阅读说明：本技术 永磁耦合器异轴布置的汽电气三源动力总成及其工作方法 (Steam-electricity three-source power assembly with permanent magnet coupler arranged in different shafts and working method thereof ) 是由 王林 杨博 赵景涛 高景辉 宋晓辉 张亚夫 王红雨 孟颖琪 于 2020-07-22 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种永磁耦合器异轴布置的汽电气三源动力总成及其工作方法,汽轮机的输出轴通过第一调速型永磁耦合器与减速机的第一输入轴相连接,电动机的输出轴通过第二调速型永磁耦合器与减速机的第二输入轴相连接,气动马达的输出轴通过第三调速型永磁耦合器与减速机的第三输入轴相连接,减速机的输出轴与外界的转动机械相连接；控制系统与汽轮机、第一调速型永磁耦合器、电动机、第二调速型永磁耦合器、气动马达及第三调速型永磁耦合器相连接,该动力总成及其工作方法具有节省电能、启动及停机操作简单、耗时较短的特点。(The invention discloses a steam-electricity three-source power assembly with a permanent magnet coupler arranged in a different shaft manner and a working method thereof.A steam turbine output shaft is connected with a first input shaft of a speed reducer through a first speed regulation type permanent magnet coupler, an electric motor output shaft is connected with a second input shaft of the speed reducer through a second speed regulation type permanent magnet coupler, an air motor output shaft is connected with a third input shaft of the speed reducer through a third speed regulation type permanent magnet coupler, and the output shaft of the speed reducer is connected with an external rotating machine; the control system is connected with the steam turbine, the first speed-regulating permanent magnet coupler, the motor, the second speed-regulating permanent magnet coupler, the pneumatic motor and the third speed-regulating permanent magnet coupler.)

永磁耦合器异轴布置的汽电气三源动力总成及其工作方法

技术领域

本发明涉及一种汽电气三源动力总成及其工作方法，具体涉及一种永磁耦合器异轴布置的汽电气三源动力总成及其工作方法。

背景技术

燃煤电厂的电力生产工艺决定了电厂需要配备大量的风机、水泵及各类转动机械。通常情况下，这些风机或水泵均由电动机来驱动。电机驱动方式具有启停快速、稳定可靠的优点，但是随着火电机组能耗指标考核愈加严格，降低厂用电率成为了很多火电厂不得不考虑的问题。

使用小型汽轮机代替电动机，驱动引风机、给水泵等电功率较大的设备，能够显著降低厂内设备的耗电量，目前在电厂中已经得到广泛应用。汽动设备利用机组锅炉自产蒸汽作为能量来源，可有效提高机组的能耗水平,但也存在以下缺点：

1、启动过程繁琐，耗时较长，影响机组并网带负荷速度。小汽轮机的启动过程，需要经过盘车、暖管、冲转、暖机、定速，至风机、水泵等达到正常运行转速，常常需要4-5个小时。与电动设备开关合闸，几分钟内便可启动设备相比，明显费时费事，拖累了机组启动并网速度。

2、停机过程繁琐，耗时较长。需额外配备汽轮机盘车电机。汽动设备正常停机或者事故停机后，为保证汽轮机主轴不受损，需要维持轴封并投入盘车装置，维持主轴转速，2-3小时后方可彻底停机，整个停机过程费时较长。

永磁耦合器也称磁力联轴器、永磁传动装置。主要由导体转子、磁转子和控制器三个部分组成。一般，导体转子与电机轴连接，永磁转子与工作机的轴连接，导体转子和永磁转子之间有空气间隙(称为气隙)，没有传递扭矩的机械连接。这样，电机和工作机之间形成了软(磁)连接，通过调节气隙来实现工作机轴扭矩、转速的变化。因气隙调节方式的不同，永磁涡流传动装置分为标准型、延迟型、调速型、调速型等不同类型。

永磁耦合器集非接触、超弹(软)性传动于一体，能够大幅减少冲击和振动，降低设备启动电流。同时传动效率高，使用寿命长。

如何将汽动设备的节电优势、电动设备的快捷特性有效结合，充分发挥二者长处，是一个值得研究的问题。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种永磁耦合器异轴布置的汽电气三源动力总成及其工作方法，该动力总成及其工作方法具有节省电能、启动及停机操作简单、耗时较短的特点。

为达到上述目的，本发明所述的永磁耦合器异轴布置的汽电气三源动力总成包括控制系统、汽轮机、第一调速型永磁耦合器、电动机、第二调速型永磁耦合器、气动马达及第三调速型永磁耦合器；

汽轮机的输出轴通过第一调速型永磁耦合器与减速机的第一输入轴相连接，电动机的输出轴通过第二调速型永磁耦合器与减速机的第二输入轴相连接，气动马达的输出轴通过第三调速型永磁耦合器与减速机的第三输入轴相连接，减速机的输出轴与外界的转动机械相连接；

控制系统与汽轮机、第一调速型永磁耦合器、电动机、第二调速型永磁耦合器、气动马达及第三调速型永磁耦合器相连接。

减速机为螺旋伞减速机或者斜齿减速机。

本发明所述的永磁耦合器异轴布置的汽电气三源动力总成的工作方法包括以下步骤：

启动初期，转动机械所带的负载较轻，要求转动机械的出力不超过其额定出力的30％，在此阶段以电动机作为动力源；

正常运行阶段，要求转动机械的出力在30％-100％额定出力范围内，并能够连续调节，在此阶段以汽轮机作为动力源；

停机阶段，转动机械所带负载为0，此时仅要求设备低速转动，并保证汽轮机能够正常盘车，在此阶段以气动马达作为动力源。

具体包括以下步骤：

将第一调速型永磁耦合器、第二调速型永磁耦合器及第三调速型永磁耦合器中导体盘与磁体盘之间的气隙处于最大位置，汽轮机、电动机及气动马达与减速机之间的扭矩传递为0；

启动电动机，逐步减小第二调速型永磁耦合器中导体盘与磁体盘之间的气隙，使得电动机与减速机之间传递的扭矩从零逐渐增大至额定值，此时转动机械的出力在0-30％额定出力范围内连续调节，满足启动初期的要求，于此同时，汽轮机进行暖管及冲转，待汽轮机运行平稳后，请求切换动力源至汽轮机，通过汽轮机作为动力源；

在正常运行阶段，当汽轮机发生故障跳闸时，则启动电动机，并直接将第二调速型永磁耦合器中导体盘与磁体盘之间的气隙调整至最小值，以传递最大扭矩；

在停机阶段，当此时电动机工作时，则增大第二调速型永磁耦合器中导体盘与磁体盘之间的气隙，以脱开电动机与减速机的弹性连接；当此时汽轮机工作时，则逐渐进行汽轮机的停止操作，与此同时，气动马达开始逐渐启动，在此期间，根据盘车所需转速，调整第一调速型永磁耦合器及第三调速型永磁耦合器中导体盘与磁体盘之间的气隙，保证汽轮机能够维持正常盘车转速。

本发明具有以下有益效果：

本发明所述的永磁耦合器异轴布置的汽电气三源动力总成及其工作方法在具体操作时，利用汽轮机、电动机及气动马达在不同阶段分别作为动力源，即在启动初期，以电动机作为动力源，在正常运行阶段，以汽轮机作为动力源，在停机阶段，以气动马达作为动力源，既能发挥电动机驱动具有的快速启停优点，又能发挥汽轮机驱动具有的低厂用电率优势，具有显著优异的综合效能，且节省电能，同时利用三个调速型永磁耦合器实现汽轮机、电动机及气动马达彻底介入及退出，与现有汽电双驱设备相比，启动过程更加平稳，切换过程扰动更小，同时操作较为简单，耗时较短。

进一步，当汽轮机发生故障跳闸时，则启动电动机，具有事故工况下汽动切换电动的功能，大大提高了设备的可用性及可靠性。

进一步，利用气动马达作为汽轮机停机盘车装置，相较设置独立的小电机，具有明显的节能与成本优势。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

其中，1为汽轮机、2为第一调速型永磁耦合器、3为电动机、4为第二调速型永磁耦合器、5为减速机、6为第三调速型永磁耦合器、7为气动马达。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

参考图1，本发明所述的永磁耦合器异轴布置的汽电气三源动力总成包括控制系统、汽轮机1、第一调速型永磁耦合器2、电动机3、第二调速型永磁耦合器4、气动马达7及第三调速型永磁耦合器6；汽轮机1的输出轴通过第一调速型永磁耦合器2与减速机5的第一输入轴相连接，电动机3的输出轴通过第二调速型永磁耦合器4与减速机5的第二输入轴相连接，气动马达7的输出轴通过第三调速型永磁耦合器6与减速机5的第三输入轴相连接，减速机5的输出轴与外界的转动机械相连接；控制系统与汽轮机1、第一调速型永磁耦合器2、电动机3、第二调速型永磁耦合器4、气动马达7及第三调速型永磁耦合器6相连接，优选的，减速机5为螺旋伞减速机或者斜齿减速机。

本发明所述的永磁耦合器异轴布置的汽电气三源动力总成的工作方法包括以下步骤：

汽轮机1利用锅炉自产蒸汽作为能量源，带动叶轮旋转，以产生动力，再通过第一调速型永磁耦合器2及减速机5最终带动转动机械工作，第一调速型永磁耦合器2的工作原理为：利用导体盘与磁体盘之间气隙大小的调整，以调节汽轮机1传递给减速机5的扭矩，其中，扭矩由0-额定值范围内连续变化，实现动力源的平稳介入与平稳退出。

电动机3通过第二调速型永磁耦合器4与减速机5相连接，第二调速型永磁耦合器4的主要作用是减少启动瞬间的大扭矩冲击，降低设备启动电流，实现动力源的平稳介入与退出。

气动马达7以压缩空气作为动力源，再利用高压的压缩空气推动内部叶轮旋转，然后通过输出轴及第三调速型永磁耦合器6将动力传递至减速机5，并最终带动转动机械低速旋转，同时带动汽轮机1的低速盘车。

本发明的具体工作过程为：

在工作时，分为启动初期、正常运行阶段及停机阶段；

启动初期，转动机械所带的负载较轻，要求转动机械的出力不超过其额定出力的30％，该阶段以小功率的电动机3作为动力源。

正常运行阶段，要求转动机械的出力在30％～100％额定出力范围内，并能够连续调节，该阶段以汽轮机1作为动力源。

停机阶段，转动机械所带负载为0，此时仅要求设备低速转动，并保证汽轮机1能够正常盘车，此阶段以气动马达7作为动力源。

具体的应用过程为：

1)将第一调速型永磁耦合器2、第二调速型永磁耦合器4及第三调速型永磁耦合器6中导体盘与磁体盘之间的气隙处于最大位置，汽轮机1、电动机3及气动马达7与减速机5之间的扭矩传递为0；

2)启动电动机3，逐步减小第二调速型永磁耦合器4中导体盘与磁体盘之间的气隙，使得电动机3与减速机5之间传递的扭矩从零逐渐增大至额定值，此时转动机械的出力在0-30％额定出力范围内连续调节，满足启动初期的要求，在此同时，汽轮机1进行暖管及冲转，待汽轮机1运行平稳后，请求切换动力源，切换过程为：首先将汽轮机1的转速提高至高于电动机3转速10r/min-20r/min，再逐步减小第一调速型永磁耦合器2中导体盘与磁体盘之间的气隙，汽轮机1的动力开始介入，当转动机械的转速开始增加时，停止电动机3，并增大第二调速型永磁耦合器4中导体盘与磁体盘之间的气隙，使得电动机3完全退出，此时，转动机械的动力源由电动机3无扰切换至汽轮机1。

在正常运行阶段，当汽轮机1发生故障跳闸时，则启动电动机3，并直接将第二调速型永磁耦合器4中导体盘与磁体盘之间的气隙调整至最小值，以传递最大扭矩；

当设备需要停机时，当此时电动机3工作时，则增大第二调速型永磁耦合器4中导体盘与磁体盘之间的气隙，以脱开电动机3与减速机5的弹性连接，当此时汽轮机1工作时，由于涉及到停机后的盘车，气动马达7在汽轮机1开始逐渐停机时启动，在此期间，根据盘车所需转速，调整第一调速型永磁耦合器2及第三调速型永磁耦合器6中导体盘与磁体盘之间的气隙，保证汽轮机1能够维持正常盘车转速。