王濤　盧平

摘? 要：文章介紹了一種汽輪機盤車裝置中采用的自動盤車離合器的結(jié)構(gòu)、工作原理及其運行過程。自動離合器沒有棘輪、棘齒結(jié)構(gòu)，與汽輪機轉(zhuǎn)子不同軸，結(jié)構(gòu)緊湊，傳遞載荷大，能夠自動嚙合、純機械自動脫開，安全可靠，具有廣泛的借鑒參考意義。

關(guān)鍵詞：汽輪機;盤車;自動嚙合;自動脫開;離合器

中圖分類號：TM311 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2019）34-0050-02

Abstract： This paper introduces the structure， working principle and operation process of an automatic turning clutch used in a steam turbine turning device. Automatic clutch has no ratchet or ratchet structure， is different from steam turbine rotor shaft， has a compact structure， large transfer load， automatic meshing， pure mechanical automatic detachment， safe and reliable， thereby has a wide range of reference significance.

Keywords： steam turbine; turning; automatic meshing; automatic release; clutch

引言

盤車裝置是保證汽輪機發(fā)電機組安全的重要設(shè)備，在啟動預(yù)熱階段和停機后，汽缸內(nèi)上、下部蒸汽存在溫度或局部溫度不均，為使汽輪機轉(zhuǎn)子受熱均勻，防止汽輪機轉(zhuǎn)子因溫差發(fā)生彎曲事故，需要配置盤車裝置驅(qū)動轉(zhuǎn)子持續(xù)轉(zhuǎn)動。因汽輪機轉(zhuǎn)子價值很高，發(fā)生彎曲事故損失很大，因而盤車裝置的安全、穩(wěn)定、可靠就非常重要。

從實際的工程經(jīng)驗來看，盤車裝置最容易出現(xiàn)的故障就是盤車裝置的嚙合和脫開的過程。能實現(xiàn)盤車裝置的自動嚙合和自動安全脫開的自動離合器是非常必要的。

本文介紹一種在多個百萬千萬級汽輪發(fā)電機組中使用的，能夠?qū)崿F(xiàn)盤車裝置穩(wěn)定可靠地自動嚙合和脫開的全自動低速重載離合器。

1 盤車裝置簡介

盤車裝置布置于汽輪發(fā)電機組機頭側(cè)的前軸承箱內(nèi)，主要由盤車電機、離合器，盤車大齒輪等部件組成。盤車大齒輪套裝在汽輪機高壓轉(zhuǎn)子的前端與轉(zhuǎn)子組成一體隨轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動;離合器的主軸與轉(zhuǎn)子平行布置，離合器上的盤車小齒輪可相對離合器主軸軸向運動，實現(xiàn)盤車的嚙合和脫開;盤車采用電機驅(qū)動，盤車電機臥式布置于箱體外側(cè)，并與離合器的主軸垂直布置，結(jié)構(gòu)緊湊，如圖1所示。

2 離合器的結(jié)構(gòu)

離合器主要由主軸（帶螺旋花鍵槽）、小齒輪、定相齒輪、蝸輪蝸桿、軸承、電磁閥、位置傳感器等零部件組成。與盤車電機相連的蝸輪將電機動力通過蝸桿傳遞至主軸，主軸通過小齒輪傳遞至盤車大齒輪，驅(qū)動汽輪發(fā)電機組轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動。離合器同時具有減速的作用，通過蝸輪、蝸桿和小齒輪、大齒輪的齒數(shù)比設(shè)置，將盤車電機轉(zhuǎn)速750RPM減至盤車轉(zhuǎn)速8RPM。離合器結(jié)構(gòu)如圖2所示。

小齒輪外徑齒與盤車大齒輪外徑齒配合，定相齒輪緊固在小齒輪與盤車大齒輪初始嚙合的區(qū)域，三者均為直齒。初始嚙合區(qū)域在離合器嚙合時需要承受沖擊載荷，定相齒輪使用較軟材質(zhì)，可保護盤車大齒輪，定相齒輪的存在同時也可以保護小齒輪。定相齒輪尺寸較小，且更換易操作，更換成本也相對更換盤車大齒輪和小齒輪低。

小齒輪內(nèi)徑與主軸外徑為螺旋花鍵配合結(jié)構(gòu)。當小齒輪外側(cè)與盤車大齒輪少量或全部嚙合時，如果存在轉(zhuǎn)速差，小齒輪將相對主軸旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)的同時小齒輪將沿主軸軸線方向運動。

主軸靠近蝸輪側(cè)設(shè)有嚙合用供油口，電磁閥通電后供油進入小齒輪左端部與主軸凸出結(jié)構(gòu)組成的腔室A，用于推動小齒輪軸向運動。

主軸中心孔能夠持續(xù)供油。供油至主軸與小齒輪之間的腔室B能夠潤滑螺旋花鍵，推動小齒輪軸向運動，脫開時使小齒輪保持在脫開位置。供油至腔室C能夠吸收完全嚙合時的沖擊。嚙合用供油和中心孔能持續(xù)供油為同一油源，具有相同的油壓。

在嚙合和脫開的位置均設(shè)有位置傳感器，可遠程監(jiān)測離合器“嚙合”或“脫開”的狀態(tài)，結(jié)合盤車裝置的控制系統(tǒng)，可實現(xiàn)盤車的自動化控制。

3 離合器的工作原理

根據(jù)離合器工作的受力情況，可將其分為4個過程。

3.1 脫開至初始嚙合

電磁閥通電使腔室A進油，因腔室A面積大于腔室B，腔室A對小齒輪向右（圖2中所示的右側(cè)，下文左、右均按相同參照）的軸向力大于腔室B對小齒輪向左的軸向力，在二力差值的作用下小齒輪向右運動。小齒輪右移離開腔室A之前，小齒輪上的定相齒輪已經(jīng)與盤車大齒輪實現(xiàn)初始嚙合。

3.2 初始嚙合至完全嚙合

初始嚙合后，小齒輪與盤車大齒輪具有相同的等效轉(zhuǎn)速（零或者小于等效盤車轉(zhuǎn)速），盤車主軸轉(zhuǎn)速等于等效盤車轉(zhuǎn)速，即主軸的轉(zhuǎn)速大于小齒輪轉(zhuǎn)速，且小齒輪與大齒輪為直齒，可軸向運動，此時主軸和小齒輪螺旋花鍵配合處，主軸對小齒輪的使小齒輪向右運動的力矩T1大于小齒輪對主軸的力矩T2，小齒輪向右運動，直至T1=T2，達到盤車轉(zhuǎn)速。

3.3 完全嚙合至脫開

完全嚙合至脫開的過程與初始嚙合至完全嚙合過程相反。當汽輪機沖轉(zhuǎn)，汽輪機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速（即盤車大齒輪轉(zhuǎn)速）超過盤車轉(zhuǎn)速，主軸和小齒輪螺旋花鍵配合處，小齒輪對主軸的使小齒輪向左運動的力矩T2大于主軸對小齒輪的力矩T1，小齒輪沿軸向向左運動直至脫開。

3.4 脫開后

小齒輪完全脫開后，在腔室B油壓力的作用下繼續(xù)向左運動，腔室B的油壓同時能使小齒輪保持在脫開位置，防止小齒輪與高速旋轉(zhuǎn)的盤車大齒輪碰擦發(fā)生損壞事故。

4 盤車裝置運行簡述

選擇啟動盤車后，控制系統(tǒng)判斷汽輪機轉(zhuǎn)速是否大于盤車轉(zhuǎn)速8RPM，汽輪機轉(zhuǎn)速小于盤車轉(zhuǎn)速且為零，電磁閥通電使盤車嚙合然后啟動盤車電機，持續(xù)盤車。汽輪機轉(zhuǎn)速大于盤車轉(zhuǎn)速則先啟動電機，等到汽輪機轉(zhuǎn)速降到盤車轉(zhuǎn)速后電磁閥通電使盤車嚙合。持續(xù)盤車后，汽輪機準備好在加速超過盤車轉(zhuǎn)速后脫離。若不再盤車，離合器脫開后，切斷盤車電機，盤車處于備用狀態(tài);若還需盤車，則選擇啟動盤車，將判定小齒輪是否脫離嚙合，如已經(jīng)脫離嚙合，則等到汽輪機轉(zhuǎn)速降到盤車轉(zhuǎn)速后電磁閥通電使盤車重新嚙合，如未脫離嚙合，則繼續(xù)盤車，直至汽輪機加速脫開（圖3）。

5 離合器的嚙合過程

5.1 啟動前的嚙合過程

汽輪機發(fā)電機組啟動前，汽輪機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速為零。

5.1.1 當盤車系統(tǒng)收到啟動盤車的指令后，判定轉(zhuǎn)速為零后，電磁閥通電，使供油進入腔室A，使小齒輪朝與盤車大齒輪嚙合的方向作運動。

5.1.2 當小齒輪軸向運動至即將離開腔室A時，小齒輪上的定相齒輪與盤車大齒輪已嚙合。

5.1.3 盤車電動機啟動。

5.1.4 離合器部分嚙合后，位置傳感器反饋信息，控制系統(tǒng)切斷電磁閥，腔室A油壓消失。

5.1.5 主軸旋轉(zhuǎn)，使小齒輪繼續(xù)軸向運動直至完全嚙合。小齒輪和主軸相對靜止，帶動汽輪機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，保持盤車狀態(tài)。

5.2 停機后的嚙合過程

停機后，汽輪機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速持續(xù)降低，當達到設(shè)定的盤車轉(zhuǎn)速時，盤車裝置離合器能夠自動嚙合。

5.2.1 在汽輪機轉(zhuǎn)速高于盤車轉(zhuǎn)速時，選擇啟動盤車指令。轉(zhuǎn)速監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測汽輪機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，啟動盤車電機。

5.2.2 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速降至設(shè)定的盤車轉(zhuǎn)速后，電磁閥接通，內(nèi)部油壓使小齒輪朝與盤車大齒輪嚙合的方向軸向運動。

5.2.3 離合器部分嚙合后，位置傳感器反饋信息。

5.2.4 主軸旋轉(zhuǎn)，且轉(zhuǎn)速大于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，控制系統(tǒng)切斷電磁閥，內(nèi)部油壓消失。小齒輪繼續(xù)軸向運動直至完全嚙合。小齒輪和主軸相對靜止，帶動汽輪機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，保持盤車狀態(tài)。

6 離合器的脫開過程

離合器的脫開是全自動的機械動作，不需要控制系統(tǒng)操作。

（1）汽輪啟動后，在蒸汽作用下，盤車大齒輪的轉(zhuǎn)速大于盤車輸入轉(zhuǎn)速，因螺旋花鍵結(jié)構(gòu)，盤車大齒輪對小齒輪有反向力，使小齒輪向脫開方向軸向運動。（2）主軸中心孔向腔室B的供油使小齒輪運動至完全脫離位置，供油同時能避免小齒輪軸向運動至與盤車大齒輪接觸，保證盤車裝置的安全。（3）位置傳感器顯示完全脫開，汽輪機可以加速沖轉(zhuǎn)。（4）主控室下達取消盤車指令，盤車電機停止。

7 結(jié)束語

盤車裝置的自動離合器已在多個百萬千瓦級汽輪機發(fā)電機組中實際應(yīng)用，效果良好。自動離合器結(jié)構(gòu)緊湊，傳遞載荷大，能夠自動嚙合、純機械自動脫開，易損件更換成本低，結(jié)構(gòu)合理，安全可靠，工作原理先進，在相關(guān)工程領(lǐng)域具有廣泛的借鑒參考意義。

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