一种燃蒸联合循环发电机组大功率同步自动离合器的制作方法

1.本发明属于离合器技术领域，具体涉及一种燃蒸联合循环发电机组大功率同步自动离合器。


背景技术：

2.以洁净天然气为燃料的燃气轮机发电具有污染小、启动快、受地理条件限制小、施工工期短、造价稳定等诸多优点，集中式燃气轮机发电通常为燃气-蒸汽联合循环形式。燃气-蒸汽联合循环机组按轴系布置方式来分类，主要有单轴布置：燃气轮机和汽轮机同时驱动一台发电机，有一根轴系；多轴布置：燃气轮机、汽轮机分别各驱动一台发电机，有两根轴系。单轴式燃-蒸联合循环发电机组多用于电网调峰，机组两班制运行。该类型机组轴系联接结构为燃气轮机-汽轮机-发电机，机组间为刚性联接，汽轮机依靠余热锅炉回收燃气轮机排气的热量来提供动力。当燃气轮机运行驱动发电机发电时，余热锅炉回收燃气轮机排出的烟气余热，为汽轮机提供动力，燃气轮机与汽轮机并车，共同驱动发电机发电，起到了余热回收利用的效果，提高了机组效率。
3.单轴式燃-蒸联合循环发电机组存在以下一些问题。首先：由于燃气轮机、汽轮机、发电机为刚性联接，机组启动过程中，燃气轮机需要拖动汽轮机空转，使燃气轮机启动困难，为此需配置辅助锅炉，在机组启动时通过辅助锅炉的蒸汽驱动汽轮机与燃气轮机一起启动，辅助锅炉增加了设备投资。其次：在蒸汽系统或汽轮机出现故障时，机组无法分离汽轮机，燃气轮机仍需拖动汽轮机空转，造成能源浪费，而且汽轮机也不能停机检修。
4.同步自动离合器是一种依靠输入、输出端转速变化而自动接合、脱开的高功率密度、高可靠性的齿式离合器，已广泛应用于舰船、冶金、化工、发电等传动领域。同步自动离合器能够实现动力装置的在线投入、退出，尤其是在双动力系统中，可提高机组运行灵活性。可在燃-蒸联合循环发电机组中汽轮机与发电机之间安装一台同步自动离合器，汽轮机能够单独启动和停机，实现汽轮机在线“投入”或“退出”，使机组启动更快、运行更加灵活。但目前国内同步自动离合器产品最大功率仅为25mw，无法满足燃-蒸联合循环发电机组离合器传递150mw以上功率的使用要求。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供可实现在燃气轮机运行时汽轮机的单独启动和停机，提高燃-蒸单轴联合循环机组运行的灵活性的一种燃蒸联合循环发电机组大功率同步自动离合器。
6.一种燃蒸联合循环发电机组大功率同步自动离合器，包括输入组件、滑移组件、输出组件；所述输出组件上制有棘轮和主内驱动齿；所述滑移组件上制有主外驱动齿和棘爪；
7.所述滑移组件包括主滑移组件、次滑移组件；所述主滑移组件与输入组件通过主螺旋花键副套接；所述次滑移组件与主滑移组件通过次螺旋花键副套接；所述主滑移组件底部开设有次滑移组件接合定位槽，次滑移组件接合定位槽位于次螺旋花键副末端后方；
所述棘爪位于次滑移组件前端，在次滑移组件末端设有次外驱动齿；所述主外驱动齿位于主滑移组件上；所述输出组件下部设有轴向加长部，轴向加长部延伸至次滑移组件接合定位槽前方，在轴向加长部末端设有次内驱动齿；
8.离合器处于脱开状态时，输出组件处于某一转速点，次滑移组件、主滑移组件与输入组件转速相同处于某一低于输出组件转速的转速点；
9.当输入组件转速有超越输出组件转速的趋势时，输出组件上的棘轮与次滑移组件上的棘爪棘合，次滑移组件在次螺旋花键副的作用下轴向移动；当次滑移组件轴向移动至次外驱动齿与次内驱动齿端面重合位置时，棘轮与棘爪仍然棘合；当次滑移组件轴向移动至棘轮与棘爪轴向分离位置时，次外驱动齿与次内驱动齿一侧齿面贴合；当次滑移组件轴向移动至次滑移组件接合定位槽的末端时，次滑移组件与主滑移组件一起在主螺旋花键副的作用下轴向移动；当主滑移组件与次滑移组件一起轴向运动至主外驱动齿与主内驱动齿端面重合位置时，次外驱动齿仍与次内驱动齿一侧齿面贴合；当主滑移组件与次滑移组件一起轴向运动至次外驱动齿与次内驱动齿轴向分离位置时，主外驱动齿与主内驱动齿一侧齿面贴合；当主滑移组件与次滑移组件一起轴向运动至与输入组件接触时，主滑移组件与次滑移组件停止运动，此时主外驱动齿仍与主内驱动齿一侧齿面贴合，离合器完成接合动作；
10.当输入组件转速低于输出组件转速时，离合器开始执行脱开动作，脱开动作的运动过程与接合动作的运动过程相反。
11.进一步地，当次滑移组件在次螺旋花键副的作用下轴向移动至次外驱动齿与次内驱动齿端面重合位置时，次外驱动齿与次内驱动齿两侧的齿侧间隙一致为a；当次滑移组件继续轴向移动使次外驱动齿与次内驱动齿一侧齿面贴合时，次外驱动齿与次内驱动齿另一侧的齿侧间隙为2a。
12.进一步地，当主滑移组件与次滑移组件一起轴向运动至主外驱动齿与主内驱动齿端面重合位置时，主外驱动齿与主内驱动齿两侧的齿侧间隙一致为a；当主滑移组件与次滑移组件继续一起轴向运动至主外驱动齿与主内驱动齿一侧齿面贴合时，主外驱动齿与主内驱动齿另一侧的齿侧间隙为2a。
13.进一步地，所述棘轮设计的轴向宽度大于转子热胀量；当轴系转子产生轴向膨胀量时，离合器两端转子的热胀量均由离合器来吸收，在离合器处于脱开状态时，由于棘轮设计的轴向宽度大于转子热胀量，在离合器吸收转子热胀量后，仍不影响棘轮、棘爪的棘合功能。
14.进一步地，在离合器处于接合状态时，离合器吸收转子热胀量后，主内驱动齿与主外驱动齿仍有一定量的啮合宽度，不影响其传扭能力。
15.本发明的有益效果在于：
16.本发明在传统小功率同步自动离合器输入组件、滑移组件、输出组件的基础上增加了一套次滑移组件，形成输入组件、主滑移组件、次滑移组件、输出组件四大部分，使大功率同步自动离合器的接合过程分为两步进行，第二步的主滑移组件滑移为套齿驱动，主滑移组件的尺寸、重量不受限制，离合器可按需求增加传扭部件结构尺寸。加长了离合器内部传扭结构、同步机构长度以适应燃-蒸联合循环发电机组轴系热膨胀量。本发明能适应燃-蒸联合循环发电机组离合器传递更大功率的需求，并能够吸收机组轴系的热膨胀量，提高
蒸单轴联合循环机组，发电机300与汽轮机500之间通过同步自动离合器400联接。燃气轮机200启动至满转速过程中，同步自动离合器400处于脱开状态，汽轮机500不参与启动过程，当燃气轮机200排气参数、余热锅炉100蒸汽参数满足要求时，即可单独启动汽轮机500，汽轮机500升至满转速与发电机300转速同步，同步自动离合器400接合，燃气轮机200与汽轮机500共同驱动发电机300。当蒸汽系统或汽轮机500出现故障时，汽轮机500可单独停机，同步自动离合器400脱开，燃气轮机200仍继续以简单循环模式运行。
40.如图3所示为小功率同步自动离合器的常见结构形式，主要分为输入组件410、滑移组件490、输出组件440。当输入组件410及滑移组件490的转速超越输出组件440转速时，棘爪433与棘轮443棘合，在主螺旋花键副411及棘轮443棘爪433棘合的作用下，滑移组件490开始轴向滑移，所以在棘轮443棘爪433棘合瞬间，二者之间会产生一定的冲击力，冲击力的大小与棘合瞬间输入组件410输出组件440转速差、滑移组件490质量转动惯量大小有关。当同步自动离合器所需传递的功率较大时，主要传递扭矩的输入组件410、滑移组件490、输出组件440的径向尺寸及重量势必都要增大，同步自动离合器接合瞬间，棘轮443棘爪433冲击力将大幅增大，继续使用图3所示的基本结构，已无法保证棘轮443棘爪433的可靠性。
41.为了实现燃-蒸联合循环发电机组更加灵活的运行方式，本发明提供了一种燃蒸联合循环发电机组大功率同步自动离合器400，将大功率同步自动离合器安装于汽轮机与发电机之间，依靠大功率同步自动离合器根据输入端、输出端转速自动接合、脱开的功能，可实现在燃气轮机运行时汽轮机的单独启动和停机，提高了燃-蒸单轴联合循环机组运行的灵活性。
42.本发明在传统小功率同步自动离合器输入组件、滑移组件、输出组件的基础上增加了一套次滑移组件，形成输入组件、主滑移组件、次滑移组件、输出组件四大部分，使大功率同步自动离合器的接合过程分为两步进行，第二步的主滑移组件滑移为套齿驱动，主滑移组件的尺寸、重量不受限制，离合器可按需求增加传扭部件结构尺寸。加长了离合器内部传扭结构、同步机构长度以适应燃-蒸联合循环发电机组轴系热膨胀量。
43.实施例1：
44.本发明提供了一种大功率同步自动离合器技术方案，如图4所示，将同步自动离合器中的滑移组件490分为两个部分，分别为主滑移组件420、次滑移组件430。主滑移组件420与输入组件410通过主螺旋花键副411套接，次滑移组件430与主滑移组件420通过次螺旋花键副431套接。次滑移组件430上制有棘爪433、次外驱动齿432。输出组件440上制有棘轮443、次内驱动齿442、主内驱动齿441。主外驱动齿423位于主滑移组件420上。图5为简化后的关键结构线框图。
45.大功率同步自动离合器处于脱开状态时，输出组件440处于某一转速点，次滑移组件430、主滑移组件420与输入组件410转速相同处于某一低于输出组件440转速的转速点。当输入组件410转速有超越输出组件440转速的趋势时，棘轮443棘爪433棘合，在次螺旋花键副431的作用下，只需推动小质量的次滑移组件430轴向移动，如图6所示。当次外驱动齿432与次内驱动齿442端面重合时，次外驱动齿432两侧齿侧间隙保证一致，如图7所示。
46.次滑移组件430在棘轮443棘爪433棘合及次螺旋花键副431的作用下，继续轴向移动，直到棘轮443棘爪433轴向分离，如图8所示，棘轮443棘爪433轴向分离瞬间，次外驱动齿
432与次内驱动齿442一侧齿面贴合，如图9所示。
47.次滑移组件430在次外驱动齿432、次内驱动齿442及次螺旋花键副431的作用下，继续轴向移动，直至次滑移组件接合定位面460贴合，如图10、图11所示。此时在次外驱动齿432、次内驱动齿442及主螺旋花键副411的作用下，次滑移组件430与主滑移组件420一起轴向移动，直至主外驱动齿423与主内驱动齿441端面重合时，如图12所示；主外驱动齿423两侧齿侧间隙保证一致，如图13所示。
48.次滑移组件430、主滑移组件420在次外驱动齿432、次内驱动齿442及主螺旋花键副411的作用下，继续轴向移动，直到次外驱动齿432与次内驱动齿442轴向分离，如图14所示；主外驱动齿423与主内驱动齿441一侧齿面贴合，如图15所示。此时，主滑移组件420在主外驱动齿423、主内驱动齿441及主螺旋花键副411的作用下，继续轴向移动，直到主滑移组件接合定位面450贴合，如图16、图17所示，大功率同步自动离合器400完成接合动作。
49.当输入组件410转速低于输出组件440转速时，大功率同步自动离合器400的自动脱开过程与接合的运动过程相反。
50.实施例2：
51.进一步地，当次滑移组件430在次螺旋花键副431的作用下轴向移动至次外驱动齿432与次内驱动齿442端面重合位置时，次外驱动齿432与次内驱动齿442两侧的齿侧间隙一致为a；当次滑移组件430继续轴向移动使次外驱动齿432与次内驱动齿442一侧齿面贴合时，次外驱动齿432与次内驱动齿442另一侧的齿侧间隙为2a。
52.实施例3：
53.进一步地，当主滑移组件420与次滑移组件430一起轴向运动至主外驱动齿423与主内驱动齿441端面重合位置时，主外驱动齿423与主内驱动齿441两侧的齿侧间隙一致为a；当主滑移组件420与次滑移组件430继续一起轴向运动至主外驱动齿423与主内驱动齿441一侧齿面贴合时，主外驱动齿423与主内驱动齿441另一侧的齿侧间隙为2a。
54.实施例4：
55.进一步地，所述棘轮443设计的轴向宽度大于转子热胀量。如图19所示，当轴系转子产生轴向膨胀量时，大功率同步自动离合器400两端转子的热胀量都需要离合器来吸收。在大功率同步自动离合器400处于脱开状态时，因为棘轮443设计的轴向宽度大于转子热胀量，在离合器吸收转子热胀量后，仍不影响棘轮443、棘爪433的棘合功能。
56.实施例5：
57.进一步地，如图19所示，在大功率同步自动离合器400处于接合状态时，因为主内驱动齿441设计的轴向宽度较大，在离合器吸收转子热胀量后，主内驱动齿441与主外驱动齿423仍有一定量的啮合宽度，不影响其传扭能力。
58.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。