1盤(pán)車(chē)裝置概述

汽輪機(jī)盤(pán)車(chē)裝置的主要功能是在機(jī)組啟動(dòng)前或停機(jī)后用來(lái)盤(pán)動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)組的軸系。汽輪機(jī)在啟動(dòng)沖轉(zhuǎn)前就要投入盤(pán)車(chē)裝置,使軸系轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)。機(jī)組停機(jī)后,由于汽缸及通流部分上、下之間存在溫差,轉(zhuǎn)子在這種不均勻溫度場(chǎng)中,將因受熱不均勻而產(chǎn)生彎曲。為避免這種現(xiàn)象的產(chǎn)生,在汽輪機(jī)停機(jī)時(shí),必須自動(dòng)投入盤(pán)車(chē)裝置,讓轉(zhuǎn)子繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng),使轉(zhuǎn)子周?chē)臏囟葓?chǎng)均勻,直到汽缸的金屬溫度降至150℃以下為止。

2盤(pán)車(chē)裝置分類(lèi)

盤(pán)車(chē)裝置有低速盤(pán)車(chē)和高速盤(pán)車(chē)之分,高速盤(pán)車(chē)能在汽輪發(fā)電機(jī)各軸承建立起較完整的潤(rùn)滑油膜,可以避免頂軸裝置長(zhǎng)期投運(yùn),但盤(pán)車(chē)轉(zhuǎn)速選擇太高,要相應(yīng)增大盤(pán)車(chē)電動(dòng)機(jī)的容量:低速盤(pán)車(chē)各軸承處于邊界潤(rùn)滑條件下工作,低速盤(pán)車(chē)的電動(dòng)機(jī)容量較小,低速盤(pán)車(chē)過(guò)程中頂軸裝置應(yīng)始終投運(yùn),現(xiàn)國(guó)內(nèi)外大多數(shù)機(jī)組采用低速盤(pán)車(chē)裝置。盤(pán)車(chē)齒輪投入嚙合型式有切向中分面下嚙合、切向頂部嚙合及軸向嚙合。

高速盤(pán)車(chē)是指汽輪發(fā)電機(jī)組各軸承在盤(pán)車(chē)轉(zhuǎn)速下能建立起比較完整的潤(rùn)滑油膜,以減小摩擦阻力。為達(dá)到此目的,通常要求軸頸的圓周速度>0.5m/s。

給水泵汽輪機(jī)小機(jī)由于需要拖動(dòng)給水泵,啟動(dòng)扭矩大,要求盤(pán)車(chē)裝置在機(jī)組啟動(dòng)前將汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子主軸盤(pán)起到100r/min,然后在機(jī)組沖轉(zhuǎn)時(shí)快速脫開(kāi)。

3高速大扭矩盤(pán)車(chē)裝置的設(shè)計(jì)

高速大扭矩盤(pán)車(chē)裝置的主要技術(shù)要求:

電機(jī)功率:55kw。

啟動(dòng)扭矩:5000N·m。

轉(zhuǎn)速:100r/min(對(duì)應(yīng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速)。

控制模式:

(1)全自動(dòng)模式一盤(pán)車(chē)裝置接收DCS的全自動(dòng)盤(pán)車(chē)信號(hào),盤(pán)車(chē)裝置自動(dòng)判斷零轉(zhuǎn)速信號(hào)、潤(rùn)滑油壓低信號(hào)、頂軸油信號(hào)等是否滿(mǎn)足盤(pán)車(chē)運(yùn)行條件,自動(dòng)執(zhí)行拔銷(xiāo)、齒輪嚙合、盤(pán)車(chē)進(jìn)行等功能。

(2)準(zhǔn)自動(dòng)模式一盤(pán)車(chē)裝置接收DCS的準(zhǔn)自動(dòng)盤(pán)車(chē)信號(hào),按動(dòng)就地或控制室的"運(yùn)行"按鈕,自動(dòng)執(zhí)行拔銷(xiāo)、齒輪嚙合、盤(pán)車(chē)進(jìn)行等功能。

(3)手動(dòng)模式一該模式下,DCS控制信號(hào)不起作用,僅就地按鈕有效。自動(dòng)執(zhí)行拔銷(xiāo)、齒輪嚙合等功能。盤(pán)車(chē)嚙合到位,按就地"運(yùn)行"鈕,啟動(dòng)盤(pán)車(chē)裝置進(jìn)行連續(xù)盤(pán)車(chē)。盤(pán)車(chē)結(jié)束時(shí),按"急停"按鈕,盤(pán)車(chē)齒輪自動(dòng)退出嚙合位置、保護(hù)插銷(xiāo)到位,盤(pán)車(chē)停止。

(4)點(diǎn)動(dòng)模式一該模式下,DCs控制信號(hào)不起作用,僅就地按鈕有效。工作過(guò)程與手動(dòng)模式基本相同,區(qū)別是,按就地"運(yùn)行"鈕,盤(pán)車(chē)裝置點(diǎn)動(dòng)運(yùn)行,以滿(mǎn)足機(jī)組各種工況的要求。

(5)純手動(dòng)模式一該模式為現(xiàn)場(chǎng)失去動(dòng)力電,采用手柄盤(pán)動(dòng)盤(pán)車(chē)裝置。

3.1盤(pán)車(chē)裝置的基本組成

高速大扭矩徑向嚙合齒式盤(pán)車(chē)裝置主要由電機(jī)、聯(lián)軸器、電機(jī)支架、箱體、機(jī)械限位機(jī)構(gòu)、螺傘齒輪組、傳動(dòng)齒輪組、定位銷(xiāo)、嚙合機(jī)構(gòu)、安全銷(xiāo)鎖定機(jī)構(gòu)以及盤(pán)車(chē)控制柜組成。

電機(jī)為整個(gè)盤(pán)車(chē)裝置提供動(dòng)力源,由于盤(pán)車(chē)裝置啟動(dòng)扭矩大,因此采用了變頻器。變頻器在盤(pán)車(chē)嚙合過(guò)程中能夠精確控制盤(pán)車(chē)嚙合齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)角度,避免了盤(pán)車(chē)裝置嚙合過(guò)程中的"打齒"現(xiàn)象。同時(shí),變頻器提供了扭矩增量啟動(dòng)模式,以有效滿(mǎn)足盤(pán)車(chē)裝置在啟動(dòng)階段的大扭矩要求。在盤(pán)車(chē)裝置控制系統(tǒng)中,采用PLC控制,電機(jī)能夠平順啟動(dòng),啟動(dòng)速度按變頻器設(shè)定的線性比均勻增加。

聯(lián)軸器用于連接電機(jī)和傳動(dòng)機(jī)構(gòu),采用梅花型彈性聯(lián)軸器,聯(lián)軸器內(nèi)部有彈性體,能有效吸收啟動(dòng)過(guò)程中的沖擊。聯(lián)軸器內(nèi)部的彈性體可以調(diào)整電機(jī)和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的同心度,有利于裝配。

電機(jī)支架與盤(pán)車(chē)箱體合箱加工,保證電機(jī)與傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的同心度。電機(jī)支架由o235焊接組成,能有效支撐電機(jī)。

箱體內(nèi)部裝有盤(pán)車(chē)裝置的螺傘齒輪組、傳動(dòng)齒輪組、嚙合機(jī)構(gòu)、潤(rùn)滑管道等,還有用于安裝傳動(dòng)齒輪及螺傘齒輪組件的軸承以及用于安裝傳動(dòng)齒輪組件的組合側(cè)板。箱體下部與汽輪機(jī)軸承座連接,支撐整個(gè)盤(pán)車(chē)裝置。電機(jī)通過(guò)聯(lián)軸器與盤(pán)車(chē)裝置的輸入齒輪組(螺傘齒輪組)連接,螺傘齒輪傳動(dòng)效率高,且運(yùn)行平穩(wěn)。大螺傘齒輪經(jīng)小齒輪軸與傳動(dòng)齒輪組連接,傳動(dòng)齒輪組中的惰齒輪與汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子上的大齒輪嚙合。大螺傘齒輪在電機(jī)帶動(dòng)下轉(zhuǎn)動(dòng),帶動(dòng)小齒輪轉(zhuǎn)動(dòng),小齒輪與惰齒輪嚙合,帶動(dòng)惰齒輪轉(zhuǎn)動(dòng),惰齒輪與汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子大齒輪嚙合帶動(dòng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)。傳動(dòng)齒輪組采用直齒輪,在嚙合機(jī)構(gòu)的帶動(dòng)下完成與汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子大齒輪的嚙合與脫開(kāi)。

傳動(dòng)機(jī)構(gòu)由齒輪右側(cè)支架、小齒輪旋轉(zhuǎn)軸、小齒輪、齒輪左側(cè)支架、大螺傘齒輪、小齒輪軸壓板、前軸承座、撥叉受力銷(xiāo)軸和后軸承座等組成。小齒輪通過(guò)平鍵與小齒輪軸連接,大螺傘齒輪通過(guò)平鍵與小齒輪軸連接,齒輪右側(cè)支架和齒輪左側(cè)支架通過(guò)軸承安裝在小齒輪軸上,軸承裝有擋圈,齒輪左、右側(cè)支架通過(guò)3個(gè)定位銷(xiāo)軸固定其間距,定位銷(xiāo)軸左右兩側(cè)通過(guò)螺釘固定在齒輪左、右側(cè)板上。惰齒輪軸通過(guò)螺釘和惰齒輪板固定在齒輪左、右側(cè)板上,惰齒輪通過(guò)軸承安裝在惰齒輪軸上,并與小齒輪嚙合。小齒輪旋轉(zhuǎn)軸上裝有軸承,通過(guò)小齒輪軸左壓板和小齒輪軸右壓板及其上邊的螺栓將其固定,分別安裝在左軸承座和右軸承座上。左、右軸承座通過(guò)上面的螺栓安裝在盤(pán)車(chē)箱體上。

盤(pán)車(chē)嚙合機(jī)構(gòu)上面的嚙合氣缸通過(guò)氣缸耳環(huán)和安裝座固定在盤(pán)車(chē)裝置箱體的一側(cè),氣缸活塞桿通過(guò)撥叉氣缸連接桿與撥叉旋轉(zhuǎn)板相連。撥叉旋轉(zhuǎn)板上的內(nèi)花鍵和撥叉軸上的外花鍵配合連接在一起,撥叉軸通過(guò)兩個(gè)軸承支撐固定在箱體的兩個(gè)側(cè)面,撥叉軸的精確定位靠?jī)蓚€(gè)軸承臺(tái)階完成。內(nèi)撥叉件與撥叉軸通過(guò)內(nèi)外花鍵連接,在撥叉軸帶動(dòng)下轉(zhuǎn)動(dòng),內(nèi)撥叉件的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)盤(pán)車(chē)嚙合齒輪組件沿著固定中心轉(zhuǎn)動(dòng),從而完成與汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子齒輪的嚙合與脫開(kāi)。

3.2盤(pán)車(chē)功能的實(shí)現(xiàn)

全自動(dòng)盤(pán)車(chē)實(shí)現(xiàn)過(guò)程:當(dāng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子需要盤(pán)車(chē)時(shí),盤(pán)車(chē)控制系統(tǒng)接收全自動(dòng)盤(pán)車(chē)指令,此時(shí)鎖定銷(xiāo)氣缸電磁閥得電,氣源經(jīng)鎖定銷(xiāo)氣缸的進(jìn)氣口A進(jìn)入氣缸,氣缸活塞帶動(dòng)鎖定銷(xiāo)塊快速縮回到相應(yīng)位置,完成盤(pán)車(chē)裝置的解鎖。同時(shí)磁性開(kāi)關(guān)被激活,向DCs發(fā)出盤(pán)車(chē)解鎖信號(hào),控制系統(tǒng)接收到磁性開(kāi)關(guān)的邏輯非信號(hào),嚙合條件滿(mǎn)足,嚙合氣缸電磁閥得電,壓縮空氣經(jīng)調(diào)速閥進(jìn)入氣缸,通過(guò)調(diào)速閥調(diào)節(jié)進(jìn)氣速度,氣缸活塞桿緩慢收縮,帶動(dòng)撥叉旋轉(zhuǎn)板順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng),由于撥叉軸和撥叉旋轉(zhuǎn)板通過(guò)花鍵鏈接,故撥叉軸也順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng),此時(shí)內(nèi)撥叉件在撥叉軸的帶動(dòng)下順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng),從而帶動(dòng)盤(pán)車(chē)嚙合齒輪組件與汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子齒輪嚙合。當(dāng)嚙合到位時(shí),撥叉旋轉(zhuǎn)板正好壓在機(jī)械限位螺母上,防止齒輪的過(guò)嚙合。盤(pán)車(chē)控制系統(tǒng)接收到嚙合到位信號(hào)后盤(pán)車(chē)控制系統(tǒng)發(fā)出啟動(dòng)指令,盤(pán)車(chē)裝置開(kāi)始運(yùn)行。當(dāng)汽輪機(jī)準(zhǔn)備沖轉(zhuǎn)時(shí),汽輪機(jī)調(diào)門(mén)開(kāi)啟,汽輪機(jī)MEH發(fā)出Go信號(hào)給盤(pán)車(chē)控制系統(tǒng),盤(pán)車(chē)脫開(kāi)條件滿(mǎn)足,壓縮空氣經(jīng)調(diào)速閥進(jìn)入嚙合氣缸,活塞桿快速伸出,帶動(dòng)撥叉旋轉(zhuǎn)板逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng),在撥叉軸的帶動(dòng)下,內(nèi)撥叉件帶動(dòng)嚙合齒輪組件快速脫開(kāi)。脫開(kāi)到位后,氣缸上的磁性開(kāi)關(guān)發(fā)出盤(pán)車(chē)已脫開(kāi)信號(hào)至盤(pán)車(chē)控制系統(tǒng)。此時(shí)盤(pán)車(chē)裝置的鎖定銷(xiāo)氣缸電磁閥失電,氣源經(jīng)鎖定銷(xiāo)氣缸的進(jìn)氣口B進(jìn)入氣缸,氣缸活塞帶動(dòng)鎖定銷(xiāo)塊快速伸出到相應(yīng)位置,完成盤(pán)車(chē)裝置的鎖定。

4結(jié)語(yǔ)

高速大扭矩徑向嚙合齒式盤(pán)車(chē)裝置采用兩級(jí)齒輪傳動(dòng),結(jié)構(gòu)緊湊:變頻器的使用使盤(pán)車(chē)在嚙合過(guò)程中能夠自動(dòng)進(jìn)行精確的嚙合位置調(diào)整:同時(shí)采用變頻器的扭矩增量模式使得盤(pán)車(chē)裝置啟動(dòng)扭矩大,啟動(dòng)過(guò)程平順,沒(méi)有沖擊。

本次設(shè)計(jì)的盤(pán)車(chē)裝置已經(jīng)成功應(yīng)用于上海汽輪機(jī)小機(jī)雷州項(xiàng)目、萊州項(xiàng)目、東營(yíng)項(xiàng)目等多個(gè)項(xiàng)目。