一种高速重载并车齿轮传动装置

技术领域

本发明涉及大功率燃气轮机并车机组领域，具体涉及一种高速重载并车齿轮传动装置。

背景技术

随着国际形式变化及国内经济发展的需求增长，天然气运输机组、发电机组等行业板块不断发展，对机组的能力要求不断提高，即造成对燃气轮机的功率需求日益增大。为满足大功率燃机机组及高转速压气机的研制要求，需要为其配备2*33MW级、10000rpm的高速重载并车齿轮传动装置。而为满足燃气轮机启动复杂、控制回路多的特点，高速并车齿轮传动装置需具备实现两主机分别启动，自动并车的功能。

现有市场上的此级别的高速重载齿轮传动装置多采用功率分支二级齿轮传动实现，二级传动效率略低且无法实现并车。现有的并车结构需要控制两主机的启动顺序和并车工况，且其中一主机启动时，另一主机会被反带运行，一般多用于其中一侧主机为可控主机(如电机)的机组。

综上所述，现有的燃气轮机中传动装置在启动转速时间较长时，控制复杂，并车无法实现同时启动，且完成并车后两燃气轮机输出功率有波动，致使两侧输入存在不均载现象；因两燃气轮机尺寸限制，致使并车传动装置两输入中心距不小于2400mm，而10000rpm的输出转速造成齿轮传动线速度高于150mm/s以上，存在风阻功率损失的问题。

发明内容

本发明为解决现有的燃气轮机中传动装置在启动转速时间较长时，控制复杂，并车无法实现同时启动，且完成并车后两燃气轮机输出功率有波动，致使两侧输入存在不均载现象；因两燃气轮机尺寸限制，致使并车传动装置两输入中心距不小于2400mm，而10000rpm的输出转速造成齿轮传动线速度高于150mm/s以上，存在风阻功率损失的问题，而提出一种高速重载并车齿轮传动装置。

本发明的一种高速重载并车齿轮传动装置，其组成包括传动组件1、全自动盘车3、箱体4、滑油管路6和监测单元7；

箱体4的截面为L型，且箱体4的内部设有传动组件1，箱体4的纵向段内部侧面中部设有滑油管路6，箱体4的纵向段外侧面中部设有全自动盘车3，箱体4的横向段内部设有监测单元7；

所述的传动组件1包括一号输入轴8、一号同步自动离合器9、一号输入大齿轮10、一号惰轮11、输出小齿轮12、二号惰轮13、二号输入大齿轮14、一号传动轴15、二号传动轴16、三号传动轴17、四号传动轴18和五号传动轴19；

一号输入轴8的端部与一号同步自动离合器9的输入端连接，一号同步自动离合器9的输出轴与一号传动轴15的端部连接，且一号传动轴15上设有一号输入大齿轮10，一号传动轴15的下方设有二号传动轴16，二号传动轴16上设有一号惰轮11，且一号输入大齿轮10与一号惰轮11啮合连接，二号传动轴16的下方设有三号传动轴17，三号传动轴17上设有输出小齿轮12，且一号惰轮11和输出小齿轮12啮合连接，三号传动轴17的下方设有四号传动轴18，四号传动轴18上设有二号惰轮13，输出小齿轮12与二号惰轮13啮合连接，四号传动轴18的下方设有五号传动轴19，五号传动轴19上设有二号输入大齿轮14，且二号惰轮13与二号输入大齿轮14啮合连接；

进一步的，所述的一号传动轴15、二号传动轴16、三号传动轴17、四号传动轴18和五号传动轴19均与箱体4内壁转动连接；

进一步的，所述的一号传动轴15、二号传动轴16、三号传动轴17、四号传动轴18和五号传动轴19的两端分别设有一个滑动轴承2，且滑动轴承2固定安装在箱体4上，五号传动轴19两端的滑动轴承2采用可倾瓦轴承，一号传动轴15、二号传动轴16、三号传动轴17和四号传动轴18两端的滑动轴承2均采用错位滑动轴承；

进一步的，所述的箱体4采用上下式分体结构；

进一步的，所述的三号传动轴17的端部穿过箱体4内壁之后，与全自动盘车3的输入组件固定连接；

进一步的，所述的一号输入轴8、三号传动轴17与五号传动轴19和箱体4外壳接触处分别设有一个轴封5；

进一步的，所述的滑油管路6用于对传动组件1上的一号输入大齿轮10、一号惰轮11、输出小齿轮12、二号惰轮13、二号输入大齿轮14、一号同步自动离合器9和滑动轴承2进行供油润滑；

进一步的，所述的监测单元7用于监测传动组件1运行过程中的状态；

进一步的，所述的一号惰轮11和输出小齿轮12、输出小齿轮12和二号惰轮13的啮合角度为θ；70°≤θ≤87°；

进一步的，所述的啮合角度θ，93°≤θ≤110°；

进一步的，所述的一号同步自动离合器9采用70KNm级高速SSS同步自动离合器；

进一步的，所述的传动组件1还包括二号同步自动离合器20和二号输入轴21，五号传动轴19的端部与二号同步自动离合器20的输出端连接，二号同步自动离合器20的输入端与二号输入轴21的一端连接，二号输入轴21法兰端通过膜片联轴器与主机相连；

进一步的，在使用时，一侧主机启动，通过膜片联轴器连接带动二号输入大齿轮14，通过啮合的二号惰轮13带动输出小齿轮12运转；此时一号惰轮11、一号输入大齿轮10及一号同步自动离合器9的输出端也被带动旋转，一号同步自动离合器9输出端转速大于输入端转速，一号同步自动离合器9处于脱开状态，与其输入端连接的一号输入轴8静止，通过膜片联轴器连接的另一侧主机也静止未被带动；另一侧主机启动，当主机转速未达到额定转速时，一号同步自动离合器9处于脱开状态，两侧轴系旋转不受干扰，当主机转速达到额定转速时，即一号输入轴8与一号同步自动离合器9输入端转速大于等于一号同步自动离合器9输出端转速时，一号同步自动离合器9自动接合，一号输入轴8与一号输入大齿轮10通过一号同步自动离合器9刚性连接，其主机功率通过一号输入轴8、一号同步自动离合器9、一号输入大齿轮10、一号惰轮11传递到输出小齿轮12，实现两主机自动并车工况；

因一号惰轮11和二号惰轮13本身结构特殊性，其齿轮和轴承受力约为普通一级啮合受力的2倍大小，故在此高速重载的机组中，通过研制重载齿轮和高速重载错位滑动轴承，实现增加惰轮传动的设计；并通过增加惰轮传动，使并车齿轮箱在满足大跨距中心距的要求情况下，其齿轮线速度小于150mm/s，减少风阻损失，减少功率损耗；

还设计计算一号惰轮11和输出小齿轮12、输出小齿轮12和二号惰轮13的啮合角度为θ，利用结构优势，使输出小齿轮在并车工况下啮合力不完全抵消，存在一定数值的受力，配合高线速度的可倾瓦轴承无交叉刚度的特性，使输出小齿轮轴系的一阶临界转速高于10000RPM的运行转速，即为刚性转子系统，提高运行稳定性；

此种结构的高速重载并车齿轮传动装置可实现单机启动运行后双机启动自动并车，即第一台主机启动运行后，同步自动离合器脱开，第二台主机所在轴系不运行；当第二台主机启动运行，并达到转速大于等于第一台主机转速时，同步自动离合器啮合，实现双机自动并车，无需系统控制操作。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

本发明克服了现有技术的缺点，因一号惰轮和二号惰轮本身结构特殊性，其齿轮和轴承受力约为普通一级啮合受力的2倍大小，故在此高速重载的机组中，通过研制重载齿轮和高速重载错位滑动轴承，实现增加惰轮传动的设计；并通过增加惰轮传动，使并车齿轮箱在满足大跨距中心距的要求情况下，使齿轮线速度小于150mm/s，减少风阻损失，减少功率损耗；

此种结构的高速重载并车齿轮传动装置通过研制70KNm级高速SSS同步自动离合器可实现单机启动运行后双机启动自动并车，即第一台主机启动运行后，同步自动离合器脱开，第二台主机所在轴系不运行；当第二台主机启动运行，并达到转速大于等于第一台主机转速时，同步自动离合器啮合，实现双机自动并车，无需系统控制操作，控制简单，避免了并车后两燃气轮机输出功率有波动的现象，进而使两侧输入均匀；

本申请还采用一号惰轮和输出小齿轮、输出小齿轮和二号惰轮的啮合角度为θ，利用结构优势，使输出小齿轮在并车工况下啮合力不完全抵消，存在一定数值的受力，配合高线速度的可倾瓦轴承无交叉刚度的特性，使输出小齿轮轴系的一阶临界转速高于10000RPM的运行转速，即为刚性转子系统，提高运行稳定性。

附图说明

图1是本发明所述的一种高速重载并车齿轮传动装置的俯剖视图；

图2是本发明所述的一种高速重载并车齿轮传动装置中传动组件的俯视图；

图3是本发明所述的一种高速重载并车齿轮传动装置中传动组件的齿轮传动的示意图

图4是本发明所述的一种高速重载并车齿轮传动装置应用在双燃机机组中的一个应用实例；

图5是本发明所述的一种高速重载并车齿轮传动装置中传动组件增加双侧离合功能的补充结构的俯剖视图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1至图4说明本实施方式，本实施方式所述的一种高速重载并车齿轮传动装置，其组成包括传动组件1、全自动盘车3、箱体4、滑油管路6和监测单元7；

箱体4的截面为L型，且箱体4的内部设有传动组件1，箱体4的纵向段内部侧面中部设有滑油管路6，箱体4的纵向段外侧面中部设有全自动盘车3，箱体4的横向段内部设有监测单元7；

所述的传动组件1包括一号输入轴8、一号同步自动离合器9、一号输入大齿轮10、一号惰轮11、输出小齿轮12、二号惰轮13、二号输入大齿轮14、一号传动轴15、二号传动轴16、三号传动轴17、四号传动轴18和五号传动轴19；

一号输入轴8的端部与一号同步自动离合器9的输入端连接，一号同步自动离合器9的输出轴与一号传动轴15的端部连接，且一号传动轴15上设有一号输入大齿轮10，一号传动轴15的下方设有二号传动轴16，二号传动轴16上设有一号惰轮11，且一号输入大齿轮10与一号惰轮11啮合连接，二号传动轴16的下方设有三号传动轴17，三号传动轴17上设有输出小齿轮12，且一号惰轮11和输出小齿轮12啮合连接，三号传动轴17的下方设有四号传动轴18，四号传动轴18上设有二号惰轮13，输出小齿轮12与二号惰轮13啮合连接，四号传动轴18的下方设有五号传动轴19，五号传动轴19上设有二号输入大齿轮14，且二号惰轮13与二号输入大齿轮14啮合连接；

本具体实施方式，在使用时，一侧主机启动，通过膜片联轴器连接带动二号输入大齿轮14，通过啮合的二号惰轮13带动输出小齿轮12运转；此时一号惰轮11、一号输入大齿轮10及一号同步自动离合器9的输出端也被带动旋转，一号同步自动离合器9输出端转速大于输入端转速，一号同步自动离合器9处于脱开状态，与其输入端连接的一号输入轴8静止，通过膜片联轴器连接的另一侧主机也静止未被带动；另一侧主机启动，当主机转速未达到额定转速时，一号同步自动离合器9处于脱开状态，两侧轴系旋转不受干扰，当主机转速达到额定转速时，即一号输入轴8与一号同步自动离合器9输入端转速大于等于一号同步自动离合器9输出端转速时，一号同步自动离合器9自动接合，一号输入轴8与一号输入大齿轮10通过一号同步自动离合器9刚性连接，其主机功率通过一号输入轴8、一号同步自动离合器9、一号输入大齿轮10、一号惰轮11传递到输出小齿轮12，实现两主机自动并车工况；

因一号惰轮11和二号惰轮13本身结构特殊性，其齿轮和轴承受力为普通一级啮合的约2倍大小，故在此高速重载的机组中，通过研制重载齿轮和高速重载错位滑动轴承，实现增加惰轮传动的设计；并通过增加惰轮传动，使并车齿轮箱在满足大跨距中心距的要求情况下，使齿轮线速度小于150mm/s，减少风阻损失，减少功率损耗；

还采用一号惰轮11和输出小齿轮12、输出小齿轮12和二号惰轮13的啮合角度为θ，利用结构优势，使输出小齿轮在并车工况下啮合力不完全抵消，存在一定数值的受力，配合高线速度的可倾瓦轴承无交叉刚度的特性，使输出小齿轮轴系的一阶临界转速高于10000RPM的运行转速，即为刚性转子系统，提高运行稳定性；

此种结构的高速重载并车齿轮传动装置可实现单机启动运行后双机启动自动并车，即第一台主机启动运行后，同步自动离合器脱开，第二台主机所在轴系不运行；当第二台主机启动运行，并达到转速大于等于第一台主机转速时，同步自动离合器啮合，实现双机自动并车，无需系统控制操作。

具体实施方式二：结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式一所述的齿轮传动装置的进一步的限定，本实施方式所述的一种高速重载并车齿轮传动装置，所述的一号传动轴15、二号传动轴16、三号传动轴17、四号传动轴18和五号传动轴19均与箱体4内壁转动连接。

具体实施方式三：结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式二所述的齿轮传动装置的进一步的限定，本实施方式所述的一种高速重载并车齿轮传动装置，所述的一号传动轴15、二号传动轴16、三号传动轴17、四号传动轴18和五号传动轴19的两端分别设有一个滑动轴承2，且滑动轴承2固定安装在箱体4上，五号传动轴19两端的滑动轴承2采用可倾瓦轴承，一号传动轴15、二号传动轴16、三号传动轴17和四号传动轴18两端的滑动轴承2均采用错位滑动轴承。

具体实施方式四：结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式一所述的齿轮传动装置的进一步的限定，本实施方式所述的一种高速重载并车齿轮传动装置，所述的箱体4采用上下式分体结构。

具体实施方式五：结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式一所述的齿轮传动装置的进一步的限定，本实施方式所述的一种高速重载并车齿轮传动装置，所述的三号传动轴17的端部穿过箱体4内壁之后，与全自动盘车3的输入组件固定连接；

本具体实施方式，采用三号传动轴17的端部穿过箱体4内壁之后，与全自动盘车3的输入组件固定连接，全自动盘车3内含同步自动离合器，可实现自动盘车自动脱开功能，并且还可实现在传动装置静止时以其自带的小功率电机启动低速盘车，当任意主机启动后，当输出小齿轮12转速大于全自动盘车3的转速时，全自动盘车3自动脱开，盘车退出轴系运转。

具体实施方式六：结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式一所述的齿轮传动装置的进一步的限定，本实施方式所述的一种高速重载并车齿轮传动装置，所述的一号输入轴8、三号传动轴17与五号传动轴19和箱体4外壳接触处分别设有一个轴封5；

本具体实施方式，采用一号输入轴8、三号传动轴17与五号传动轴19和箱体4外壳接触处分别设有一个轴封5，避免润滑油液渗出箱体4。

具体实施方式七：结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式一所述的齿轮传动装置的进一步的限定，本实施方式所述的一种高速重载并车齿轮传动装置，所述的滑油管路6用于对传动组件1上的一号输入大齿轮10、一号惰轮11、输出小齿轮12、二号惰轮13、二号输入大齿轮14、一号同步自动离合器9和滑动轴承2进行供油润滑。

具体实施方式八：结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式一所述的齿轮传动装置的进一步的限定，本实施方式所述的一种高速重载并车齿轮传动装置，所述的监测单元7用于监测传动组件1运行过程中的状态。

具体实施方式九：结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式一所述的齿轮传动装置的进一步的限定，本实施方式所述的一种高速重载并车齿轮传动装置，所述的一号惰轮11和输出小齿轮12、输出小齿轮12和二号惰轮13的啮合角度为θ；70°≤θ≤87°；

本具体实施方式，采用一号惰轮11和输出小齿轮12、输出小齿轮12和二号惰轮13的啮合角度为θ，利用结构优势，使输出小齿轮在并车工况下啮合力不完全抵消，存在一定数值的受力，配合高线速度的可倾瓦轴承无交叉刚度的特性，使输出小齿轮轴系的一阶临界转速高于10000RPM的运行转速，即为刚性转子系统，提高运行稳定性。

具体实施方式十：结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式九所述的齿轮传动装置的进一步的限定，本实施方式所述的一种高速重载并车齿轮传动装置，所述的啮合角度θ，93°≤θ≤110°。

具体实施方式十一：结合图1和图5说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式一所述的齿轮传动装置的进一步的限定，本实施方式所述的一种高速重载并车齿轮传动装置，所述的传动组件1还包括二号同步自动离合器20和二号输入轴21，五号传动轴19的端部与二号同步自动离合器20的输出端连接，二号同步自动离合器20的输入端与二号输入轴21的一端连接，二号输入轴21法兰端通过膜片联轴器与主机相连；

本具体实施方式，采用此种结构的传动组件1，需要将箱体4截面改为U型结构，通过同步自动离合器功能的双侧镜像布置，可实现任一主机随时启动，启动顺序不限，只要两主机达到同一转速即可实现并车工况，且任一单一主机启动不影响另一主机的运转。

具体实施方式十二：结合图1至图4说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式一所述的齿轮传动装置的进一步的限定，本实施方式所述的一种高速重载并车齿轮传动装置，所述的一号同步自动离合器9采用70KNm级高速SSS同步自动离合器。

工作原理

在使用时，一侧主机启动，通过膜片联轴器连接带动二号输入大齿轮14，通过啮合的二号惰轮13带动输出小齿轮12运转；此时一号惰轮11、一号输入大齿轮10及一号同步自动离合器9的输出端也被带动旋转，一号同步自动离合器9输出端转速大于输入端转速，一号同步自动离合器9处于脱开状态，与其输入端连接的一号输入轴8静止，通过膜片联轴器连接的另一侧主机也静止未被带动；另一侧主机启动，当主机转速未达到额定转速时，一号同步自动离合器9处于脱开状态，两侧轴系旋转不受干扰，当主机转速达到额定转速时，即一号输入轴8与一号同步自动离合器9输入端转速大于等于一号同步自动离合器9输出端转速时，一号同步自动离合器9自动接合，一号输入轴8与一号输入大齿轮10通过一号同步自动离合器9刚性连接，其主机功率通过一号输入轴8、一号同步自动离合器9、一号输入大齿轮10、一号惰轮11传递到输出小齿轮12，实现两主机自动并车工况；

因一号惰轮11和二号惰轮13本身结构特殊性，其齿轮和轴承受力为普通一级啮合的约2倍大小，故在此高速重载的机组中，通过研制重载齿轮和高速重载错位滑动轴承，实现增加惰轮传动的设计；并通过增加惰轮传动，使并车齿轮箱在满足大跨距中心距的要求情况下，使齿轮线速度小于150mm/s，减少风阻损失，减少功率损耗；

还采用一号惰轮11和输出小齿轮12、输出小齿轮12和二号惰轮13的啮合角度为θ，利用结构优势，使输出小齿轮在并车工况下啮合力不完全抵消，存在一定数值的受力，配合高线速度的可倾瓦轴承无交叉刚度的特性，使输出小齿轮轴系的一阶临界转速高于10000RPM的运行转速，即为刚性转子系统，提高运行稳定性；

此种结构的高速重载并车齿轮传动装置可实现单机启动运行后双机启动自动并车，即第一台主机启动运行后，同步自动离合器脱开，第二台主机所在轴系不运行；当第二台主机启动运行，并达到转速大于等于第一台主机转速时，同步自动离合器啮合，实现双机自动并车，无需系统控制操作。