专利名称：大型汽轮机转子高速动平衡驱动系统及控制方法
技术领域：
本发明涉及汽轮机制造领域，特别涉及一种大型汽轮机转子的平衡驱动系统，以及该系统的控制方法。
背景技术：
大型汽轮机转子高速动平衡是汽轮机制造过程中一道关键的工序。由于汽轮机转子负载较大，目前国内外汽轮机动平衡装备的驱动主要有汽轮机和低压直流驱动系统两种。采用汽轮机进行驱动一般需要专门的锅炉来提供蒸汽，其能耗高，效率低，污染大。此外汽轮机驱动采用蒸汽调节阀对蒸汽进行控制，整个驱动系统为开环控制，其转速稳定性较差，试验可重复性低，试验过程繁琐，会给生产带来诸多问题。低压直流驱动系统一般采用晶闸管进行调速，该驱动方式技术成熟、稳定可靠。但由于直流电机的先天不足，使低压直流驱动系统存在两个很大的弱点，一是系统庞大复杂，传动链长，整个驱动系统效率较低；二是系统的故障率高、维修成本高，驱动系统的运行成本高。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种效率高、运行成本低且无污染的大型汽轮机转子高速动平衡驱动系统。为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案一种大型汽轮机转子高速动平衡驱动系统，其包括一真空仓，所述真空仓内设有用于进行动平衡试验的转子，其还包括一主电机和一从电机，所述主电机为一双伸轴电机，所述主电机通过其一侧电机轴与所述从电机同轴串联，所述主电机通过其另一侧电机轴与一升速齿轮箱连接，所述升速齿轮箱与所述转子连接，所述升速齿轮箱还与一盘车连接，所述主电机与主变频器连接，所述从电机与从变频器连接，所述主变频器、从变频器与一控制器连接，所述主电机、从电机、转子上均设有转速传感器，所述转速传感器与所述控制器连接。优选的，所述主电机、从电机与一水冷系统连接，所述水冷系统与所述控制器连接。优选的，所述升速齿轮箱与一润滑油系统连接，所述润滑油系统与所述控制器连接。优选的，所述真空仓与一抽真空系统连接，所述抽真空系统与所述控制器连接。优选的，所述主变频器、从变频器上连接有制动电阻。本发明还公开了一种上述大型汽轮机转子高速动平衡驱动系统的控制方法，该大型汽轮机转子高速动平衡驱动系统在启动时，先使主变频器合闸，隔几秒钟后再使从变频器合闸，然后由盘车通过升速齿轮箱带动转子旋转，当转子的转速达到一定速度后使盘车与所述升速齿轮箱脱开，并使所述主变频器、从变频器输送使能信号，使所述主电机、从电机同步运行带动所述转子旋转。
优选的，所述转子采用耗能制动方式进行制动。优选的，在所述转子运行过程中，所述主变频器接受来自控制器的给定值做速度闭环，所述从变频器做速度跟随运行，所述主电机的实际扭矩作为所述从电机的扭矩给定。优选的，当所述转子的转速接近目标速度值时，所述控制器控制主变频器、从变频器强制减小主电机、从电机的转速变化率。上述技术方案具有如下有益效果该大型汽轮机转子高速动平衡驱动系统采用两个电机串联的方式带动转子旋转，该系统可实现闭环控制，可有效提高大型汽轮机转子高 速平衡的转速精度，而且还可提高动平衡系统的升速速度。该驱动系统结构简单、操作方便，工作效率高，便于维修、维护，可有效降低试验成本。上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图对本专利进行详细说明。
图I为本发明实施例驱动系统的结构框图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的优选实施例进行详细介绍。如图I所示，大型汽轮机转子高速动平衡驱动系统包括转子2、主电机4、从电机3、升速齿轮箱5。主电机4、从电机3均为中压变频电机，主电机4为双伸轴电机，主电机4通过其一侧电机轴与从电机3同轴串联，主电机4通过其另一侧电机轴与一升速齿轮箱5连接，升速齿轮箱5与转子2连接，升速齿轮箱5还与一盘车6连接。在进行动平衡试验时，转子2位于真空仓I内，真空仓I与抽真空系统10连接，抽真空系统10可对真空仓I进行抽真空，使转子2在真空环境下进行动平衡试验。主电机4与主变频器8连接，从电机3与从变频器7连接，从变频器7、主变频器8分别控制从电机3、主电机4工作，从电机3、主电机4均与一水冷系统11连接，从电机3、主电机4可通过该水冷系统11进行水冷却，从电机3、主电机4也可采用风冷却的方式进行冷却。升速齿轮箱5与一润滑油系统9连接，润滑油系统9用于对升速齿轮箱5内的齿轮进行润滑，以保证齿轮长时间正常运转。从电机3、主电机4都有独立的供电通道，经各自高压开关柜由变压器降压后直接送电到相应的变频器。两台变频器及电机通过Profibus-DP总线进行通信，可保持同步同轴运行，平均分摊转矩。变频器输入侧采用12脉冲二极管整流器电路，电机侧采用HV-IGBT三级变频器(PWM)，通过高性能的TRANSVEKT0R闭环控制，这样不仅可以保证优秀的控制功能和动态特性，还可凭借优化的脉冲调制降低谐波以确保对电能质量的影响在要求范围内。上述主变频器8、从变频器7、润滑油系统9、抽真空系统10、水冷系统11均与一控制器12连接，主电机4、从电机3、转子2上均设有转速传感器，各转速传感器也与均与控制器12连接。控制器12可根据转速传感器反馈的转速控制主变频器8、从变频器7的信号输出，从而形成一闭环反馈系统。同时控制器还可实时控制润滑油系统9、抽真空系统10、水冷系统11工作。
由于转子2的负载较大，如果直接采用上述驱动系统驱动转子进行高速动平衡试验，有可能对电网造成冲击，因此必须对该驱动系统的控制方法进行优化。在启动时，先使主变频器8合闸，隔几秒钟后再使从变频器7合闸，然后先由盘车6通过升速齿轮箱5带动转子2旋转，当转子2的转速达到一定速度后使盘车6与升速齿轮箱5脱开，并使主变频器8、从变频器7同时输送使能信号，使主电机4、从电机3同步运行带动转子2旋转。由于转子2的负载大，先由盘车6带动其旋转可给整个系统提供一较大的初始扭矩，并拉长合闸时间，这样可明显降低对电网的冲击，两个变频器同时启动也使得从电机的跟随特性比较平稳。由于转子2的负载较大，根据闭环控制原理，两个变频器设定时其速度环和电流环方面都要对PI参数进行调整，一般需选择较大I以减小振荡，同时也适当加大P值来提 高响应时间。为达到尽可能快的响应时间，又能快速稳定速度，减小振荡，降低对机械的冲击，当转子2的转速接近目标速度值时，控制器12应通过控制主变频器8、从变频器7强制减小主电机4、从电机3的转速变化率。从实际调整应用情况表明，采用此方法，可迅速稳定速度，大大降低速度的超调量。在转子2运行过程中，主变频器8接受来自控制器12的给定值做速度闭环，而从变频器7做速度跟随运行，主电机4的实际扭矩作为从电机3的扭矩给定，这样可保证从电机3、主电机4同步运行以提供均匀的扭矩。试验结束进行制动时为减少对电网的冲击，可采用耗能制动方式进行制动，主变频器8、从变频器7上应连接制动电阻。该大型汽轮机转子高速动平衡驱动系统通过两台变频器的相互协调对两台电机进行控制。可以根据不同吨位的转子调整不同的升降速率限值，通过最高速度限值、目标转速、及升降速率确定试验参数，在空载或轻载的情况下还可选用“单电机”模式进行驱动。由于该驱动系统的各辅助系统(润滑油系统9、抽真空系统10、水冷系统11)相对独立分散，在整个系统功能实现时需建立全面的联锁关系来保障试验按步顺利进行。在操作界面中，可加入了“主机起动允许”按钮，进入即可知当前没有满足起动要求的系统及原因，从而采取相应措施或对不影响生产的条件暂时屏蔽以保障生产。该大型汽轮机转子高速动平衡驱动系统采用两个电机串联的方式带动转子旋转，该系统可实现闭环控制，可有效提高大型汽轮机转子高速平衡的转速精度，而且还可提高动平衡系统的升速速度。该驱动系统结构简单、操作方便，工作效率高，便于维修、维护，可有效降低试验成本。该驱动系统最高转速可升至4350转/分，为今后出口欧美地区的60Hz机组转子超速动平衡试验创造了发展空间。对比改造前后驱动系统能耗，平均每根转子的驱动能源成本由原先的6万元，减少到< 4千元，新的驱动系统可节约能源成本达93%以上，与以往每年试车180根转子计算，每年可为企业节约1000万元运行成本。采用上述控制方法对该驱动系统进行控制，运行的实际效果非�：茫教ǖ缁负跬逼鸲ぞ爻隽龋俣绕轿壬仙低澄榷ǎ也换岫缘缤斐纱蟮某寤�。由此可见该驱动系统无论是装备技术性能还是在节能技术方面，都达到了国际领先水平，在汽轮机装备技术领域是一次重大突破。以上对本发明实施例所提供的一种大型汽轮机转子高速动平衡驱动系统及控制方法进行了详细介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式
及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制，凡依本发明设计思想所做的任何 改变都在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种大型汽轮机转子高速动平衡驱动系统，其包括一真空仓，所述真空仓内设有用于进行动平衡试验的转子，其特征在于其还包括一主电机和一从电机，所述主电机为一双伸轴电机，所述主电机通过其一侧电机轴与所述从电机同轴串联,所述主电机通过其另一侧电机轴与一升速齿轮箱连接，所述升速齿轮箱与所述转子连接，所述升速齿轮箱还与一盘车连接，所述主电机与主变频器连接，所述从电机与从变频器连接，所述主变频器、从变频器与一控制器连接，所述主电机、从电机、转子上均设有转速传感器，所述转速传感器与所述控制器连接。
2.根据权利要求I所述的大型汽轮机转子高速动平衡驱动系统，其特征在于所述主电机、从电机与一水冷系统连接，所述水冷系统与所述控制器连接。
3.根据权利要求I所述的大型汽轮机转子高速动平衡驱动系统，其特征在于所述升速齿轮箱与一润滑油系统连接，所述润滑油系统与所述控制器连接。
4.根据权利要求I所述的大型汽轮机转子高速动平衡驱动系统，其特征在于所述真空仓与一抽真空系统连接，所述抽真空系统与所述控制器连接。
5.根据权利要求I所述的大型汽轮机转子高速动平衡驱动系统，其特征在于所述主变频器、从变频器上连接有制动电阻。
6.一种权利要求I所述大型汽轮机转子高速动平衡驱动系统的控制方法，其特征在于该大型汽轮机转子高速动平衡驱动系统在启动时，先使主变频器合闸，隔几秒钟后再使从变频器合闸，然后由盘车通过升速齿轮箱带动转子旋转，当转子的转速达到一定速度后使盘车与所述升速齿轮箱脱开，并使所述主变频器、从变频器输送使能信号，使所述主电机、从电机同步运行带动所述转子旋转。
7.根据权利要求6所述大型汽轮机转子高速动平衡驱动系统的控制方法，其特征在于所述转子采用耗能制动方式进行制动。
8.根据权利要求6所述大型汽轮机转子高速动平衡驱动系统的控制方法，其特征在于在所述转子运行过程中，所述主变频器接受来自控制器的给定值做速度闭环，所述从变频器做速度跟随运行，所述主电机的实际扭矩作为所述从电机的扭矩给定。
9.根据权利要求6所述大型汽轮机转子高速动平衡驱动系统的控制方法，其特征在于当所述转子的转速接近目标速度值时，所述控制器控制主变频器、从变频器强制减小主电机、从电机的转速变化率。
全文摘要
本发明公开了一种大型汽轮机转子高速动平衡驱动系统，该驱动系统包括一主电机和一从电机，主电机为一双伸轴电机，主电机通过其一侧电机轴与从电机同轴串联，主电机通过其另一侧电机轴与一升速齿轮箱连接，升速齿轮箱与转子连接，升速齿轮箱还与一盘车连接，主电机与主变频器连接，从电机与从变频器连接，主变频器、从变频器与一控制器连接，主电机、从电机、转子上均设有转速传感器，转速传感器与所述控制器连接。该系统可实现闭环控制，可有效提高大型汽轮机转子高速平衡的转速精度，而且还可提高动平衡系统的升速速度。该驱动系统结构简单、操作方便，工作效率高，便于维修、维护，可有效降低试验成本。
文档编号G01M1/18GK102636312SQ20121012958
公开日2012年8月15日 申请日期2012年4月27日 优先权日2012年4月27日
发明者倪国平, 夏建忠, 李斌, 王珊 申请人:上海电气电站设备有限公司
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