本實用新型應(yīng)用于發(fā)電領(lǐng)域，尤其涉及一種帶前置泵的廣義變頻系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

在發(fā)電廠的生產(chǎn)過程中，水在鍋爐中受熱變成蒸汽，然后利用蒸汽推動汽輪機旋轉(zhuǎn)，帶動發(fā)電機旋轉(zhuǎn)，將燃料的化學(xué)能最終轉(zhuǎn)換成電能。在發(fā)電的過程中，發(fā)電廠配備的大量泵與風(fēng)機等旋轉(zhuǎn)輔機需要消耗大量電能。目前的一般做法是通過廠用變壓器，將所發(fā)的電引出一部分供廠用輔機使用。

發(fā)電廠在工程設(shè)計時，一般按最大需求并加上一定的余量來選取輔機的容量，因而在實際運行中的輔機會有較大的裕量。而當(dāng)定速運行的輔機不在滿負荷下運行、特別是在低負荷運行時，其工作效率會急劇下降，這造成電能的嚴重浪費。如果采用變頻調(diào)速技術(shù)，則可使輔機的工作點盡可能靠近高效區(qū)，并最大限度地降低風(fēng)機擋板、閥門的節(jié)流損失，大大降低設(shè)備運行時的能耗，延長設(shè)備的使用壽命。以離心風(fēng)機為例，根據(jù)流體力學(xué)原理，軸功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比，當(dāng)所需風(fēng)量減少，風(fēng)機轉(zhuǎn)速降低時，其功率按轉(zhuǎn)速的三次方下降。因此，變速運行的節(jié)能效果非常可觀。

變頻調(diào)速技術(shù)是當(dāng)今節(jié)能減排、改善工藝流程以提高產(chǎn)品質(zhì)量和改善環(huán)境、推動技術(shù)進步的一種重要手段。變頻調(diào)速以其優(yōu)異的調(diào)速和啟制動性能、高效率、高功率因素和節(jié)電效果等優(yōu)點而被國內(nèi)外認為最有發(fā)展前途的調(diào)速方式。目前電廠主要是通過加裝變頻器以達到水泵或者風(fēng)機電機頻率，從而改變水泵或者風(fēng)機的轉(zhuǎn)速，提高其運行效率，達到節(jié)能減排目的。

現(xiàn)在調(diào)頻方式主要有可控硅調(diào)頻、液力耦合變頻和磁力耦合變頻。在這三種變頻方式中，液力耦合變頻功率大，可靠性低、成本低，其效率與轉(zhuǎn)速的一次方成正比，調(diào)節(jié)精度低。磁力耦合變頻可靠性高，成本最高，其效率與轉(zhuǎn)速的平方成正比，在轉(zhuǎn)速低的時候，效率低，另外安裝磁力耦合裝置需要改變電機或者是設(shè)備的安裝位置，拆除原先的土建基礎(chǔ)?？煽毓枳冾l效率最高，而且其效率不受負載變化的影響，響應(yīng)最快，調(diào)節(jié)精度最高。在這三種變頻方法中，可控硅變頻成本居中。從成本和效率的角度考慮，發(fā)電廠較多的采用可控硅變頻技術(shù)。

由于發(fā)電廠對設(shè)備可靠性要求較高，所采用的轉(zhuǎn)動設(shè)備，如循環(huán)水泵、送風(fēng)機等設(shè)備功率大，電壓等級高，因而對用于發(fā)電廠的變頻器要求也極高。目前電廠中所采用變頻設(shè)備主要采用可控硅技術(shù)，而可控硅變頻技術(shù)的最大缺點是電壓等級越高，其設(shè)備可靠性越低，而且變頻設(shè)備占地面積大，其變頻諧波對電網(wǎng)以及電機都有影響。因此，在發(fā)電廠中可控硅變頻技術(shù)推廣應(yīng)用比較緩慢。隨著技術(shù)的發(fā)展，目前已有部分產(chǎn)品能夠較好的解決上述問題，但由于這些產(chǎn)品價格高昂，阻礙了其進一步推廣。

為此，專利“ZL2012 1 0006442.8”提出了一種用于火力發(fā)電廠的變頻總電源系統(tǒng)。該系統(tǒng)不須借助其他變頻器就可以獲得所需頻率的交流電。但是不足之處在于，該系統(tǒng)需要額外配置一個小汽輪機和一個發(fā)電機，以及其他配套的設(shè)備，如凝汽器、油系統(tǒng)等。

因此，專利“ZL 2014 2 0245755.3”進一步提出了一種用于火力發(fā)電廠的新型變頻系統(tǒng)。即小汽輪機一側(cè)直接連接給水泵，另一側(cè)通過減速齒輪箱與變頻發(fā)電機相連，實現(xiàn)了兩套系統(tǒng)合二為一。該系統(tǒng)的不足之處在于，由于高轉(zhuǎn)速給水泵汽輪機的功率相對較大，現(xiàn)有的制造工藝一般難以滿足要求。

為此，專利“ZL 2016 2 0307455.2”又進一步提出了一種用于汽輪機發(fā)電機組的廣義變頻系統(tǒng)，即給水泵汽輪機通過增速齒輪箱連接給水泵，提高了機組的經(jīng)濟性，同時克服了變頻汽輪機與給水泵之間轉(zhuǎn)速較難匹配的問題。但其不足之處在于，其前置泵若采用常規(guī)布置方式，通過工頻電源驅(qū)動，不僅低負荷經(jīng)濟性較差，且電氣故障率較大，影響整個系統(tǒng)的安全性。

鑒于現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，本實用新型的目的是提供一種高性能、高可靠性的帶前置泵的廣義變頻系統(tǒng)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型提供了一種帶前置泵的廣義變頻系統(tǒng)，它至少包括轉(zhuǎn)速可調(diào)的汽輪機、給水泵、前置泵、齒輪箱和變頻發(fā)電機，其特征在于，所述汽輪機通過所述齒輪箱同時驅(qū)動所述給水泵及所述前置泵，所述汽輪機與所述發(fā)電機連接，拖動所述發(fā)電機發(fā)電。

若未設(shè)勵磁機，則需采用“他勵方式”，也可設(shè)置勵磁機，所述勵磁機與所述變頻發(fā)電機連接。

可選地，所述汽輪機與所述前置泵、所述給水泵之間的齒輪箱為一個復(fù)合齒輪箱，所述給水泵與所述前置泵為并聯(lián)連接。

可選地，所述汽輪機與所述給水泵通過一個增速齒輪箱串聯(lián)連接，所述給水泵與所述前置泵通過一個減速齒輪箱串聯(lián)連接。

本實用新型提供的一種帶前置泵的廣義變頻系統(tǒng)，還包括逆向離合器及變頻電動機，所述逆向離合器設(shè)置在所述汽輪機與所述變頻發(fā)電機之間，若采用“他勵方式”，即無勵磁機，則所述變頻電動機與所述變頻發(fā)電機連接；若設(shè)置勵磁機，則將所述勵磁機設(shè)置在所述變頻電動機與所述變頻發(fā)電機之間。

進一步地，還可包括正向離合器，若采用“他勵方式”，即無勵磁機，則所述正向離合器設(shè)置在所述變頻電動機與所述變頻發(fā)電機之間；若設(shè)置勵磁機，則將所述正向離合器設(shè)置在所述變頻電動機與所述勵磁機之間。

本實用新型提供的一種帶前置泵的廣義變頻系統(tǒng)主要具有如下優(yōu)點：

本實用新型將前置泵納入廣義變頻系統(tǒng)范圍內(nèi)，通過齒輪箱機械式間接驅(qū)動前置泵，在不采用任何形式的電子電力變頻器，就可實現(xiàn)前置泵的變轉(zhuǎn)速運行，同時由于機械式驅(qū)動本身可靠性高，因此可避免常規(guī)“工頻驅(qū)動前置泵”方式而帶來的諸如低負荷工況下運行效率低、工頻驅(qū)動本身電氣故障風(fēng)險高等問題。

需注意的是，本實用新型根據(jù)勵磁方式的不同、汽輪機與給水泵、前置泵之間齒輪箱連接方式的不同、以及是否帶有逆向離合器和正向離合器等，具有多種組合方式。

以下將結(jié)合附圖對本實用新型的構(gòu)思、具體結(jié)構(gòu)及產(chǎn)生的技術(shù)效果作進一步說明，以充分地了解本實用新型的目的、特征和效果。

附圖說明

圖1、圖2、圖3、圖4、圖5、圖6、圖7、圖8、圖9、圖10、圖11和圖12是本實用新型的具體實施例的系統(tǒng)示意圖；

圖中標(biāo)記：

1：給水泵；2：增速齒輪箱；3：汽輪機；4：逆向離合器系統(tǒng)；5：變頻發(fā)電機； 6：正向離合器系統(tǒng)；7：變頻電動機；8前置泵；9：復(fù)合齒輪箱；10：減速齒輪箱；11：勵磁機。

具體實施方式

實施例1

如圖1所示，本實用新型的一種帶前置泵的廣義變頻系統(tǒng)的具體實施例，它包括給水泵1、前置泵8、汽輪機3、變頻發(fā)電機5、增速齒輪箱2、減速齒輪箱10和勵磁機11。隨著機組負荷變化，相應(yīng)調(diào)節(jié)（改變）進入該汽輪機的蒸汽參數(shù)及抽汽量，使該汽輪機轉(zhuǎn)速相應(yīng)變化，從而一方面通過齒輪箱間接改變給水泵和前置泵轉(zhuǎn)速，另一方面直接改變發(fā)電機輸出的交流電的頻率。

本方案將前置泵納入廣義變頻系統(tǒng)。本實施例中的前置泵通過設(shè)置一個減速齒輪箱串聯(lián)在給水泵一端。因此，在低負荷工況下，相比較常規(guī)工頻驅(qū)動布置方式，該方案不僅可以實現(xiàn)前置泵始終處于相對高效區(qū)運作，提高其運行經(jīng)濟性，而且大大降低工頻電源帶來的電氣故障風(fēng)險，提高了系統(tǒng)運行的可靠性。需注意的是，前置泵的負荷需要通過給水泵的軸來傳遞，因此通常還需對給水泵軸作變型設(shè)計，另外，可將前置泵及與其連接的減速齒輪箱設(shè)置成可移動式底板，以便于給水泵“抽芯包”等檢修工作。

實施例2

如圖2所示，本實用新型的一種帶前置泵的廣義變頻系統(tǒng)的另一具體實施例，它包括給水泵1、前置泵8、汽輪機3、變頻發(fā)電機5、勵磁機11和復(fù)合齒輪箱9。隨著機組負荷變化，相應(yīng)調(diào)節(jié)（改變）進入該汽輪機的蒸汽參數(shù)及抽汽量，使該汽輪機轉(zhuǎn)速相應(yīng)變化，從而一方面通過復(fù)合齒輪箱間接改變給水泵和前置泵轉(zhuǎn)速，另一方面直接改變發(fā)電機輸出的交流電的頻率。

與實施例1相比，該實施例通過“一輸入兩輸出”方式的復(fù)合齒輪箱將前置泵與給水泵并聯(lián)，即：輸入端連接汽輪機，兩輸出端分別并聯(lián)連接給水泵和前置泵。該實施例相對實施例1，不存在給水泵軸傳遞前置泵功率的問題，同時將兩個齒輪箱合二為一，可相應(yīng)降低一定的投資，此外，給水泵“抽芯包”等檢修工作也相對較為便利。

實施例3

如圖3所示，本實用新型的一種帶前置泵的廣義變頻系統(tǒng)的另一具體實施例，它包括給水泵1、前置泵8、汽輪機3、變頻發(fā)電機5、逆向離合器4；勵磁機11、變頻電動機7、增速齒輪箱2和減速齒輪箱10。隨著機組負荷變化，相應(yīng)調(diào)節(jié)（改變）進入該汽輪機的蒸汽參數(shù)及抽汽量，使該汽輪機轉(zhuǎn)速相應(yīng)變化，從而一方面通過齒輪箱間接改變給水泵和前置泵轉(zhuǎn)速，另一方面直接改變發(fā)電機輸出的交流電的頻率。

與實施例1相比，該實施例在汽輪機與發(fā)電機之間加裝一個逆向離合器4，以及發(fā)電機輸出端加裝一個變頻電動機7。

本系統(tǒng)工作基本原理：當(dāng)汽輪機運轉(zhuǎn)，需要帶動變頻發(fā)電機時，首先啟動變頻電動機，帶動變頻發(fā)電機，直至逆向離合器靠近發(fā)電機側(cè)的轉(zhuǎn)速超過靠近汽輪機側(cè)的轉(zhuǎn)速，此時，逆向離合器仍處分離狀態(tài)，然后變頻電動逐步降速，直至逆向離合器兩側(cè)的轉(zhuǎn)速一致，該逆向離合器嚙合，然后汽輪機帶動發(fā)電機同時轉(zhuǎn)動，完成發(fā)電機在線投入，反之，若需斷開發(fā)電機，則利用變頻電動機進一步帶動變頻發(fā)電機，使逆向離合器靠近發(fā)電機側(cè)的轉(zhuǎn)速超過靠近汽輪機側(cè)的轉(zhuǎn)速，這樣逆向離合器便處于分離狀態(tài)。

本實施例可實現(xiàn)運行過程中一旦發(fā)生異常工況，如出現(xiàn)要求變頻發(fā)電機必須停運的異常工況時，可直接通過逆向離合器系統(tǒng)斷開變頻發(fā)電機，轉(zhuǎn)為汽輪機只帶動給水泵運行狀態(tài)，大大提高了廣義變頻系統(tǒng)軸系及主汽輪發(fā)電機組運行的可靠性。需注意的是，該變頻電動機在完成發(fā)電機在線投入后，需隨系統(tǒng)一塊運轉(zhuǎn)。

需注意的是，本實施例需將變頻電動機與勵磁機進行連接，由于目前一般的勵磁機轉(zhuǎn)軸相對較細，因此還需對勵磁機轉(zhuǎn)軸作變型設(shè)計。

實施例4

如圖4所示，本實用新型的一種帶前置泵的廣義變頻系統(tǒng)的另一具體實施例，它包括給水泵1、前置泵8、汽輪機3、變頻發(fā)電機5、逆向離合器4、勵磁機11、變頻電動機7、復(fù)合齒輪箱9。隨著機組負荷變化，相應(yīng)調(diào)節(jié)（改變）進入該汽輪機的蒸汽參數(shù)及抽汽量，使該汽輪機轉(zhuǎn)速相應(yīng)變化，從而一方面通過齒輪箱間接改變給水泵和前置泵轉(zhuǎn)速，另一方面直接改變發(fā)電機輸出的交流電的頻率。

與實施例2相比，該實施例在汽輪機與發(fā)電機之間加裝一個逆向離合器4，以及發(fā)電機輸出端加裝一個變頻電動機7。但該實施例的運行原理同實施例3，此處不再贅述，與實施例3的主要區(qū)別在于通過“一輸入兩輸出”方式的復(fù)合齒輪箱將前置泵與給水泵并聯(lián)，因此不存在給水泵軸傳遞前置泵功率的問題，同時將兩個齒輪箱合二為一，可相應(yīng)降低一定的投資，此外，給水泵“抽芯包”等檢修工作也相對較為便利。

實施例5

如圖5所示，本實用新型的一種帶前置泵的廣義變頻系統(tǒng)的另一具體實施例，它包括給水泵1、前置泵8、汽輪機3、變頻發(fā)電機5、正向離合器6、逆向離合器4；勵磁機11、變頻電動機7、增速齒輪箱2和減速齒輪箱10。隨著機組負荷變化，相應(yīng)調(diào)節(jié)（改變）進入該汽輪機的蒸汽參數(shù)及抽汽量，使該汽輪機轉(zhuǎn)速相應(yīng)變化，從而一方面通過齒輪箱間接改變給水泵和前置泵轉(zhuǎn)速，另一方面直接改變發(fā)電機輸出的交流電的頻率。

與實施例3相比，該實施例在變頻電動機與發(fā)電機之間加裝一個正向離合器6。本系統(tǒng)工作基本原理：當(dāng)汽輪機運轉(zhuǎn)，需要帶動變頻發(fā)電機時，首先啟動變頻電動機，由于發(fā)電機及勵磁機的軸為靜止，因而一旦啟動變頻電動機，正向離合器便嚙合，后續(xù)便帶動變頻發(fā)電機，直至逆向離合器靠近發(fā)電機側(cè)的轉(zhuǎn)速超過靠近汽輪機側(cè)的轉(zhuǎn)速，此時，逆向離合器仍處分離狀態(tài)，然后變頻電動逐步降速，直至逆向離合器兩側(cè)的轉(zhuǎn)速一致，該逆向離合器嚙合，然后汽輪機帶動發(fā)電機同時轉(zhuǎn)動，完成發(fā)電機在線投入，反之，若需斷開發(fā)電機，則利用變頻電動機先嚙合正向離合器，然后進一步帶動變頻發(fā)電機，使逆向離合器靠近發(fā)電機側(cè)的轉(zhuǎn)速超過靠近汽輪機側(cè)的轉(zhuǎn)速，這樣逆向離合器便處于分離狀態(tài)，隨后，變頻電動機停止，正向離合器便分離。

該實施例由于增設(shè)了一個正向離合器6，因此變頻電動機在完成變頻發(fā)電機投運后，不需跟隨系統(tǒng)一塊運轉(zhuǎn)。

實施例6

如圖6所示，本實用新型的一種帶前置泵的廣義變頻系統(tǒng)的另一具體實施例，它包括給水泵1、前置泵8、汽輪機3、變頻發(fā)電機5、正向離合器6、逆向離合器4、勵磁機11、變頻電動機7、復(fù)合齒輪箱9。隨著機組負荷變化，相應(yīng)調(diào)節(jié)（改變）進入該汽輪機的蒸汽參數(shù)及抽汽量，使該汽輪機轉(zhuǎn)速相應(yīng)變化，從而一方面通過齒輪箱間接改變給水泵和前置泵轉(zhuǎn)速，另一方面直接改變發(fā)電機輸出的交流電的頻率。

與實施例5相比，該實施例系統(tǒng)工作基本原理一致，此處不再贅述，唯一區(qū)別在于汽輪機是通過一個復(fù)合齒輪箱與給水泵、前置泵連接。

實施例7

如圖7所示，本實用新型的一種帶前置泵的廣義變頻系統(tǒng)的另一具體實施例，它包括給水泵1、前置泵8、汽輪機3、逆向離合器4、變頻發(fā)電機5、變頻電動機7、增速齒輪箱2、減速齒輪箱10。隨著機組負荷變化，相應(yīng)調(diào)節(jié)（改變）進入該汽輪機的蒸汽參數(shù)及抽汽量，使該汽輪機轉(zhuǎn)速相應(yīng)變化，從而一方面通過齒輪箱間接改變給水泵和前置泵轉(zhuǎn)速，另一方面直接改變發(fā)電機輸出的交流電的頻率。

與實施例3相比，該實施例未設(shè)與發(fā)電機連接的勵磁機，而是采用“他勵方式”。由于發(fā)電機的軸相對較粗，因此，變頻電動機可與發(fā)電機直接相連更為便利，避免了勵磁機轉(zhuǎn)軸的變型設(shè)計。

實施例8

如圖8所示，本實用新型的一種帶前置泵的廣義變頻系統(tǒng)的另一具體實施例，它包括給水泵1、前置泵8、汽輪機3、變頻發(fā)電機5、逆向離合器4、變頻電動機7和復(fù)合齒輪箱9。隨著機組負荷變化，相應(yīng)調(diào)節(jié)（改變）進入該汽輪機的蒸汽參數(shù)及抽汽量，使該汽輪機轉(zhuǎn)速相應(yīng)變化，從而一方面通過齒輪箱間接改變給水泵和前置泵轉(zhuǎn)速，另一方面直接改變發(fā)電機輸出的交流電的頻率。

該實施例與實施例7唯一區(qū)別在于汽輪機是通過一個復(fù)合齒輪箱與給水泵、前置泵連接。其余均一致，此處不再贅述。

實施例9

如圖9所示，本實用新型的一種帶前置泵的廣義變頻系統(tǒng)的另一具體實施例，它包括給水泵1、前置泵8、汽輪機3、變頻發(fā)電機5、正向離合器6、逆向離合器4、變頻電動機7、增速齒輪箱2和減速齒輪箱10。隨著機組負荷變化，相應(yīng)調(diào)節(jié)（改變）進入該汽輪機的蒸汽參數(shù)及抽汽量，使該汽輪機轉(zhuǎn)速相應(yīng)變化，從而一方面通過齒輪箱間接改變給水泵和前置泵轉(zhuǎn)速，另一方面直接改變發(fā)電機輸出的交流電的頻率。

與實施例7相比，該實施例在變頻電動機與發(fā)電機之間加裝一個正向離合器6。因此變頻電動機在完成變頻發(fā)電機投運后，不必跟隨系統(tǒng)運轉(zhuǎn)，其余和實施例7一致，此處不再贅述。

實施例10

如圖10所示，本實用新型的一種帶前置泵的廣義變頻系統(tǒng)的另一具體實施例，它包括給水泵1、前置泵8、汽輪機3、變頻發(fā)電機5、正向離合器6、逆向離合器4、變頻電動機7、復(fù)合齒輪箱9。隨著機組負荷變化，相應(yīng)調(diào)節(jié)（改變）進入該汽輪機的蒸汽參數(shù)及抽汽量，使該汽輪機轉(zhuǎn)速相應(yīng)變化，從而一方面通過齒輪箱間接改變給水泵和前置泵轉(zhuǎn)速，另一方面直接改變發(fā)電機輸出的交流電的頻率。

與實施例8相比，區(qū)別在于變頻電動機與發(fā)電機之間加裝了一個正向離合器6。與實施例9相比，區(qū)別在于汽輪機是通過一個復(fù)合齒輪箱與給水泵、前置泵連接。其余均一致，此處不再贅述。

實施例11

如圖11所示，本實用新型的一種帶前置泵的廣義變頻系統(tǒng)的另一具體實施例，它包括給水泵1、前置泵8、汽輪機3、變頻發(fā)電機5、增速齒輪箱2和減速齒輪箱10。隨著機組負荷變化，相應(yīng)調(diào)節(jié)（改變）進入該汽輪機的蒸汽參數(shù)及抽汽量，使該汽輪機轉(zhuǎn)速相應(yīng)變化，從而一方面通過齒輪箱間接改變給水泵和前置泵轉(zhuǎn)速，另一方面直接改變發(fā)電機輸出的交流電的頻率。

該實施例未設(shè)獨立的勵磁機，而是采用“他勵方式”，并且未設(shè)置任何離合器系統(tǒng)，因而不具備在線切斷發(fā)電機功能，但系統(tǒng)簡單、投資相對少。

實施例12

如圖12所示，本實用新型的一種帶前置泵的廣義變頻系統(tǒng)的另一具體實施例，它包括給水泵1、前置泵8、汽輪機3、變頻發(fā)電機5和和復(fù)合齒輪箱9。隨著機組負荷變化，相應(yīng)調(diào)節(jié)（改變）進入該汽輪機的蒸汽參數(shù)及抽汽量，使該汽輪機轉(zhuǎn)速相應(yīng)變化，從而一方面通過齒輪箱間接改變給水泵和前置泵轉(zhuǎn)速，另一方面直接改變發(fā)電機輸出的交流電的頻率。

該實施例同樣也未設(shè)獨立的勵磁機，而是采用“他勵方式”，并且也未設(shè)置任何離合器系統(tǒng)，因而不具備在線切斷發(fā)電機功能，與實施例11的區(qū)別在于汽輪機是通過一個復(fù)合齒輪箱與給水泵、前置泵連接。其余均一致，此處不再贅述。

以上詳細描述了本實用新型的具體實施例。應(yīng)當(dāng)理解，本領(lǐng)域的普通技術(shù)無需創(chuàng)造性勞動就可以根據(jù)本實用新型的構(gòu)思作出諸多修改和變化。因此，凡本技術(shù)領(lǐng)域中技術(shù)人員依本實用新型的構(gòu)思在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上通過邏輯分析、推理或者有限的實驗可以得到的技術(shù)方案，皆應(yīng)在由權(quán)利要求書所確定的保護范圍內(nèi)。