一种提高轴系转动惯量的系统的制作方法

1.本发明涉及机械领域，尤其涉及一种提高轴系转动惯量的系统。


背景技术：

2.当前，通过在轴系上增加飞轮以增大轴系转动惯量的方案较为普遍，比如在同步调相机的转子轴系上加装飞轮、在压缩空气装置与同步发电机/电动机的组合式储能系统的转子轴系上加装飞轮等，但受限于轴系自身的机械结构和运行工况要求，所增加飞轮的转动惯量参数往往较小，这对轴系总转动惯量的提升有限。
3.此外，一些汽轮发电机组上，轴系的汽缸配置数量较少（如高参数供热背压机），轴系的转动惯量相对较低，恶劣工况下机组轴系可能失稳，对电网安全稳定运行不利，并且由于机组轴系本身的转动惯量低，高负荷工况下的甩负荷容易超速，对调整控制系统要求也较为苛刻，此外，汽轮机由于转动惯量小，高参数的蒸汽容易导致汽隙激振的产生，导致汽轮发电机组的振动较大，影响轴系运行安全性。而若沿用常规方法在轴系上直接加装飞轮，也会因受限于轴系自身的机械结构和运行工况要求，所加装的飞轮转动惯量也较有限（例如在发生一些电气故障工况时，若飞轮转动惯量较大，则会导致轴系扭矩过大，超出轴系设备可允许最大扭矩，从而影响轴系设备安全性）。因此，轴系的总转动惯量仍然有限。


技术实现要素：

4.有鉴于此，为了解决现有轴系转动惯量较小的问题，本发明提供了一种提高轴系转动惯量的系统。
5.本发明提供的一种提高轴系转动惯量的系统，至少包括轴系转子，其特征在于，还包括连接轴系转子的飞轮和设置在轴系转子及飞轮之间的安全联轴器，所述安全联轴器，为限制扭矩保护动作器，可设定保护释放扭矩值，实现安全联轴器两端轴系的物理断开。
6.进一步地，所述飞轮可为单个飞轮或多个飞轮组成的飞轮组合体。
7.进一步地，所述轴系转子可为汽轮发电机组转子或调相机转子或储能系统转子。
8.进一步地，所述安全联轴器，输入侧和输出侧具有滑差功能，可实现对传递扭矩的削峰作用，使得通过安全联轴器的传递扭矩不超过其保护释放动作扭矩。
9.进一步地，所述安全联轴器可远程遥控或短时间内自动进行在线恢复。
10.本发明的一种提高轴系转动惯量的系统，与传统加装飞轮的方法对比，增加了安全联轴器，在不改变原有轴系机械特性和运行工况要求基础上，可大幅提升飞轮转动惯量，满足轴系设备安全性，从而大幅提升整个轴系的转动惯量，其工作原理如下：对于常规带飞轮的轴系（轴系包括但不限于调相机系统，压缩空气装置与同步发电机/电动机的组合式储能系统、汽轮发电机组轴系），若无安全联轴器，且轴系采用大转动惯量的飞轮，当出现相关电气故障工况时，轴系传递扭矩将瞬间突增（比如：当轴系为汽轮发电机组系统，发电机发生机端两相短路等故障工况），超出轴系的允许最大扭矩，从而导致轴系设备出现损坏的严重事故。
11.为此，本发明在轴系本体和飞轮之间设置安全联轴器后，正常运行情况下，轴系传递扭矩未超过安全联轴器的保护释放动作扭矩（可设定在轴系允许最大扭矩之下），安全联轴器可视为刚性联轴器，由此轴系系统稳定运行；当轴系出现传递扭矩瞬间突增等异常工况（比如：当轴系为汽轮发电机组系统，发电机发生两相短路等故障工况），传递扭矩达到安全联轴器的保护释放动作扭矩时，安全联轴器的保护系统瞬间释放，使得安全联轴器两端的轴系得到物理断开，即大转动惯量的飞轮和原汽轮发电机组轴系可被物理断开，从而避免了轴系传递扭矩的进一步增大，起到保护轴系转动部件的效果。当安全联轴器两端轴系退出运行并静止后，再将安全联轴器进行复装，进而满足重新投入使用条件。
12.因此，增设安全联轴器，可打破传统轴系因特殊故障工况下受轴端机械强度约束等而不能使用大转动惯量飞轮的束缚，使得轴系系统的转动惯量得到显著提升。
13.进一步地，当所传递扭矩达到保护释放动作扭矩时，安全联轴器的输入侧和输出侧先发生滑差，实现对传递扭矩的削峰作用，使得通过安全联轴器的传递扭矩不超过其保护释放动作扭矩；当事故扭矩持续通过安全联轴器进行传递时，安全联轴器的输入侧和输出侧的滑差不足以维持对传递扭矩的削峰，则安全联轴器的保护系统立即释放，实现安全联轴器两端的轴系得到物理断开。
14.进一步地，当安全联轴器断开后需要复装时，安全联轴器保护释放后，可远程遥控或短时间内自动进行在线恢复（即无需安全联轴器两端轴系设备达到静止状态后再进行复装），即可重新传递扭矩，当传递扭矩仍然要超过其保护释放动作扭矩时，安全联轴器又一次保护释放，直至安全联轴器再次在线恢复且重新传递的扭矩不超过其保护释放动作扭矩。
15.本发明的一种提高轴系转动惯量的系统，具有如下优势及效果：本发明在常规轴系增设飞轮的基础上，进一步在轴系飞轮和轴系转子之间增设了安全联轴器，安全联轴器为限制扭矩保护动作器，可将轴系系统转动部件最薄弱处的最大许可扭矩值（可留有一定裕量）设定为安全联轴器的保护释放动作扭矩，可打破传统轴系因特殊故障工况下受轴端机械强度约束等而无法使用大转动惯量飞轮（可为单个大转动惯量的飞轮，亦可为多个飞轮组成的大转动惯量飞轮组合体）的束缚，大大提升轴系总转动惯量，从而满足轴系对转动惯量的需求，例如，对汽轮发电机组轴系来说，提高转动惯量后，可提高汽轮发电机组的输电线侧短路故障下的暂态稳定性，降低甩负荷时的转子飞升转速，也对汽轮机的汽隙激振有一定抑制作用，从而降低汽轮发电机组轴系的振动，有利于轴系运行安全；对调相机轴系来说，提高转动惯量后，可强化电网的动态频率响应。
16.以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
附图说明
17.图1是本发明的原理系统结构示意图。
18.图2是本发明实施例1系统结构示意图。
19.图3是本发明实施例2系统结构示意图。
20.图4是本发明实施例3系统结构示意图。
21.其中，图中序号1及1’为飞轮，2及2’为安全联轴器，3为轴系转子，4为高压缸转子，
5为中压缸转子，6为发电机。
具体实施方式
22.实施例1如图2所示，该汽轮发电机组轴系包括高压缸转子4、中压缸转子5、发电机6，在高压缸转子4侧增设了飞轮1，并在高压缸转子4与飞轮1之间增设了安全联轴器2，该系统可采用大转动惯量的飞轮，根据系统需要，常规飞轮为1个或多个圆柱体的组合，例如采用1米长度、3米直径的圆柱体，则该飞轮的转动惯量便可达62t.m2，将安全联轴器保护释放扭矩，设定在轴系系统允许最大扭矩之下，留出一定安全裕度即可，正常运行工况下，轴系系统传递扭矩不会超过轴系允许扭矩，因此安全联轴器不会动作，安全联轴器可视为刚性联轴器，由此轴系系统稳定运行；当轴系出现传递扭矩瞬间突增等异常工况，例如发电机发生机端两相短路故障工况下，传递扭矩会增大，达到安全联轴器的保护释放动作扭矩时，安全联轴器的保护系统瞬间释放，使得安全联轴器两端的轴系得到物理断开，即大转动惯量的飞轮可与高压缸侧转子被物理断开，从而避免了轴系传递扭矩的进一步增大，起到保护轴系转动部件的效果。
23.当安全联轴器两端轴系退出运行并静止后，再将安全联轴器进行复装，进而满足重新投入使用条件。需说明的是，考虑到安全联轴器的功能，当所传递扭矩达到保护释放动作扭矩时，安全联轴器的输入侧和输出侧先发生滑差，实现对传递扭矩的削峰作用，使得通过安全联轴器的传递扭矩不超过其保护释放动作扭矩；当事故扭矩持续通过安全联轴器进行传递时，安全联轴器的输入侧和输出侧的滑差不足以维持对传递扭矩的削峰，则安全联轴器的保护系统立即释放，实现安全联轴器两端的轴系得到物理断开。
24.当安全联轴器断开后需要复装时，安全联轴器保护释放后，可远程遥控或短时间内自动进行在线恢复（即无需安全联轴器两端轴系设备达到静止状态后再进行复装），即可重新传递扭矩，当传递扭矩仍然要超过其保护释放动作扭矩时，安全联轴器又一次保护释放，直至安全联轴器再次在线恢复且重新传递的扭矩不超过其保护释放动作扭矩。
25.总之，考虑到安全联轴器的功能，可考虑采用其滑差功能，即首先是瞬间实现传递扭矩的削峰，若持续传递较大扭矩时，安全联轴器的保护系统再释放，实现安全联轴器两端的轴系的物理断开，而安全联轴器断开后，可根据需要，即可短时间在线恢复，也可待轴系完全停止后再进行连接。
26.实施例2如图3所示，该汽轮发电机组轴系包括高压缸转子4、中压缸转子5、发电机6，在发电机6侧增设了飞轮1，并在发电机6与飞轮1之间增设了安全联轴器2。
27.本实施例与实施例1的区别，在于飞轮及安全联轴器设置在发电机侧，而非汽缸侧，从布置角度来说，一般发电机侧空间较大，相对实施例1更容易布置，但缺点发电机转子的材质一般比高压缸侧转子材质等级相对低，因此，可允许最大扭矩值会相对低，所采用的飞轮转动惯量以及安全联轴器设定的切断扭矩需根据该布置的情况来考虑，其余飞轮型式以及安全联轴器功能的选用与实施例1一致，此处不再赘述。
28.实施例3如图4所示，该汽轮发电机组轴系包括高压缸转子4、中压缸转子5、发电机6，在高
压缸转子4侧增设了飞轮1，并在高压缸转子4与飞轮1之间增设了安全联轴器2，在发电机6侧增设了飞轮1’，并在发电机6与飞轮1’之间增设了安全联轴器2’。
29.本实施例与实施例1的区别，在于飞轮及安全联轴器设置在发电机侧，而非汽缸侧，从布置角度来说，一般发电机侧空间较大，相对实施例1更容易布置，但缺点发电机转子的材质一般比高压缸侧转子材质等级相对低，因此，可允许最大扭矩值会相对低，所采用的飞轮转动惯量以及安全联轴器设定的切断扭矩需根据该布置的情况来考虑，其余飞轮型式以及安全联轴器功能的选用与实施例1一致，此处不再赘述。
30.以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。需说明的是，本发明的轴系，可为汽轮发电机组轴系，也可为调相机轴系，也可为储能系统轴系等，安全联轴器的增设视轴系转动部件的条件而定，可至少设置一个安全联轴器，根据飞轮设置情况，飞轮可设置在不同位置，相应的，可设置多个不同安全联轴器，且具有多种组合形式。
31.应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

技术特征：
1.一种提高轴系转动惯量的系统，至少包括轴系转子，其特征在于，还包括连接轴系转子的飞轮和设置在轴系转子及飞轮之间的安全联轴器，所述安全联轴器，为限制扭矩保护动作器，可设定保护释放扭矩值，实现安全联轴器两端轴系的物理断开。2.如权利要求1所述的一种提高轴系转动惯量的系统，其特征在于，所述飞轮可为单个飞轮或多个飞轮组成的飞轮组合体。3.如权利要求2所述的一种提高轴系转动惯量的系统，其特征在于，所述轴系转子可为汽轮发电机组转子或调相机转子或储能系统转子。4.如权利要求1-3中任一所述的一种提高轴系转动惯量的系统，其特征在于，所述安全联轴器，输入侧和输出侧具有滑差功能，可实现对传递扭矩的削峰作用，使得通过安全联轴器的传递扭矩不超过其保护释放动作扭矩。5.如权利要求1-4中任一所述的一种提高轴系转动惯量的系统，其特征在于，所述安全联轴器可远程遥控或短时间内自动进行在线恢复。

技术总结
本发明公开了一种提高轴系转动惯量的系统，至少包括轴系转子，及连接轴系转子的飞轮；以及设置在轴系转子及飞轮之间的安全联轴器；所述安全联轴器，为限制扭矩保护动作器，可设定保护释放扭矩值，实现安全联轴器两端轴系的物理断开；也可进一步采用滑差功能，可实现对传递扭矩的削峰作用，使得通过安全联轴器的传递扭矩不超过其保护释放动作扭矩；并且，该安全联轴器可远程遥控或短时间内自动进行在线恢复，采用本发明的提高轴系转动惯量的系统，可打破传统轴系系统因机械强度等而无法使用大转动惯量飞轮的束缚，大大提升轴系的总转动惯量。惯量。惯量。


技术研发人员：冯煜珵
受保护的技术使用者：冯煜珵
技术研发日：2021.11.30
技术公布日：2023/6/3