螺母上,防止齿轮的过啮合。盘车控制系统接收到啮合到位信号后盘车控制系统发出启动指令,盘车装置开始运行。当汽轮机准备冲转时,汽轮机调门开启,汽轮机MEH发出Go信号给盘车控制系统,盘车脱开条件满足,压缩空气经调速阀进入啮合气缸,活塞杆快速伸出,带动拨叉旋转板逆时针转动,在拨叉轴的带动下,内拨叉件带动啮合齿轮组件快速脱开。脱开到位后,气缸上的磁性开关发出盘车已脱开信号至盘车控制系统。此时盘车装置的锁定销气缸电磁阀失电,气源经锁定销气缸的进气口B进入气缸,气缸活塞带动锁定销块快速伸出到相应位置,完成盘车装置的锁定。

4结语

高速大扭矩径向啮合齿式盘车装置采用两级齿轮传动,结构紧凑:变频器的使用使盘车在啮合过程中能够自动进行精确的啮合位置调整:同时采用变频器的扭矩增量模式使得盘车装置启动扭矩大,启动过程平顺,没有冲击。

本次设计的盘车装置已经成功应用于上海汽轮机小机雷州项目、莱州项目、东营项目等多个项目。