阅读说明：本技术 一种可实现切缸的自动离合装置及其操作方法 (A kind of automatic clutch device that can be achieved to cut cylinder and its operating method ) 是由 谢永慧 姜伟 张荻 朱光亚 于 2019-08-23 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种可实现切缸的自动离合装置及其操作方法,包括：主动轴、从动轴和从动轮盘；主动轴的第一轮盘的圆周面上沿径向开设有第一盲孔,第一盲孔内可移动的安装有飞锤；第一轮盘的圆周面上铰接有棘爪,棘爪的两端分别固定安装有一第一磁铁；第一轮盘的圆周面上安装有两个第二磁铁；从动轴的一端加工有第二轮盘；第二轮盘的端面加工有安装腔；第二轮盘的圆周面上固定安装有圆弧形的活塞缸,活塞与圆弧形的活塞杆的首端相连接,活塞杆的末端固定设置有挂钩；从动轮盘安装于第二轮盘的安装腔内,且与从动轴形成封闭气室；封闭气室与活塞缸相连通。本发明能够依据输入转速改变结合状态,可保证汽轮机顺利实现切缸。(The invention discloses a kind of automatic clutch device that can be achieved to cut cylinder and its operating methods, comprising: driving shaft, driven shaft and driven wheel disc；The first blind hole is radially offered on the periphery of first wheel disc of driving shaft, and flyball is movably installed in the first blind hole；Pawl is hinged on the periphery of first wheel disc, the both ends of pawl are fixedly installed with one first magnet respectively；There are two the second magnet for installation on the periphery of first wheel disc；One end of driven shaft is machined with the second wheel disc；The end face of second wheel disc is machined with installation cavity；Arc-shaped piston cylinder is fixedly installed on the periphery of second wheel disc, piston is connected with the head end of arc-shaped piston rod, and the end of piston rod is fixedly installed hook；Driven wheel disc is installed in the installation cavity of the second wheel disc, and forms closed air chamber with driven shaft；Closed air chamber is connected with piston cylinder.The present invention can change bonding state according to input speed, it is ensured that steam turbine, which is smoothly realized, cuts cylinder.)

一种可实现切缸的自动离合装置及其操作方法

技术领域

本发明属于离合器技术领域，特别涉及一种可实现切缸的自动离合装置及其操作方法。

背景技术

离合器作为传动系统中的重要部件，负责传动系统中动力的切断和结合。随着机械行业不断的快速发展，离合器在动力机械、船舶、航空航天等领域，都有着十分广泛的应用。尤其是在汽车与农业机械领域，离合器更是不可或缺，汽车用离合器一般置于发动机和变速器之间，直接与发动机相联系，正常情况下离合器与发动机曲轴的飞轮组统一装配形成一个整体，并在另一侧与变速器相连接。离合器相当于开关，可以连接与切断动力，离合器的主动部分与从动部分可以实现分离与结合，它们在传动过程中通过摩擦等形式传递扭矩。离合器的主动件和从动件一般采用柔性连接。

根据力矩传递的方式不同，离合器可分为电磁离合器、磁粉离合器、摩擦式离合器等。其中摩擦离合器由于很早就开始被开发利用，其发展过程历经数十甚至上百年，如今已广泛被人所熟知并利用，它是由主动部分(即利用传动链将动力传动到离合器上)、从动部分(即由主动部分带动并将动力输出的部件)、压紧机构(即实现离合器工作的关键部位，可以实现离合器压紧，分离两种状态)和操纵机构(即控制部件，可以人为控制离合器的工作状态)四部分组成。其中主、从动部分，压紧机构是离合器的主要结构，也是保证离合器正常工作的前提，只有保证主从部分正常工作，才可以实现扭矩的传递，而离合器的操纵机构主要担任控制离合器动作以及改变其工作状态的功能。摩擦式离合器相对于其他种类的离合器可以传递更大的力矩，可应用于大型机械结构中。

传统的摩擦式离合装置通常需要人为控制离合装置的工作状态，在一些特殊的场合需要根据转速来控制离合装置的状态，比如汽轮机的切缸操作、一些动力设备防止超速的危急遮断系统、汽车涡轮增压系统的动力分配等等。汽轮机切缸技术出现的背景是为了支持热电厂供热摆脱“以热定电”的处境，近年来，随着机组深度调峰技术、蓄能装置技术、汽轮机低压缸光轴改造技术、汽轮机低压缸切缸技术等的发展，使得在不改变机组现有容量下，实现深度调峰和适应大面积供热的有效平衡。多转子离合装置是保证汽轮机顺利实现切缸的关键装置。

综上，亟需一种新的转速控制的多转子自动离合装置，能够保证汽轮机顺利实现切缸。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可实现切缸的自动离合装置及其操作方法，以解决上述存在的一个或多个技术问题。本发明的离合装置，能够依据输入转速改变结合状态，可保证汽轮机顺利实现切缸。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明的一种可实现切缸的自动离合装置，包括：主动轴、从动轴和从动轮盘；主动轴的一端加工有第一轮盘，第一轮盘的直径大于主动轴的直径；第一轮盘的圆周面上沿径向开设有第一盲孔，第一盲孔内可移动的安装有飞锤；第一轮盘上设置有限位装置，用于对所述飞锤进行限位；第一轮盘的圆周面上铰接有棘爪，所述棘爪为圆弧形且位于第一盲孔的上方，所述棘爪的两端分别固定安装有一第一磁铁；第一轮盘的圆周面上安装有两个第二磁铁；其中，第一磁铁和第二磁铁的位置对应且相斥，在第一磁铁和第二磁铁的作用下所述棘爪能够达到平衡；从动轴的一端加工有第二轮盘，第二轮盘的直径大于从动轴的直径；第二轮盘的端面加工有安装腔；第二轮盘的圆周面上固定安装有圆弧形的活塞缸，活塞缸内安装有活塞，活塞与圆弧形的活塞杆的首端相连接，活塞杆的末端为自由端，活塞杆的末端固定设置有挂钩；从动轮盘安装于第二轮盘的安装腔内，且与从动轴形成封闭气室；所述封闭气室通过管路与所述活塞缸相连通；

使用时，当主动轴的转速超过预设阈值，所述飞锤的一端凸出所述第一盲孔与棘爪接触，并破坏棘爪的平衡，使棘爪与挂钩接触，并通过活塞杆推动活塞在活塞缸内运动，在压缩空气的作用下从动轮盘的端面与第一轮盘的端面接触压紧，实现动力传递。

本发明的进一步改进在于，第一轮盘上设置有限位装置，用于对所述飞锤进行限位具体为：第一轮盘的第一盲孔内固定安装有压簧，所述压簧用于对所述飞锤进行限位。

本发明的进一步改进在于，飞锤的纵向截面为“T”形。

本发明的进一步改进在于，棘爪为“T”形截面构件；棘爪在两端磁性排斥力的作用下达到平衡状态时，棘爪弧线的圆心位于主动轴的轴线上。

本发明的进一步改进在于，两个第二磁铁分别通过盲孔结构安装在第一轮盘的圆周面上。

本发明的进一步改进在于，相比于棘爪的两端，飞锤的施力点靠近棘爪的铰接支点。

本发明的进一步改进在于，第一轮盘与第二轮盘的直径大小相同。

本发明的进一步改进在于，安装腔包括第一部和第二部；第一部位于第二轮盘内，第二部位于从动轴内；第二部的纵向截面为矩形，以使得从动轮盘能够带动从动轴转动。

本发明上述的可实现切缸的自动离合装置的操作方法，包括以下步骤：

主动轴输入转速小于等于预设阈值时，飞锤受到的离心力较小，在限位装置的作用下无法飞出第一盲孔，第一轮盘上的棘爪处于平衡状态，棘爪与活塞杆末端的挂钩不接触，主动轴不能驱动从动轴，处于分离状态；

主动轴输入转速大于预设阈值时，飞锤在离心力的作用下飞出第一盲孔，撞击棘爪，破坏棘爪的平衡状态，棘爪与活塞杆末端的挂钩接触，推动活塞在活塞缸内运动，进而压缩封闭气室的空气，从动轮盘在压缩空气的推动下与第一轮盘接触并压紧，实现动力的传递，处于结合状态。

进一步的，具体用于小型燃气轮机或汽轮机。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明的离合装置为可用于燃气轮机、汽轮机的多转子离合装置，通过从动轮盘和第一轮盘接触摩擦面的紧密压合传递力矩，可根据转子转速(即主动轴输入的转速)大小自动进行离合操作，可保证汽轮机顺利实现切缸。本发明的离合装置能够依据输入转速改变结合状态，实际应用时，当主动轴输入转速高于预设最大阈值转速，主动轴可进行动力传递从而驱动从动轴转动；而在主动轴输入转速低于预设阈值转速时，主动机构将和从动机构断开、停止动力传递。本发明的离合装置，具有灵敏的转速感知机构，飞锤通过离心力感受到转速的变化，当转速超过速度阈值时，飞锤与棘爪相接触，破坏棘爪的平衡状态。棘爪和挂钩结合后利用主动轴和从动轴之间的转速差压缩空气，空气的缓冲作用降低了棘爪和挂钩之间的冲击力。

本发明中，棘爪和挂钩不直接承受主动轴到从动轴之间的力矩，而是通过棘爪和挂钩的结合推动活塞压气管压缩空气，进而推动从动轮盘和主动轴轮盘之间的结合，利用轮盘之间的摩擦力传递力矩。活塞压气管将飞锤与棘爪之间较小的压力放大成从动轮盘与主动轴轮盘之间较大的压力，实现主动轴到从动轴大力矩的传递。由于棘爪和挂钩本身并不参与力矩的传递，棘爪与挂钩之间的作用力较小；棘爪和挂钩之间脱离只取决于飞锤受到的离心力，即实际的输入转速，这意味着本发明的最大转速阀值和最小转速阀值非常接近，能够降低离合装置脱离的迟滞现象。

进一步地，棘爪的长臂杠杆设计使得飞锤的径向位移被放大，棘爪可以非常灵敏地响应转速的变化、迅速地贴合到活塞杆末端的挂钩上。具体的，棘爪可采用长臂杠杆结构，并利用磁性力将棘爪维持在平衡位置，飞锤的施力点接近棘爪的支点，在这种长臂杠杆结构的作用下，飞锤与棘爪接触后，飞锤较小的径向位移会带来棘爪末端较大的径向位移。

本发明的操作方法，用于操作本发明的离合装置，能够依据输入转速改变结合状态，可保证汽轮机顺利实现切缸。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单的介绍；显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例的一种用于小型燃气轮机、汽轮机的多转子离合装置的总体结构示意图；其中，图1(a)为某一角度上的结构示意图，图1(b)为另一角度上的结构示意图；

图2是本发明实施例的一种用于小型燃气轮机、汽轮机的多转子离合装置的剖视结构示意图；

图3是本发明实施例中，主动轴轮盘剖视示意图；

图4是本发明实施例中，棘爪与挂钩贴合的局部放大示意图；

图5是本发明实施例中，从动轮盘剖视示意图。

图1至图5中，1-主动轴，2-从动轴，3-从动轮盘，4-飞锤，5-压簧，6-盖板，7-棘爪，8-第一磁铁，9-第二磁铁，10-活塞缸，11-活塞杆，12-挂钩，13-连通管，14-光轴，15-活塞。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术效果及技术方案更加清楚，下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例。基于本发明公开的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其它实施例，都应属于本发明保护的范围。

本发明提供的转速控制的、用于小型燃气轮机、汽轮机的多转子离合装置的总体示意图如图1所示，图中采取的技术方案如下：

主动轴1的一端加工有直径大于主动轴1的轮盘，轮盘周向上沿径向开设有三个盲孔，包括一个较大孔径的盲孔以及布置在其两侧的两个较小孔径的盲孔，其中较大孔径的盲孔里安装有飞锤4、压簧5和盖板6，另外两个较小孔径的盲孔里分别固定安装有一个第二磁铁9。

轮盘周向上还加工有光轴座，并通过光轴14铰接有棘爪7，棘爪7为弧形、T型截面构件，两端分别固定连接有一个第一磁铁8，其中第一磁铁8与对应位置的第二磁铁9互斥，棘爪7在两端磁性排斥力的作用下达到平衡状态，即棘爪7弧线的圆心与主动轴1的轴线重合。

从动轴2的一端加工有U型圆腔，如图2所示，U型圆腔与从动轮盘3相配合形成封闭的气室，该气室通过连通管13与固定在从动轴2一端周向上的活塞缸10连通，活塞缸10内设置有活塞15，活塞15与活塞杆11的首端连接，共同构成活塞压气管。活塞杆11的末端为自由端，并固定有挂钩12，且挂钩12朝向主动轴1轴向伸出。使用时，主动轴1的第一轮盘与从动轮盘3贴合在一起

如图3所示，飞锤4在主动轴1轮盘的盲孔中可沿径向运动。当主动轴1旋转时，飞锤4将受到离心力向外运动，向外运动的过程中会压缩压簧5，飞锤4在离心力和弹性力的作用下达到平衡位置，飞锤4的径向运动距离与转速成正比。当实际转速超过转速阈值时，飞锤4将与棘爪7相接触，破坏棘爪7的平衡，棘爪7的左端将翘起、远离主动轴1的轴心。

如图4所示，棘爪7将与活塞推杆11上的挂钩12结合，在主动轴1和从动轴2速度差的作用下，棘爪7将推动活塞杆11旋转，如图5所示，压缩活塞缸10内的空气，如图2所示，压缩空气将推动从动轮盘3向右运动，从动轮盘3将与主动轴1轮盘紧密结合，主动轴1将在摩擦力的作用下带动从动轴2旋转，需要说明的是从动轮盘3左端的长轴截面为方形，与之相匹配的从动轴2的内孔也为方形孔，方形孔的四角加工有通气孔。

此外，棘爪7采用长臂杠杆结构，并利用磁性力将棘爪7维持在平衡位置，飞锤4的施力点接近棘爪7的支点，在这种长臂杠杆结构的作用下，飞锤4与棘爪7接触后，飞锤4较小的径向位移会带来棘爪7末端较大的径向位移，意味着此时较小的转速变化会带来较大的位移变化，棘爪7与挂钩的离合状态对转速的变化更加的敏感。此外，在离合装置切断的状态下，大部分的压缩空气都位于活塞压气管内，从动轮盘3和从动轴2之间的缝隙非常小，保证在整个活塞行程内压缩空气的体积变化率更大、压缩比更大。此外，从动轮盘3与压缩空气充分接触，保证了更大的接触面积及接触压力。通过气动方式传递作用力，可以将飞锤4与棘爪7之间较小的压力放大成从动轮盘3与主动轴轮盘之间较大的压力，实现主动轴1到从动轴2大力矩的传递。

本发明实施例中，自动离合装置的工作过程及操作方法，具体包括：

工作时，当转速较低时，飞锤受到的离心力较小，在压簧弹性力的作用下无法飞出主动轴轮盘，主动轴轮盘上的棘爪处于平衡状态，棘爪与活塞杆末端的挂钩无法接触，主动轴无法驱动从动轴；当输入转速高于最大阈值转速，飞锤在离心力的作用下飞出主动轴轮盘，撞击棘爪，破坏棘爪的平衡状态，棘爪与活塞杆末端的挂钩接触，推动活塞压气管压缩空气，从动轮盘在压缩空气的推动下与主动轴轮盘接触并压紧，从而实现动力的传递；而在输入转速低于最小阈值转速时，飞锤无法提供足够的压力将棘爪压在挂钩上，即无法维持活塞压气管中的压力，最终断开主动轴轮盘和从动轮盘之间的压合以及力矩的传递。

综上所述，本发明提供的转速控制的、用于小型燃气轮机、汽轮机的多转子离合装置，具有灵敏的转速感知机构，飞锤通过离心力感受到转速的变化，当转速超过速度阈值时，飞锤与棘爪相接触，破坏棘爪的平衡状态。棘爪的长臂杠杆设计使得飞锤的径向位移被放大，棘爪可以非常灵敏地响应转速的变化、迅速地贴合到活塞杆末端的挂钩上。其中，小型燃气轮机的功率范围一般在0.3兆瓦至20兆瓦之间。棘爪和挂钩结合后利用主动轴和从动轴之间的转速差压缩空气，空气的缓冲作用降低了棘爪和挂钩之间的冲击力。棘爪和挂钩不直接承受主动轴到从动轴之间的力矩，而是通过棘爪和挂钩的结合推动活塞压气管压缩空气，进而推动从动轮盘和主动轴轮盘之间的结合，利用轮盘之间的摩擦力传递力矩。活塞压气管将飞锤与棘爪之间较小的压力放大成从动轮盘与主动轴轮盘之间较大的压力，实现主动轴到从动轴大力矩的传递。由于棘爪和挂钩本身并不参与力矩的传递，棘爪与挂钩之间的作用力较小，而且采用了倾斜结合面的设计，棘爪和挂钩之间脱离只取决于飞锤受到的离心力，即实际的输入转速，这意味着本发明的最大转速阀值和最小转速阀值非常接近，降低了离合装置脱离的迟滞现象。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。