25 MW 超大功率液力變矩器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及大修工藝

高進(jìn)， 沈南雁， 曹杰

（東方電氣集團(tuán)東方汽輪機(jī)有限公司， 四川德陽(yáng)， 618000）

液力變矩器通過泵輪將驅(qū)動(dòng)端的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為流體動(dòng)能， 然后通過透平將流體動(dòng)能又轉(zhuǎn)換為機(jī)械能輸出， 而輸出端的扭矩和轉(zhuǎn)速通過可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉進(jìn)行調(diào)節(jié)[1]。 其具有空載啟動(dòng)、 轉(zhuǎn)速和扭矩?zé)o極調(diào)節(jié)、 過載保護(hù)、 隔振等優(yōu)點(diǎn)[2]， 廣泛應(yīng)用于大型壓氣機(jī)試驗(yàn)臺(tái)[3]、 燃?xì)廨啓C(jī)啟動(dòng)[4]、 電廠鍋爐給水泵[5-6]、 車輛[7]、 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組[8-9]和船舶[10]等傳動(dòng)的轉(zhuǎn)速和扭矩調(diào)節(jié)。 我國(guó)液力變矩器起步晚， 雖然也取得了很大進(jìn)步， 但在大功率、 高轉(zhuǎn)速的液力變矩方面與世界先進(jìn)水平差距較大[2]。 對(duì)于大型壓氣機(jī)試驗(yàn)臺(tái)用的兆瓦功率等級(jí)的大型液力變矩器，全球目前只有極少數(shù)公司具有設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力[2]。 本文針對(duì)國(guó)內(nèi)投運(yùn)的首臺(tái)用于壓氣機(jī)試驗(yàn)臺(tái)的25 MW 等級(jí)的液力變矩器， 重點(diǎn)分析介紹其設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和其大修的工藝， 以供國(guó)內(nèi)同行參考。

1 壓氣機(jī)試驗(yàn)臺(tái)25 MW 液力變矩器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

如圖1 所示， 壓氣機(jī)試驗(yàn)臺(tái)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由變頻電機(jī)、 25 MW 液力變矩器和增速齒輪箱組成， 相互之間通過膜片或膜盤聯(lián)軸器聯(lián)接。 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中液力變矩器的調(diào)節(jié)功能滿足0～100%任意試驗(yàn)工況。 該液力變矩器由福伊特（VOITH）公司專門為該試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)制造， 最大輸入功率28.2 MW， 額定輸入和輸出功率分別為25 MW 和21.23 MW，總重約49 t。

圖1 壓氣機(jī)試驗(yàn)臺(tái)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)示意圖

1.1 液力變矩器總體結(jié)構(gòu)

如圖2 所示， 液力變矩器輸入軸通過泵輪吸收扭矩MP， 由泵輪加速的流體在透平葉片上發(fā)生轉(zhuǎn)向， 進(jìn)而產(chǎn)生扭矩MT， 該扭矩通過輸出軸傳遞給被驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子。 導(dǎo)葉的扭矩Mg為輸入和輸出的扭矩差， 即Mg=MP-MT。 通過控制調(diào)整可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉的角度， 可以實(shí)現(xiàn)輸出扭矩和轉(zhuǎn)速的無級(jí)調(diào)節(jié)， 以滿足試驗(yàn)壓氣機(jī)各試驗(yàn)工況的需要。

圖2 壓氣機(jī)試驗(yàn)臺(tái)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)示意圖

1.2 液力變矩器轉(zhuǎn)子和軸承結(jié)構(gòu)

如圖3～4 所示， 液力變矩器轉(zhuǎn)子由輸入軸和輸出軸組成。 輸入和輸出軸分別通過液壓套裝有1個(gè)推力盤和聯(lián)軸器， 該套裝結(jié)構(gòu)采用液壓裝置進(jìn)行拆裝， 而泵輪和透平葉輪分別通過周向均布的螺栓與輸入和輸出軸連接。 由于液力變矩器為無中分面法蘭的筒型缸， 缸體各部件通過軸向垂直法蘭連接， 聯(lián)軸器、 推力盤、 泵輪和透平葉輪只能采用軸向裝配結(jié)構(gòu)。 此種設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、 可靠，但是對(duì)拆裝工藝要求高。

圖3 液力變矩器輸入軸

圖4 液力變矩器輸出軸

推力軸承為直接潤(rùn)滑的11 瓦可傾軸承， 而支持軸承為4 油楔圓軸承。 泵輪為整體精鑄而成，透平葉輪的葉片與輸入端葉輪本體整體機(jī)加工而成， 并通過裝配和釬焊與輸出端葉輪本體連接，該結(jié)構(gòu)緊湊可靠。

1.3 液力變矩器可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉系統(tǒng)

如圖5 所示， 對(duì)稱布置的2 個(gè)油動(dòng)機(jī)同時(shí)向相反方向移動(dòng)， 通過可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)調(diào)整可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉的角度， 從而控制液力變矩器的輸出扭矩和轉(zhuǎn)速。

圖5 液力變矩器可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)圖

1.4 液力變矩器箱體和缸體結(jié)構(gòu)

液力變矩器箱體為整體焊接結(jié)構(gòu)， 輸入和輸出端分別用端蓋密封， 而輸入和輸出端缸體為桶型結(jié)構(gòu)， 通過垂直法蘭連接。 該種機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，但拆裝時(shí)需要將箱體進(jìn)行起吊翻身。

2 壓氣機(jī)試驗(yàn)臺(tái)25 MW 液力變矩器大修工藝

為了保證液力變矩器的安全運(yùn)行， 需要在廠家規(guī)定的大修周期內(nèi)返廠對(duì)液力變矩器進(jìn)行大修。

2.1 液力變矩器大修基本要求

該25 MW 液力變矩器已經(jīng)達(dá)到廠家要求的最大5 年的大修期， 需要對(duì)密封圈、 軸承瓦塊等易損件， 以及聯(lián)軸器、 推力盤、 輸入輸出軸、 泵輪、透平輪、 油動(dòng)機(jī)、 可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉系統(tǒng)等關(guān)鍵部件進(jìn)行檢查。

2.2 液力變矩器大修關(guān)鍵工藝

根據(jù)該液力變矩器的結(jié)構(gòu)， 其檢修的步驟見表1。 由于該液力變矩器結(jié)構(gòu)復(fù)雜， 重量和體積大， 大修時(shí)間較長(zhǎng)， 本次大修用時(shí)20 個(gè)工作日。

表1 25 MW 液力變矩器大修部件和檢修要點(diǎn)

2.3 液力變矩器大修檢查結(jié)果及處理

本次液力變矩器大修檢查結(jié)果表明， 其推力和徑向軸承瓦塊、 軸頸、 泵輪、 透平輪、 固定導(dǎo)葉、 可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉、 輸入輸出軸、 聯(lián)軸器、 油動(dòng)機(jī)等關(guān)鍵部件都完好， 僅需更換所有橡膠密封圈和控制油濾芯。

3 結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)目前國(guó)內(nèi)首次投運(yùn)的25 MW 等級(jí)液力變矩器的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)進(jìn)行了分析， 并對(duì)其大修的關(guān)鍵工藝和處理進(jìn)行了介紹。 總結(jié)如下：

（1）該液力變矩器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的最大特點(diǎn)是采用筒型缸設(shè)計(jì)， 泵輪、 推力盤、 聯(lián)軸器和透平葉輪通過液壓或螺栓軸向裝配在轉(zhuǎn)子上。 此種設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、 可靠， 但是對(duì)拆裝工藝要求高。

（2）此次大修結(jié)果表明該液力變矩器關(guān)鍵部件完好， 僅需更換易損的所有橡膠密封圈和控制油濾芯。 經(jīng)過此次大修， 該液力變矩器復(fù)裝后重新運(yùn)行， 其運(yùn)行狀態(tài)優(yōu)良。