清华燃机2启动设备与系统X

1、 燃气轮机装置启动系统12010-04-29燃气轮机启动设备及系统一、启动系统概述u 将燃气轮机从静止态拖转起来到自持转速用的外部动力设备及其附件统称为：启动系统。 含：启动电机、液力变扭器、齿轮箱、离合器等。u 在机组停机后，启动系统中的设备可用于停机后及冷机下的盘车；l 自持转速燃机转子不依靠外界，维持自 身旋转时的转速。22010-04-29燃气轮机启动设备及系统二、燃气轮机的启动设备二、燃气轮机的启动设备p 燃气轮机是不能自行启动的热能动力装置，它的启动过程是在外部的启动机的帮助下完成的。p 燃机在零转速到脱扣转速脱扣转速之间，启动机始终在驱动燃气轮机转子转动，即：启动机为转子提供启动

2、力矩并将转子带到脱扣转速。 l 脱扣转速燃机转子转速大于启动机转速 后，启动机与燃机转子脱离时的转速。32010-04-29燃气轮机启动设备及系统启动设备功能及类型u启动机应具有足够的功率和良好的扭矩特性。启动机应具有足够的功率和良好的扭矩特性。u启动机在低转速条件下具有较大的扭矩，使启动机在低转速条件下具有较大的扭矩，使沉重的主机转子从静止状态转动并加速。启沉重的主机转子从静止状态转动并加速。启动机负荷特性与负载之间有良好的扭矩匹配；动机负荷特性与负载之间有良好的扭矩匹配；u目前单轴燃气轮机的启动机功率大约是主机目前单轴燃气轮机的启动机功率大约是主机额定功率的额定功率的2%2%5%5%。主机

3、的结构越笨重，所。主机的结构越笨重，所需的启动机功率就越大。需的启动机功率就越大。u倘若机组启动时必须带负载启动（如高炉煤倘若机组启动时必须带负载启动（如高炉煤气压气机），则启动机的功率有可能超过主气压气机），则启动机的功率有可能超过主机额定功率的机额定功率的5%5%以上。以上。出现新型启动方式。出现新型启动方式。42010-04-29燃气轮机启动设备及系统(1) (1) 柴油机启动柴油机启动u 优点 容易选购，不需要较大容量的外界电源，有利于机组在外界没有电网的地区运行，不受事故断电影响，对环境适应性较强等。u 缺点 结构比较复杂，需要增配液力变扭器装置，低温的地区启动比夏天困难。52010

4、-04-29燃气轮机启动设备及系统1) 柴油机启动特性线62010-04-29燃气轮机启动设备及系统（2）用变频器和主发电机启动由于交流电动机的转速难于调节，接入交流电源后升速很快。燃烧室点火是否成功与压气机排气的气流压力、流速有关，主机的转速过高，不易点火成功。交流电动机利用燃气轮机在升速时的自发功率困难。其主要原因是交流电机扭矩特性匹配性能差。故引入变频技术驱动交流电动机，从而拖得燃机转子。 72010-04-29燃气轮机启动设备及系统（2）用变频器和主发电机启动(续)u 增设变频器与交流电源相连接；u 变频器的作用是输给主发电机的交流电变频器的作用是输给主发电机的交流电的频率，使其从低频

5、逐渐向的频率，使其从低频逐渐向5050HzHz过渡。过渡。通过变频器调节交流电动机的转速，犹如直流电动机那样加载运行。u 变频启动方式已在许多大功率的燃气轮机装置和燃气蒸汽联合循环装置中使用，获得可靠成功（F级燃机均采用）。82010-04-29燃气轮机启动设备及系统变频器与主发电机联合工作时的启动特性曲线92010-04-29燃气轮机启动设备及系统用联合循环装置中的汽轮机作启动机来启动整台机组优点 简单方便，可省去一般常用的启动机，节省启动设备的投资费用。缺点 需要外界具备有蒸汽源。对于老电站或已有多台联合循环装置的电站来说是现实的。目前，这种启动方式也已经实用。102010-04-29燃气

6、轮机启动设备及系统汽轮机启动特性曲线112010-04-29燃气轮机启动设备及系统燃机用其它类型启动机 1、电动机 直流电动机: 扭矩特性好； 交流电动机: 用在大中型机组。 2、励磁机兼作启动机。 3、内燃机、膨胀透平、液压马达等其它类 型启动设备。122010-04-29燃气轮机启动设备及系统启动系统中的设备外形简图132010-04-29燃气轮机启动设备及系统启动设备p 下面分析启动设备与装置；p 然后，再分析启动系统。142010-04-29燃气轮机启动设备及系统液力变扭器将启动机和燃气轮机联接起来的装置液力变扭器用“软性”的液力方式联接启动机与燃气轮机转子，启动机借助液力变扭器传递扭

7、矩给燃气轮机主轴。液力变扭器允许启动机与燃机间有不同的转速。二者间转速差越大，所传递的扭矩就越大。152010-04-29燃气轮机启动设备及系统启动机转速与输出功率之关系 旋转轴传递扭矩表达式分析 转轴转轴扭矩扭矩计计算式：算式： M M1 1=N=Ne e/ / 式中：式中：M M1 1启启动动机机输输出扭矩；出扭矩； N Ne e启启动动机机输输出功率；出功率； 启启动动机角速度。机角速度。 由公式可由公式可见见，功率不，功率不变变，转转速低速低输输出扭矩大；出扭矩大；转转速高，速高，输输出扭矩小。出扭矩小。该该特性适用作特性适用作为负载为负载的的燃气燃气轮轮机机转转子的启子的启动动特性要

8、求。特性要求。（A）162010-04-29燃气轮机启动设备及系统液力变扭器（续）为了适配转轴的扭矩公式必须采用液力变扭器装置；为什麽启动系统中加装液力变扭器？ 为什么不将启动柴油机（或启动电动机）的输出轴直接和燃气轮机主轴相联的启动离合器联接，而非要在两者之间增设一个液力变扭器呢？172010-04-29燃气轮机启动设备及系统液力变扭器（续）理由：l 这是因为在机组的启动过程中，启动机的工作特性并不能与燃气轮机的启动特性直接相匹配的缘故。l在燃气轮机启动的瞬间，机组尚处于静止状态，如使燃气轮机的转子从静止开始旋转并加速上去，就一定需要从外界输入一个很大的启动扭矩MMn n* *。这个启动扭矩

9、需要液力变扭器来实现。182010-04-29燃气轮机启动设备及系统液力变扭器（续）p 下图，给出了机组启动过程中，机组需从外界接受的启动扭矩随转速变化的关系曲线。p 曲线表明，燃机负载特性要求启动机转速低时，扭矩大，用以克服燃机巨大的静态扭矩，二者的负载启动特性能够良好地匹配起来。192010-04-29燃气轮机启动设备及系统启动扭矩与转速关系202010-04-29燃气轮机启动设备及系统扭矩特性曲线212010-04-29燃气轮机启动设备及系统启动扭矩与转速关系分析如选择柴油机作为启动机，柴油机的工作特性并不能保证柴油机在启动瞬间就能发出很大的扭矩。因柴油机所能发出的功率（或扭矩）与单位时

10、间内吸入到气缸中去的空气量有密切关系。只有柴油机本身被启动起来并增速到一定转速后，才能向它增加喷油量，进而使柴油机的转速和功率（或扭矩）递增上去。 222010-04-29燃气轮机启动设备及系统启动扭矩与转速关系分析n 假如将启动柴油机的输出轴与机组的主轴直接假如将启动柴油机的输出轴与机组的主轴直接相联，两者始终有相同的转速，那么启动机本相联，两者始终有相同的转速，那么启动机本身就无法启动，更不可能用它带动燃气轮机加身就无法启动，更不可能用它带动燃气轮机加速旋转了。速旋转了。n 因此，在机组的启动过程中，为了使柴油机本因此，在机组的启动过程中，为了使柴油机本身能够先被启动并加速上去，就不能把启

11、动柴身能够先被启动并加速上去，就不能把启动柴油机的输出轴与和燃气轮轴相连接的传动轴直油机的输出轴与和燃气轮轴相连接的传动轴直接相联，必须在这两根轴之间加装一个液力变接相联，必须在这两根轴之间加装一个液力变扭器扭器。 232010-04-29燃气轮机启动设备及系统液力变扭器的作用液力变扭器为机组的启动解决以下两个问题：液力变扭器为机组的启动解决以下两个问题： 在机组刚启动时，使柴油机的输出轴与机在机组刚启动时，使柴油机的输出轴与机组的主轴脱离传动关系，保证柴油机能够首先组的主轴脱离传动关系，保证柴油机能够首先单独启动起来；单独启动起来； 当柴油机启动成功并加速到相当高的转速当柴油机启动成功并加速

12、到相当高的转速时，柴油机能通过液力变扭器以较大的扭矩传时，柴油机能通过液力变扭器以较大的扭矩传送给燃机主轴，使燃气轮机启动并加速上去。送给燃机主轴，使燃气轮机启动并加速上去。为什麽液力变扭器能够实现上述功能哪？为什麽液力变扭器能够实现上述功能哪？242010-04-29燃气轮机启动设备及系统液力变扭器结构图252010-04-29燃气轮机启动设备及系统液力变扭器图262010-04-29燃气轮机启动设备及系统液液力力变变扭扭器器图图2272010-04-29燃气轮机启动设备及系统液力变扭器的结构液力变扭器由三个装有若干叶片的工作叶轮组成：作旋转运动的泵轮2和涡轮4，以及不能旋转固定的导向轮5。

13、泵轮用柴油机的输出轴来驱动。涡轮是通过从动轴3以及启动离合器，与辅助齿轮箱中机组主轴的传动轴1相联的。导向轮固定在不动的套筒上。液力变扭器装配成套后，泵轮、涡轮和导向轮互相配合在一起，共同组成一个环形内腔，工作时透平润滑油充满其中，作为传扭的工作液体。282010-04-29燃气轮机启动设备及系统液力变扭器工作原理液力变扭器正常工作时，充满内腔的滑油将沿着前图98所示的箭头方向作循环运动。通过这种流动，可把启动启动机发出的扭矩，由泵轮传递给涡轮。由于泵轮实质上就是一台离心式油泵。当它接受了由启动柴油机传来的外功后，就能够使工作液体在泵轮中增压，随后把高压液流输送给位于其后的径流式涡轮，去推动它

14、作旋转运动。 292010-04-29燃气轮机启动设备及系统液力变扭器工作原理在机组刚开始启动时，液力变扭器中环形内腔的工作液体已完全排尽，那么，当启动机带着泵轮旋转时，燃气轮机的主轴将仍然处于静止不动。这样，就可以保证机组在刚开始启动时，使启动机的输出轴与机组的主轴脱离传动关系。工作液体逐渐注入变扭器环形内腔。 随着液体压力及柴油机转速的提高，具备了越来越大的能量，启动机本身很容易将转子启动起来并加速上去。302010-04-29燃气轮机启动设备及系统液力变扭器工作原理启动机的升速过程中，使用被启动机直接驱动的注液泵，把工作液体逐渐注入到液力变扭器的环形内腔中去。由于工作液体充满了环形内腔，

15、并在其中作连续的循环流动。当转动到某一时刻时，就可以通过泵轮把启动机发出的扭矩，经放大传递给涡轮。312010-04-29燃气轮机启动设备及系统液力变扭器工作原理当涡轮被高压液流冲击而刚开始旋转时，作用在涡轮从动轴上的扭矩Mn*将最大。此后假如使启动机的功率和转速保持恒定不变，那么，随着燃气轮机主轴转速的不断升高，作用在从动轴上的扭矩就会按图9-4中曲线Mn所示的规律逐渐减小。如此可见，液力变扭器工作原理能够适应燃气轮机启动特性的需要。322010-04-29燃气轮机启动设备及系统液力变扭器扭矩特性解释为什么液力变扭器具有上述变换扭矩大小的特为什么液力变扭器具有上述变换扭矩大小的特性呢？性呢？

16、根据它的工作原理作一分析。图根据它的工作原理作一分析。图9-6-6和图和图9-79-7给给出了液力变扭器中三个工作叶轮的展开示意图出了液力变扭器中三个工作叶轮的展开示意图和工作原理图。和工作原理图。 332010-04-29燃气轮机启动设备及系统液力变扭器图示342010-04-29燃气轮机启动设备及系统35油泵出口油流速2010-04-29燃气轮机启动设备及系统工作叶轮展开示意图工作叶轮展开示意图的制取方法是：工作叶轮展开示意图的制取方法是： 假想地沿着环形内腔的外侧圆周轮廓线，把假想地沿着环形内腔的外侧圆周轮廓线，把每个工作叶轮上用来安装叶片的曲面外壳板，每个工作叶轮上用来安装叶片的曲面外

17、壳板，向同一个方向展开成平面。向同一个方向展开成平面。这样，原先在环形内腔中互相循环衔接的泵这样，原先在环形内腔中互相循环衔接的泵轮轮4 4、涡轮、涡轮3 3和导向轮和导向轮5 5，就可以被展开成为三，就可以被展开成为三个彼此顺序排列的环形平面，如图个彼此顺序排列的环形平面，如图10-610-6所示。所示。 362010-04-29燃气轮机启动设备及系统液力变扭器工作的动力学原理在燃气轮机的主轴还没有旋转之前，已把启动机单独启动起来了，而且在比较短的时间内，使其转速升高到额定转速附近。在此过程中，将工作液体逐渐注入液力变扭器的环形内腔，使液力变扭器开始工作。离心式泵轮可以使高压的工作液体以一定

18、的绝对速度C1，冲向装在涡轮轮盘上的叶列，参见图9-7。 372010-04-29燃气轮机启动设备及系统液力变扭器工作的动力学原理当启动柴油机的功率和转速维持不变时，绝对速度C1的大小和方向也应该恒定不变。此后，这股工作液体将以相对速度W2流出涡轮，也就是以绝对速度C2流出涡轮，然后进入导向轮。从叶轮机械原理的欧拉方程可知，工作液体在涡轮中产生的功率是： N N = = G G（C C1u1u u u1 1- C- C2u2u u u2 2）= = G G（C C1u1u r r1 1- C- C2u2u r r2 2） （10-110-1）382010-04-29燃气轮机启动设备及系统液力变

19、扭器工作的动力学原理根据功率（ N）等于扭矩与角速度的乘积 N= Mn （10-2）综合以上两式得到，当工作液体的速度在涡轮中发生变化时，在从动轴上产生的扭矩是 Mn = G（C1ur1- C2uCr2） （10-3）上面三个公式中各量的物理意义如下： 392010-04-29燃气轮机启动设备及系统公式中的各物理量含义G 单位时间内流过涡轮的工作液体的质量；单位时间内流过涡轮的工作液体的质量；C1u工作液体流进涡轮时所具有的绝对速度工作液体流进涡轮时所具有的绝对速度C1在圆周速在圆周速 度度u1方向上的分量；方向上的分量；u1 涡轮叶片进口平均半径处的圆周速度；涡轮叶片进口平均半径处的圆周速度

20、；r1 涡轮叶片进口处的平均半径；涡轮叶片进口处的平均半径；C2u工作液体流出涡轮时所具有的绝对速度工作液体流出涡轮时所具有的绝对速度C2在圆周速在圆周速 度度u2方向上的分量；方向上的分量；u2 涡轮叶片出口平均半径处的圆周速度；涡轮叶片出口平均半径处的圆周速度；r2 涡轮叶片出口处的平均半径；涡轮叶片出口处的平均半径；P 工作液体在涡轮中产生的功率；工作液体在涡轮中产生的功率；Mn 工作液体在从动轴上产生的扭矩；工作液体在从动轴上产生的扭矩； 燃气轮机转子的角速度。燃气轮机转子的角速度。 402010-04-29燃气轮机启动设备及系统公式解释从图9-7上不难发现：在绝对速度C1恒定不变的情

21、况下，工作液体流出涡轮时所具有的C2的大小和方向，将会由于涡轮转速的变化而不断地改变。很明显，当涡轮即将开始旋转时，也就是当燃气轮机的转子刚要启动旋转的瞬间，C2应等于W2,由于C1u的方向与W2u的方向彼此相反，因而，当时作用在从动轴上的扭矩应等于 Mn* = G( C1ur1 + W2ur2 ) (10-4) 412010-04-29燃气轮机启动设备及系统公式解释当涡轮开始旋转后，由于圆周速度u2逐渐增大，这就会使工作流体流出涡轮时所具有的绝对速度C2，逐渐从W2的位置开始朝着C2的位置过渡。当涡轮的转速越高（即u2越大）时，C2偏离W2的方向越厉害。这正意味着：在绝对速度C1保持恒定不变

22、的情况下（当然C1u也就恒定不变了），随着涡轮转速的升高，式（10-3）中的C2u值将从“-W2u”开始逐渐变化到零，最后将由于C2u与C1u同方向，而变为“+ C2 ”。 422010-04-29燃气轮机启动设备及系统公式解释当启动柴油机的功率和转速（也就是工作液体流进涡轮时的绝对速度C1）保持恒定不变时，由于关系式（10-3）中的G 、C1u 、r1 和r2都是常数项，因而作用在从动轴上的扭矩Mn的大小就应该只取决于C2u值的大小和方向。当从动的燃机主轴尚未开始旋转时，由于C2u = W2u ，其方向又与C1u相反，此时，由启动柴油机传递给燃气轮机主轴的启动扭矩将最大。此后，随着机组转速的

23、升高，由于C2u值减小或转变方向，就会使作用在燃气轮机主轴上的扭矩越来越小。 432010-04-29燃气轮机启动设备及系统分析速度三角形矢量关系1）0，油透平未转动。C2u=W2u,，且反向。油透 平的输出扭矩最大，满足冲转需要；2）对具体的透平，出口相对速度为常数，随转速上 升C2u减小，油透平扭矩减小；3）随转速上升，C2u由负值增加到零；4）转速再上升，C2u与C2u同向，差值变小；5）直到某一转速，差值为零，输出扭矩为零； 可见，上述过程符合主机扭矩起动要求。442010-04-29燃气轮机启动设备及系统液力变扭器原理小结以上就是为什么在启动机的输出轴与燃气轮机的主轴之间必须加装液力

24、变扭器的根本原因。当用柴油机或交流电动机作为启动机时，在它们和燃气轮机主轴之间加装液力变扭器，也能达到上述获得匹配的启动扭矩特性的目的。452010-04-29燃气轮机启动设备及系统液力变扭器工作过程描述液力变扭器环形内腔中的工作液体（润滑油）由启动机驱动的注液泵直接从机组的主润滑油箱中抽取。启动过程注液泵的转速低时，抽吸滑油的能力不够，因而首先必须依靠机组滑油系统中的事故滑油泵或辅助滑油泵，为液力变扭器中转动部件润滑提供少量的润滑油。462010-04-29燃气轮机启动设备及系统液力变扭器工作过程描述当启动机启动成功，并达到一定转速后，注液泵才能使液力变扭器的环形内腔充油，以便使液力变扭器开

25、始工作。液力变扭器中的回油将直接排回主油箱。 472010-04-29燃气轮机启动设备及系统说明l液力变扭器出口的正常油温是： (82.2100)。 允许连续安全运行的最高油温是： （121.1)。l液力变扭器的进油压力通常在: (0.388.0) MPa 。l回油压力则会由于液力变扭器的转速或速比的改变而发生某些变化。 482010-04-29燃气轮机启动设备及系统辅机传动与辅助齿轮箱 492010-04-29燃气轮机启动设备及系统燃气轮机辅机传动与辅助齿轮箱 中型以下燃气轮机中：主润滑油泵、主燃油泵、主液压油泵、主雾化空气压缩机以及其它用途的泵和压缩机，还有盘车装置辅助设备等，均需要动力来

26、传动；辅助设备的传动问题因燃气轮机的型式、用途以及设计者意图的不同而异，辅助设备传动的方案和方法也就多种多样。启动机及盘车装置的动力直接传送给燃气轮机，其余的辅助设备的传动有以下三种方案： 502010-04-29燃气轮机启动设备及系统辅助设备的传动方案 （1 1）辅助设备所需的大多动力源于主轴动力）辅助设备所需的大多动力源于主轴动力l不使用主机以外的动力来传动辅助设备，即不使用主机以外的动力来传动辅助设备，即机组能够完全独立地运行。这种方案广泛地机组能够完全独立地运行。这种方案广泛地用于航空、舰船以及车辆燃气轮机机组上。用于航空、舰船以及车辆燃气轮机机组上。l中等功率以下的燃气轮机机组由于辅

27、助设备中等功率以下的燃气轮机机组由于辅助设备较少且简单，一般也使用这种方案较少且简单，一般也使用这种方案( (如：如：MS9001EMS9001E级的机组）。级的机组）。 512010-04-29燃气轮机启动设备及系统辅助设备的传动方案 （2 2）需要传动的辅助设备动力）需要传动的辅助设备动力, ,部分由主机传部分由主机传动，部分用电动机带动动，部分用电动机带动l 由于主机转速与辅助设备的转速往往不同，以及各辅助设备的转速也往往是不一样的，所以需要使用称作辅助齿轮箱的变速装置。l 部分辅助设备用电动机来带动。这就要求必须配有交流电源。造成另一弊端是：整个动力装置所需的辅助设备数量增多。 522

28、010-04-29燃气轮机启动设备及系统辅助设备的传动方案 （3 3）需要动力来传动的辅助设备全部由电动）需要动力来传动的辅助设备全部由电动机来传动机来传动l这种情况下，机组不需要配备用于主机与辅助设备之间进行传动的辅助齿轮箱了，不需要齿轮箱与压气机之间的短轴，不再需要液力变扭器等设备。l这种结构以目前典型的F级机型为代表。简化了启动设备或装置，缩短了轴系长度。532010-04-29燃气轮机启动设备及系统某20MW燃气轮机的辅助齿轮箱的传动示意图542010-04-29燃气轮机启动设备及系统MS6B机组辅助齿轮箱552010-04-29燃气轮机启动设备及系统辅助齿轮箱外形图2010-04-2

29、9燃气轮机启动设备及系统56（9E机组）辅助齿轮箱功用 1. 在机组启动时，通过它向燃气轮机主轴在机组启动时，通过它向燃气轮机主轴传递启动扭矩；传递启动扭矩； 2. 当机组进入正常运行后，通过它来传动当机组进入正常运行后，通过它来传动机组的主燃油泵、主润滑油泵、主液压油泵和机组的主燃油泵、主润滑油泵、主液压油泵和主雾化空气压缩机。为机组提供必要的动力。主雾化空气压缩机。为机组提供必要的动力。 采用齿轮箱结构的设计特点：机组设备简采用齿轮箱结构的设计特点：机组设备简洁，独立性强，不依赖外部动力源。缺点是齿洁，独立性强，不依赖外部动力源。缺点是齿轮传动轴要求运行平稳、可靠，加大了轴长。轮传动轴要求

30、运行平稳、可靠，加大了轴长。572010-04-29燃气轮机启动设备及系统辅助齿轮箱的说明辅助齿轮箱的#1轴的左端，与启动设备中的液力变扭器的输出轴相联，右端通过与压气机侧短轴靠背轮与燃气轮机的主轴连接。燃机启动过程中，齿轮箱完成三个动作： 啮合啮合。首先液压控制的爪式启动离合器啮合。 传扭传扭。将启动机的启动扭矩传给燃机主轴。 脱离脱离。转速升高到额定转速的60%时，爪式启动离合器脱离啮合，启动机与燃机主轴脱离传动关系脱扣转速脱扣转速。582010-04-29燃气轮机启动设备及系统辅助齿轮箱的说明在辅助齿轮箱的顶部还装有液压棘轮式的盘车装置。盘车装置通过#1轴上的齿轮Z11来驱动燃气轮机的主

31、轴，做做间间歇性的歇性的盘车转动盘车转动， ，或在启启动动初初始始时时瞬瞬间间冲冲转转转转子，子，完成这两项目的。燃机的超速螺栓保安装置安装在#1轴上。正常运行时，对6B机组，#1轴的转速是5100转/分钟。 592010-04-29燃气轮机启动设备及系统辅助齿轮箱的说明 辅助齿轮箱正常运行时， #1轴通过齿轮Z1和Z2传动#2轴； #2轴是中间传动轴；#2轴通过齿轮Z3和Z4传动右侧的一根#3轴，右侧的#3轴与主雾化空气压缩机相联，主雾化空气压缩机的工作转速是6000转/分钟。602010-04-29燃气轮机启动设备及系统辅助齿轮箱的说明#2轴通过齿轮Z5和Z6传动左侧的一根#3轴，左侧的#

32、3轴与主燃油泵相联，主燃油泵的工作转速是1800转/分钟。#2轴通过齿轮Z7和Z8传动#4轴，#4轴左端与主润滑油泵相联，主润滑油泵的工作转速是1432转/分钟。612010-04-29燃气轮机启动设备及系统辅助齿轮箱的说明#4轴通过齿轮Z10和Z9传动#5轴，#5轴与主液压泵相联，主液压泵的工作转速仍是1432转/分钟。可见通过齿轮箱可实现不同轴输出不同转速之目的。622010-04-29燃气轮机启动设备及系统安装维护与检修辅助齿轮箱的安装是很重要的。安装精度对其运行有较大影响。对齿轮箱的维护也是运行重点，重要的传力部件检修是经常性的，从其位置看到。要检查齿轮之间的磨损情况以及轴承的磨损；技

33、术方面要求平行度，垂直度，对中性指标，直接与主轴相连接；检查是主要观察表面金属的光洁度，滑痕以及基础，噪音等；维护要注意保持润滑油量充足，振动数据等。632010-04-29燃气轮机启动设备及系统齿轮箱常见故障与维护 1 1、安装精度对运行的影响；、安装精度对运行的影响； 2 2、润滑油的故障引起齿轮箱故障；、润滑油的故障引起齿轮箱故障； 3 3、齿轮箱的破损事故导致机组振动；、齿轮箱的破损事故导致机组振动； 4 4、齿轮运行受力不均引起齿轮疲劳、断齿。、齿轮运行受力不均引起齿轮疲劳、断齿。 5 5、在线监测振动、温度、滑油质量检测等。、在线监测振动、温度、滑油质量检测等。642010-04-

34、29燃气轮机启动设备及系统启动离合器启动设备部分描述启动设备部分描述652010-04-29燃气轮机启动设备及系统启动离合器的功用 机组启动时，启动离合器能自动把启动机的机组启动时，启动离合器能自动把启动机的输出轴与燃机的主轴联结起来，使启动机完输出轴与燃机的主轴联结起来，使启动机完成驱动燃机转子，完成燃机机组的升速、点成驱动燃机转子，完成燃机机组的升速、点火、再升速、运行火、再升速、运行直到直到脱扣转速脱扣转速，停转，停转动作动作; ; 停机过程中，离合器自动地将启动机的输出停机过程中，离合器自动地将启动机的输出轴与燃机的主轴之间脱开联结，启动机停机。轴与燃机的主轴之间脱开联结，启动机停机。

35、 机组下一次再启动时，重复上述过程。机组下一次再启动时，重复上述过程。662010-04-29燃气轮机启动设备及系统常用的启动离合器 用于燃机机组的启动离合器一般都是能自动分用于燃机机组的启动离合器一般都是能自动分离的离的超越式的超越式的离合器。离合器。 常见的几种离合器型式：常见的几种离合器型式： a a 滚棒式离合器；滚棒式离合器； b b 棘轮式离合器；棘轮式离合器； c c 爪式离合器。爪式离合器。672010-04-29燃气轮机启动设备及系统滚棒式离合器图682010-04-29燃气轮机启动设备及系统棘轮式离合器图A692010-04-29燃气轮机启动设备及系统棘轮式离合器 图B70

36、2010-04-29燃气轮机启动设备及系统可用于大功率燃气轮机的爪式离合器712010-04-29燃气轮机启动设备及系统爪式离合器爪式离合器的组成，由：爪式离合器的组成，由：一个固定不动的爪形离合器毂；一个固定不动的爪形离合器毂；和一个能够平移滑动的爪形离合器毂套组成；和一个能够平移滑动的爪形离合器毂套组成；前者通过花键与辅助齿轮箱中的前者通过花键与辅助齿轮箱中的# #1 1主轴相连；主轴相连；后者是通过花键与液力变扭器的输出轴相连；后者是通过花键与液力变扭器的输出轴相连；滑动爪形离合器毂套可在花键上平移滑动。滑动爪形离合器毂套可在花键上平移滑动。722010-04-29燃气轮机启动设备及系统

37、爪式离合器动作图与液压盘车装置相连与液压盘车装置相连732010-04-29燃气轮机启动设备及系统限位限位开关开关当到当到20%额定转速时，额定转速时，20CS泄油。离合器维持。泄油。离合器维持。在在60%转速，从动转速，从动轴转速超过主动轴轴转速超过主动轴转速。自动脱离。转速。自动脱离。液压盘车装置742010-04-29燃气轮机启动设备及系统启动机与主轴啮合与盘车关系图示启动机与主轴啮合与盘车关系图示爪式离合器的啮合前面图中多为机械型式的离合器；前面图中多为机械型式的离合器；下面介绍液压驱动的离合器。启动离合器的啮下面介绍液压驱动的离合器。启动离合器的啮合动作是依靠两个互相平行安装的，并可

38、以同合动作是依靠两个互相平行安装的，并可以同时作水平平移运动的油动机（时作水平平移运动的油动机（3 3）来完成。在油）来完成。在油动机中设有限位板（动机中设有限位板（4 4），它可以限制油动机的），它可以限制油动机的啮合行程。啮合行程。752010-04-29燃气轮机启动设备及系统爪式离合器的啮合启动过程中，机组在控制系统的程序控制下，启动过程中，机组在控制系统的程序控制下，液压棘轮泵提供的液压操作油通过电磁阀液压棘轮泵提供的液压操作油通过电磁阀2020CSCS进入两个油动机。在液压操作油的作用下，油进入两个油动机。在液压操作油的作用下，油动机中的活塞就会使爪形离合器毂套（动机中的活塞就会使爪

39、形离合器毂套（2 2）与）与爪形离合器毂（爪形离合器毂（1 1）啮合。）啮合。啮合后，启动机就可以通过液力变扭器来带动啮合后，启动机就可以通过液力变扭器来带动燃气轮机主轴转动。燃气轮机主轴转动。 762010-04-29燃气轮机启动设备及系统爪式离合器的啮合从时间顺序上讲，只有当启动离合器完成啮合从时间顺序上讲，只有当启动离合器完成啮合动作后，指示启动离合器啮合动作完成的限位动作后，指示启动离合器啮合动作完成的限位开关开关33CS33CS闭合，启动机才能启动并升速。闭合，启动机才能启动并升速。当达到机组额定转速的当达到机组额定转速的20%20%时，在控制系统控时，在控制系统控制程序执行下，油动

40、机中的液压油就可以通过制程序执行下，油动机中的液压油就可以通过2020CSCS电磁阀逐渐泄掉。这里的电磁阀逐渐泄掉。这里的2020额定转速是额定转速是执行动作的触发信号。执行动作的触发信号。772010-04-29燃气轮机启动设备及系统爪式离合器的啮合上述卸油动作发生后，两个传力爪仍保持啮合关系；理由是：在燃机转子被启动机驱动旋转的过程中，由于启动机轴处于主动地位，因而在启动离合器的两个棘爪之间就会产生一种驱动力，它可以保证爪形离合器毂套（2）与爪形离合器毂（1）始终维持在啮合状态。 782010-04-29燃气轮机启动设备及系统爪式离合器的啮合在燃气轮机点火成功后，燃机升速达到自持转速（约为

41、额定转速的60%）后，存在于启动离合器的主、从两棘爪之间的驱动力改变方向。此种状态下，由于弹簧力和离合器棘爪的斜面作用，迫使能够滑动的爪型离合器毂套（2）与固定不动的爪型离合器毂（1）脱离啮合关系即：完成脱离动作关系。 792010-04-29燃气轮机启动设备及系统3S离合器简图布局802010-04-29燃气轮机启动设备及系统盘车装置燃气轮机燃气轮机812010-04-29燃气轮机启动设备及系统盘车目的重型燃气轮机的气缸和转子的结构厚重，停机后的冷却需要很长的时间。在转子冷却过程中，由于气缸中热气上升和冷气下降，形成气缸体的上部温度高，下部温度低的状况。如转子在停机后的冷却过程中始终静止不动

42、，那么转子就会由于其上部与下部的温度不同，造成上部与下部热膨胀不均匀，发生弯曲变形，这是绝对不允许的。（为什么？） 822010-04-29燃气轮机启动设备及系统盘车目的通常，转子热变形随着温度的均匀能自行消除。通常，转子热变形随着温度的均匀能自行消除。但有的机组，由于冷却时间长，致使变形时间但有的机组，由于冷却时间长，致使变形时间长，以及结构上的因素而造成残留的永久变形。长，以及结构上的因素而造成残留的永久变形。机组再次启动运行将产生很大的振动。机组再次启动运行将产生很大的振动。对于无残留变形的机组来说，若停机后不久，对于无残留变形的机组来说，若停机后不久，机组还未完全冷却就重新启动（热态启

43、动），机组还未完全冷却就重新启动（热态启动），则将因转子暂时的弯曲变形而产生很大的振动。则将因转子暂时的弯曲变形而产生很大的振动。这不仅严重威胁着机组的安全运行，也将降低这不仅严重威胁着机组的安全运行，也将降低转子的使用寿命。转子的使用寿命。 832010-04-29燃气轮机启动设备及系统盘车目的为了消除转子发生热变形弯曲，在机组停机后转动转子，使转子始终处于温度均匀的状态下冷却这就是盘车。此外，按照运行规范及机组检修的技术要求，在停机后机组检查和检修工作中，使用盘车装置可以实现转动燃机转子目的，以便观察转子外表面材料改变的程度，以便制定维修计划。 842010-04-29燃气轮机启动设备及系

44、统两种盘车方式连续盘车间歇盘车 852010-04-29燃气轮机启动设备及系统连续盘车 （1）连续盘车机组停机后，由盘车电动机带动主机转子连续旋转，达到均匀冷却的目的。盘车可使机组转子均匀冷却，很慢地转动即可达到目的，一般是每分钟数转，因此只需要较小功率的电动机。一般配直流电动机。由于盘车转速很低，而电动机转速很高，传动减速比很大，常用涡轮涡杆减速器，再配合圆柱齿轮来传动主机转子。 862010-04-29燃气轮机启动设备及系统连续盘车盘车装置与主机转子之间也需要有能够自动实现啮合和脱离啮合的离合器。此类盘车装置也可以帮助机组启动。因主机转子由静止状态开始转动时所需要的扭矩最大，故启动时如果先

45、由盘车装置带着主机转子旋转，接着由启动机来驱动主机转子就比较容易启动转子，由此可以适当减小启动机的启动功率。 872010-04-29燃气轮机启动设备及系统间歇盘车 （2）间歇盘车机组停机后，间隔一定的时间（如几分钟）使主机转子旋转一定的角度，来达到均匀地冷却机组转子的目的。间歇盘车耗能较少，但，需要专门的程序来控制。间歇盘车每次使主机转子转动的角度一般是45o120o。间歇盘车装置亦同样能帮助机组启动。 882010-04-29燃气轮机启动设备及系统间歇盘车以直流电动机为动力的连续盘车装置，再配用专门的控制系统来控制电动机的供电后，就可以成为间歇盘车装置。介绍用液压油为动力的间歇盘车装置。称

46、其为液压盘车装置（见下图）。在某20MW的燃气轮机的辅助齿轮箱的顶部，安装了这种液压盘车装置。按其构造特征又称其为液压棘轮组件。892010-04-29燃气轮机启动设备及系统液压盘车装置示意图902010-04-29燃气轮机启动设备及系统液压盘车装置简介 （1）摆动齿轮组。它包括一个惰轮1和一个装在带有平衡重块8的钩形杆件7上的撞击齿轮5； （2）一个带动摆动齿轮组动作的齿条2； （3）一个驱动齿条2动作的往复式动力油动机9； （4）一个用来使撞击齿轮5与辅助齿轮箱中主轴上的从动齿轮Z11，即6啮合在一起的啮合油动机4; （5）一个装在齿条2上的传动杆3； 912010-04-29燃气轮机启动

47、设备及系统液压盘车装置简介 液压棘轮组件可以按三种运行方式工作： 1作为盘车装置运行； 2作为启动加力装置运行； 3作为冷拖动装置运行。 为了使液压棘轮组件按照功能的要求工作，还配备有相应的液压控制系统： 922010-04-29燃气轮机启动设备及系统液压盘车装置图程序阀程序阀逆止阀逆止阀932010-04-29燃气轮机启动设备及系统2HR定时器棘轮泵控制开关去20CS电磁阀液压盘车装置简介（1）双位四通电磁阀20HR。它控制动力油动机和啮合油动机做往复运动，改变给油孔和泄油孔的位置，油动机在液压油的作用下，实现往复运动。（2）程序阀VPR-6与逆止阀VR6。VPR-6VPR-6可保证可保证在

48、动力油动机作在动力油动机作“前进行程前进行程”之前，首先把液压之前，首先把液压油供到啮合油动机的右端，使撞击齿轮与从动齿油供到啮合油动机的右端，使撞击齿轮与从动齿轮提前啮合。轮提前啮合。VR6VR6则能保证动力油动机在作则能保证动力油动机在作“返返回行程回行程”之前，首先把液压油送到啮合油动机的之前，首先把液压油送到啮合油动机的左端，使撞击齿与从动齿轮提前脱开。左端，使撞击齿与从动齿轮提前脱开。 942010-04-29燃气轮机启动设备及系统液压盘车装置简介（3）控制盘中的定时器2HR和限位开关33HR。动力油动机的“返回行程”结束时，齿条上的传动杆使位置开关33HR动作，定时器2HR记时，延

49、迟3分钟（该时间可整定），这时，2HR带电，液压油经过2HR供向动力油动机和啮合油动机。同时20CS带电（见前图9-12），液压油经过20CS供向爪型启动离合器的油动机，使爪型启动离合器啮合，开始盘动主机转子。（4）压力开关63HR。 952010-04-29燃气轮机启动设备及系统液压盘车装置简介（5）液压棘轮泵组件从机组润滑油母管上的接头取油，将润滑油升压后供入两个油动机作为液压棘轮组件工作的动力。棘轮泵88HR的工作，可用棘轮泵控制开关棘轮泵控制开关4343HRHR来手动控制，也可在位置开关33HR的作用下，进行自动控制。液压棘轮泵出口的油压由泄压阀VR-3的整定值来决定（105.5(+/

50、-3.5)kg/cm2表压）。 962010-04-29燃气轮机启动设备及系统液压棘轮组件的执行过程当盘车装置未投入使用时，动力油动机9的活塞处于图中的左端极限位置，啮合油动机的活塞处于图中的上端极限位置，撞击齿轮由于平衡重块的作用而与辅助齿轮箱中主轴（图10-8中的#1轴）上的从动齿轮Z116脱离分开。当盘车装置由程序控制投入工作时，电磁阀20HR带电，液压油分别进入动力油动机的左端和啮合油动机的上端，而动力油动机的右端和啮合油动机的下端则与回油管路接通。 972010-04-29燃气轮机启动设备及系统液压棘轮组件的执行过程这样，就使动力油动机的活塞推动齿条这样，就使动力油动机的活塞推动齿条

51、2 2向右向右移动，齿条移动，齿条2 2通过惰轮通过惰轮1 1传动撞击齿轮传动撞击齿轮5 5，这是，这是齿条齿条2 2的的“前进行程前进行程”。在在“前进行程前进行程”之前，液压程序控制使得液压之前，液压程序控制使得液压油进入啮合油动机先于进入动力油动机，这样，油进入啮合油动机先于进入动力油动机，这样，就保证了啮合油动机使撞击齿轮就保证了啮合油动机使撞击齿轮5 5与辅助齿轮与辅助齿轮箱中主轴上的从动齿轮箱中主轴上的从动齿轮Z Z11116 6初步啮合之后，齿初步啮合之后，齿条条2 2才开始才开始“前进行程前进行程”，迫使燃气轮机转子，迫使燃气轮机转子转动。转动。982010-04-29燃气轮机

52、启动设备及系统液压棘轮组件的执行过程转子转动后，利用齿与齿之间产生的作用力，转子转动后，利用齿与齿之间产生的作用力，可以使这对齿轮进入完全啮合状态。可以使这对齿轮进入完全啮合状态。当齿条移动到右端极限位置时，传动杆当齿条移动到右端极限位置时，传动杆3 3使位使位置开关置开关3333HRHR动作，电磁阀动作，电磁阀2020HRHR失电，结果失电，结果执行液压程序控制使得液压油分别进入动力执行液压程序控制使得液压油分别进入动力油动机的右端和啮合油动机的下端，而动力油动机的右端和啮合油动机的下端，而动力油动机的左端和啮合油动机的上端则与回油油动机的左端和啮合油动机的上端则与回油管路接通。管路接通。9

53、92010-04-29燃气轮机启动设备及系统液压棘轮组件的执行过程由于液压程序控制使得动力油动机的进油速度比啮合油动机的进油速度迟缓，这样，啮合油动机的活塞先向上移动，使撞击齿轮5与辅助齿轮箱中主轴上的从动齿轮Z116脱离啮合，而后动力油动机的活塞才带动齿条2向左移动，这是齿条2的“返回行程”。1002010-04-29燃气轮机启动设备及系统液压棘轮组件的执行过程返回行程过程中，燃气轮机的转子静止不动。当齿条返回到左端极端位置时，传动杆再次使位置开关33HR动作，使定时器2HR计时三分钟，然后开始重复上述的动作。1012010-04-29燃气轮机启动设备及系统液压棘轮组件的执行过程齿条的“前进

54、行程”需要11秒，“返回行程”需要35分钟，而每一次“前进行程”把燃气轮机的转子主轴转动45o角，定时器2HR计时值整定为35分钟。这样计算下来，燃气轮机的主轴大约每小时可以转动二周多一点。1022010-04-29燃气轮机启动设备及系统 盘车设备及运行 盘车运行分两种情况： 1）转子处于静止状态下的盘车； 2）转子由满转速下降后的盘车运行。1032010-04-29燃气轮机启动设备及系统盘车运行l 当 触 摸 了 控 制 盘 C R T 上 的 控 制 软 开 关“COOLDOWN ON”时，启动机88CR和液力变扭器将转子冲转。这时，变扭器里的可转导叶由程序控制系统调节在“高扭矩”位置。l

55、 当转速继电器14HM触发时，主机转子已经具有足够的转动动量矩。这时，启动机88CR停止工作。 1042010-04-29燃气轮机启动设备及系统盘车运行与操作电磁阀20TU-1失电，电磁阀20TU-2带电。辅助油泵打出的具有一定压力的滑油流经20TU-2所控制的控制阀，后流经安装在变扭器外径处的几个专用喷嘴，将滑油的压力能转变为滑油的流动动能，冲击在变扭器的第二级油透平叶轮上，设计足以满足维持盘车所需要的转子动量矩。没有再触摸CRT上的软开关“COOLDOWN OFF”之前，一直继续盘车动作。 1052010-04-29燃气轮机启动设备及系统盘车运行与操作机组停机过程中，当机组转速下降到转速继

56、电器14HT脱落（约为额定转速的2.0%，即125+/-5 r/min）时，冷却盘车程序开始。如上所述，如果不触摸控制盘CRT上的软开关“COOLDOWN OFF”，机组始终处于盘车进行。1062010-04-29燃气轮机启动设备及系统 盘车运行方式 转子处于静止状态下的盘车 当触摸CRT上的控制软开关“COOLDOWN ON”时，88CR和变扭器将转子冲转，程控系统将导叶(7) 调到高扭矩位置，88CR停止，20TU-1失电， 20TU-2带电，辅助油泵打出一定压力滑油流经20TU-2所控制的控制阀，然后由喷嘴转换成为动能，冲在二级透平叶轮上，直到控制软开关断开前一直运行；1072010-0

57、4-29燃气轮机启动设备及系统 盘车运行方式 在转子接到停机指令后的运行 机组停机后，当转速降到14HT脱落时，约为额定转速的2.0%（125转/分）开始盘车； 盘车程序执行顺序：油来自于辅助油泵，通过安装在变扭器外径处的专用喷嘴冲击二级油透平叶轮进行。 将持续14小时盘车，直到转子均匀冷却。1082010-04-29燃气轮机启动设备及系统离合器与盘车机构的故障与检修机械结构故障；液压回路故障。某离合器的两个油缸不能正常冲油，20CS-1线圈断路或阀芯被卡死，或油缸泄漏等，导致离合器不能正常啮合。而管路中油压升高，棘轮复位较快。此故障通过增加控制系统的报警功能来提示运行人员关注棘轮盘车机构，增

58、加盘车过程监视手段；根据原理与结构图实现维护与检修。1092010-04-29燃气轮机启动设备及系统小结与思考叙述机组盘车目的及实现过程？对上述描述的盘车设备，预估可能发生哪些故障？应采取哪些措施来处理发生的故障？1102010-04-29燃气轮机启动设备及系统启动系统111燃气轮机装置2010-04-29燃气轮机启动设备及系统启动过程使用的转速继电器系统过程由硬件和软件共同完成；本部分软件中出现几个与转速有关的继电器（或称转速探头）它们触发转速是：l14HT准备燃料，3%6 % （n0 ）；l14HR冲转转速， 10% n0 ；l14HM 点火转速， 1820% （ n0 ）；l14HA 加速转速， 40% n0 ；l14HX 脱扣转速， 60% n0 ；l14HS 运行转速， 97.5 % n0。2010-04-29燃气轮机启动设备及系统112燃气轮机启动过程p启动前的检查与准备：滑油泵投入，油参数满足要求；压气机可转导叶处在最小角度位置；启动失败卸油阀打开主保护继电器L4带电后，机组才允许启动；p转子冲转：将转子从静止到转动起来；p轻吹：吹干净通流部分中的有害物质；p点火：点火转速点火转速为机组转速的1520；p启动过程转速继电器触发：如：点火14HM14HM（92020转/分），额定转速的16触发，等等；p暖机：点火