專利名稱：大型汽輪機轉子高速動平衡驅動系統(tǒng)及控制方法
技術領域：
本發(fā)明涉及汽輪機制造領域，特別涉及一種大型汽輪機轉子的平衡驅動系統(tǒng)，以及該系統(tǒng)的控制方法。
背景技術：
大型汽輪機轉子高速動平衡是汽輪機制造過程中一道關鍵的工序。由于汽輪機轉子負載較大，目前國內外汽輪機動平衡裝備的驅動主要有汽輪機和低壓直流驅動系統(tǒng)兩種。采用汽輪機進行驅動一般需要專門的鍋爐來提供蒸汽，其能耗高，效率低，污染大。此外汽輪機驅動采用蒸汽調節(jié)閥對蒸汽進行控制，整個驅動系統(tǒng)為開環(huán)控制，其轉速穩(wěn)定性較差，試驗可重復性低，試驗過程繁瑣，會給生產帶來諸多問題。低壓直流驅動系統(tǒng)一般采用晶閘管進行調速，該驅動方式技術成熟、穩(wěn)定可靠。但由于直流電機的先天不足，使低壓直流驅動系統(tǒng)存在兩個很大的弱點，一是系統(tǒng)龐大復雜，傳動鏈長，整個驅動系統(tǒng)效率較低；二是系統(tǒng)的故障率高、維修成本高，驅動系統(tǒng)的運行成本高。

發(fā)明內容
針對上述現有技術的不足，本發(fā)明的目的是提供一種效率高、運行成本低且無污染的大型汽輪機轉子高速動平衡驅動系統(tǒng)。為解決上述技術問題，本發(fā)明采用如下技術方案一種大型汽輪機轉子高速動平衡驅動系統(tǒng)，其包括一真空倉，所述真空倉內設有用于進行動平衡試驗的轉子，其還包括一主電機和一從電機，所述主電機為一雙伸軸電機，所述主電機通過其一側電機軸與所述從電機同軸串聯(lián)，所述主電機通過其另一側電機軸與一升速齒輪箱連接，所述升速齒輪箱與所述轉子連接，所述升速齒輪箱還與一盤車連接，所述主電機與主變頻器連接，所述從電機與從變頻器連接，所述主變頻器、從變頻器與一控制器連接，所述主電機、從電機、轉子上均設有轉速傳感器，所述轉速傳感器與所述控制器連接。優(yōu)選的，所述主電機、從電機與一水冷系統(tǒng)連接，所述水冷系統(tǒng)與所述控制器連接。優(yōu)選的，所述升速齒輪箱與一潤滑油系統(tǒng)連接，所述潤滑油系統(tǒng)與所述控制器連接。優(yōu)選的，所述真空倉與一抽真空系統(tǒng)連接，所述抽真空系統(tǒng)與所述控制器連接。優(yōu)選的，所述主變頻器、從變頻器上連接有制動電阻。本發(fā)明還公開了一種上述大型汽輪機轉子高速動平衡驅動系統(tǒng)的控制方法，該大型汽輪機轉子高速動平衡驅動系統(tǒng)在啟動時，先使主變頻器合閘，隔幾秒鐘后再使從變頻器合閘，然后由盤車通過升速齒輪箱帶動轉子旋轉，當轉子的轉速達到一定速度后使盤車與所述升速齒輪箱脫開，并使所述主變頻器、從變頻器輸送使能信號，使所述主電機、從電機同步運行帶動所述轉子旋轉。
優(yōu)選的，所述轉子采用耗能制動方式進行制動。優(yōu)選的，在所述轉子運行過程中，所述主變頻器接受來自控制器的給定值做速度閉環(huán)，所述從變頻器做速度跟隨運行，所述主電機的實際扭矩作為所述從電機的扭矩給定。優(yōu)選的，當所述轉子的轉速接近目標速度值時，所述控制器控制主變頻器、從變頻器強制減小主電機、從電機的轉速變化率。上述技術方案具有如下有益效果該大型汽輪機轉子高速動平衡驅動系統(tǒng)采用兩個電機串聯(lián)的方式帶動轉子旋轉，該系統(tǒng)可實現閉環(huán)控制，可有效提高大型汽輪機轉子高 速平衡的轉速精度，而且還可提高動平衡系統(tǒng)的升速速度。該驅動系統(tǒng)結構簡單、操作方便，工作效率高，便于維修、維護，可有效降低試驗成本。上述說明僅是本發(fā)明技術方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術手段，并可依照說明書的內容予以實施，以下以本發(fā)明的較佳實施例并配合附圖對本專利進行詳細說明。


圖I為本發(fā)明實施例驅動系統(tǒng)的結構框圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行詳細介紹。如圖I所示，大型汽輪機轉子高速動平衡驅動系統(tǒng)包括轉子2、主電機4、從電機3、升速齒輪箱5。主電機4、從電機3均為中壓變頻電機，主電機4為雙伸軸電機，主電機4通過其一側電機軸與從電機3同軸串聯(lián)，主電機4通過其另一側電機軸與一升速齒輪箱5連接，升速齒輪箱5與轉子2連接，升速齒輪箱5還與一盤車6連接。在進行動平衡試驗時，轉子2位于真空倉I內，真空倉I與抽真空系統(tǒng)10連接，抽真空系統(tǒng)10可對真空倉I進行抽真空，使轉子2在真空環(huán)境下進行動平衡試驗。主電機4與主變頻器8連接，從電機3與從變頻器7連接，從變頻器7、主變頻器8分別控制從電機3、主電機4工作，從電機3、主電機4均與一水冷系統(tǒng)11連接，從電機3、主電機4可通過該水冷系統(tǒng)11進行水冷卻，從電機3、主電機4也可采用風冷卻的方式進行冷卻。升速齒輪箱5與一潤滑油系統(tǒng)9連接，潤滑油系統(tǒng)9用于對升速齒輪箱5內的齒輪進行潤滑，以保證齒輪長時間正常運轉。從電機3、主電機4都有獨立的供電通道，經各自高壓開關柜由變壓器降壓后直接送電到相應的變頻器。兩臺變頻器及電機通過Profibus-DP總線進行通信，可保持同步同軸運行，平均分攤轉矩。變頻器輸入側采用12脈沖二極管整流器電路，電機側采用HV-IGBT三級變頻器(PWM)，通過高性能的TRANSVEKT0R閉環(huán)控制，這樣不僅可以保證優(yōu)秀的控制功能和動態(tài)特性，還可憑借優(yōu)化的脈沖調制降低諧波以確保對電能質量的影響在要求范圍內。上述主變頻器8、從變頻器7、潤滑油系統(tǒng)9、抽真空系統(tǒng)10、水冷系統(tǒng)11均與一控制器12連接，主電機4、從電機3、轉子2上均設有轉速傳感器，各轉速傳感器也與均與控制器12連接?？刂破?2可根據轉速傳感器反饋的轉速控制主變頻器8、從變頻器7的信號輸出，從而形成一閉環(huán)反饋系統(tǒng)。同時控制器還可實時控制潤滑油系統(tǒng)9、抽真空系統(tǒng)10、水冷系統(tǒng)11工作。
由于轉子2的負載較大，如果直接采用上述驅動系統(tǒng)驅動轉子進行高速動平衡試驗，有可能對電網造成沖擊，因此必須對該驅動系統(tǒng)的控制方法進行優(yōu)化。在啟動時，先使主變頻器8合閘，隔幾秒鐘后再使從變頻器7合閘，然后先由盤車6通過升速齒輪箱5帶動轉子2旋轉，當轉子2的轉速達到一定速度后使盤車6與升速齒輪箱5脫開，并使主變頻器8、從變頻器7同時輸送使能信號，使主電機4、從電機3同步運行帶動轉子2旋轉。由于轉子2的負載大，先由盤車6帶動其旋轉可給整個系統(tǒng)提供一較大的初始扭矩，并拉長合閘時間，這樣可明顯降低對電網的沖擊，兩個變頻器同時啟動也使得從電機的跟隨特性比較平穩(wěn)。由于轉子2的負載較大，根據閉環(huán)控制原理，兩個變頻器設定時其速度環(huán)和電流環(huán)方面都要對PI參數進行調整，一般需選擇較大I以減小振蕩，同時也適當加大P值來提 高響應時間。為達到盡可能快的響應時間，又能快速穩(wěn)定速度，減小振蕩，降低對機械的沖擊，當轉子2的轉速接近目標速度值時，控制器12應通過控制主變頻器8、從變頻器7強制減小主電機4、從電機3的轉速變化率。從實際調整應用情況表明，采用此方法，可迅速穩(wěn)定速度，大大降低速度的超調量。在轉子2運行過程中，主變頻器8接受來自控制器12的給定值做速度閉環(huán)，而從變頻器7做速度跟隨運行，主電機4的實際扭矩作為從電機3的扭矩給定，這樣可保證從電機3、主電機4同步運行以提供均勻的扭矩。試驗結束進行制動時為減少對電網的沖擊，可采用耗能制動方式進行制動，主變頻器8、從變頻器7上應連接制動電阻。該大型汽輪機轉子高速動平衡驅動系統(tǒng)通過兩臺變頻器的相互協(xié)調對兩臺電機進行控制。可以根據不同噸位的轉子調整不同的升降速率限值，通過最高速度限值、目標轉速、及升降速率確定試驗參數，在空載或輕載的情況下還可選用“單電機”模式進行驅動。由于該驅動系統(tǒng)的各輔助系統(tǒng)(潤滑油系統(tǒng)9、抽真空系統(tǒng)10、水冷系統(tǒng)11)相對獨立分散，在整個系統(tǒng)功能實現時需建立全面的聯(lián)鎖關系來保障試驗按步順利進行。在操作界面中，可加入了“主機起動允許”按鈕，進入即可知當前沒有滿足起動要求的系統(tǒng)及原因，從而采取相應措施或對不影響生產的條件暫時屏蔽以保障生產。該大型汽輪機轉子高速動平衡驅動系統(tǒng)采用兩個電機串聯(lián)的方式帶動轉子旋轉，該系統(tǒng)可實現閉環(huán)控制，可有效提高大型汽輪機轉子高速平衡的轉速精度，而且還可提高動平衡系統(tǒng)的升速速度。該驅動系統(tǒng)結構簡單、操作方便，工作效率高，便于維修、維護，可有效降低試驗成本。該驅動系統(tǒng)最高轉速可升至4350轉/分，為今后出口歐美地區(qū)的60Hz機組轉子超速動平衡試驗創(chuàng)造了發(fā)展空間。對比改造前后驅動系統(tǒng)能耗，平均每根轉子的驅動能源成本由原先的6萬元，減少到< 4千元，新的驅動系統(tǒng)可節(jié)約能源成本達93%以上，與以往每年試車180根轉子計算，每年可為企業(yè)節(jié)約1000萬元運行成本。采用上述控制方法對該驅動系統(tǒng)進行控制，運行的實際效果非常好，兩臺電機幾乎同時起動，扭矩出力均勻，速度平穩(wěn)上升，系統(tǒng)穩(wěn)定，且不會對電網造成大的沖擊。由此可見該驅動系統(tǒng)無論是裝備技術性能還是在節(jié)能技術方面，都達到了國際領先水平，在汽輪機裝備技術領域是一次重大突破。以上對本發(fā)明實施例所提供的一種大型汽輪機轉子高速動平衡驅動系統(tǒng)及控制方法進行了詳細介紹，對于本領域的一般技術人員，依據本發(fā)明實施例的思想，在具體實施方式
及應用范圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內容不應理解為對本發(fā)明的限制，凡依本發(fā)明設計思想所做的任何 改變都在本發(fā)明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種大型汽輪機轉子高速動平衡驅動系統(tǒng)，其包括一真空倉，所述真空倉內設有用于進行動平衡試驗的轉子，其特征在于其還包括一主電機和一從電機，所述主電機為一雙伸軸電機，所述主電機通過其一側電機軸與所述從電機同軸串聯(lián),所述主電機通過其另一側電機軸與一升速齒輪箱連接，所述升速齒輪箱與所述轉子連接，所述升速齒輪箱還與一盤車連接，所述主電機與主變頻器連接，所述從電機與從變頻器連接，所述主變頻器、從變頻器與一控制器連接，所述主電機、從電機、轉子上均設有轉速傳感器，所述轉速傳感器與所述控制器連接。
2.根據權利要求I所述的大型汽輪機轉子高速動平衡驅動系統(tǒng)，其特征在于所述主電機、從電機與一水冷系統(tǒng)連接，所述水冷系統(tǒng)與所述控制器連接。
3.根據權利要求I所述的大型汽輪機轉子高速動平衡驅動系統(tǒng)，其特征在于所述升速齒輪箱與一潤滑油系統(tǒng)連接，所述潤滑油系統(tǒng)與所述控制器連接。
4.根據權利要求I所述的大型汽輪機轉子高速動平衡驅動系統(tǒng)，其特征在于所述真空倉與一抽真空系統(tǒng)連接，所述抽真空系統(tǒng)與所述控制器連接。
5.根據權利要求I所述的大型汽輪機轉子高速動平衡驅動系統(tǒng)，其特征在于所述主變頻器、從變頻器上連接有制動電阻。
6.一種權利要求I所述大型汽輪機轉子高速動平衡驅動系統(tǒng)的控制方法，其特征在于該大型汽輪機轉子高速動平衡驅動系統(tǒng)在啟動時，先使主變頻器合閘，隔幾秒鐘后再使從變頻器合閘，然后由盤車通過升速齒輪箱帶動轉子旋轉，當轉子的轉速達到一定速度后使盤車與所述升速齒輪箱脫開，并使所述主變頻器、從變頻器輸送使能信號，使所述主電機、從電機同步運行帶動所述轉子旋轉。
7.根據權利要求6所述大型汽輪機轉子高速動平衡驅動系統(tǒng)的控制方法，其特征在于所述轉子采用耗能制動方式進行制動。
8.根據權利要求6所述大型汽輪機轉子高速動平衡驅動系統(tǒng)的控制方法，其特征在于在所述轉子運行過程中，所述主變頻器接受來自控制器的給定值做速度閉環(huán)，所述從變頻器做速度跟隨運行，所述主電機的實際扭矩作為所述從電機的扭矩給定。
9.根據權利要求6所述大型汽輪機轉子高速動平衡驅動系統(tǒng)的控制方法，其特征在于當所述轉子的轉速接近目標速度值時，所述控制器控制主變頻器、從變頻器強制減小主電機、從電機的轉速變化率。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種大型汽輪機轉子高速動平衡驅動系統(tǒng)，該驅動系統(tǒng)包括一主電機和一從電機，主電機為一雙伸軸電機，主電機通過其一側電機軸與從電機同軸串聯(lián)，主電機通過其另一側電機軸與一升速齒輪箱連接，升速齒輪箱與轉子連接，升速齒輪箱還與一盤車連接，主電機與主變頻器連接，從電機與從變頻器連接，主變頻器、從變頻器與一控制器連接，主電機、從電機、轉子上均設有轉速傳感器，轉速傳感器與所述控制器連接。該系統(tǒng)可實現閉環(huán)控制，可有效提高大型汽輪機轉子高速平衡的轉速精度，而且還可提高動平衡系統(tǒng)的升速速度。該驅動系統(tǒng)結構簡單、操作方便，工作效率高，便于維修、維護，可有效降低試驗成本。
文檔編號G01M1/18GK102636312SQ20121012958
公開日2012年8月15日 申請日期2012年4月27日 優(yōu)先權日2012年4月27日
發(fā)明者倪國平, 夏建忠, 李斌, 王珊 申請人:上海電氣電站設備有限公司