自动同步离合器及具有该离合器的给水泵汽轮机高速盘车装置

摘要

本发明涉及一种自动同步离合器，主要用于需要自动同步运转的工作场合，例如发电机组锅炉给水泵汽轮机高速盘车装置，包括输入部件、输出部件及其联接机构，联接机构包括一管状中间体，该中间体的外壁具有周向分布的棘齿和渐开线花键齿，分别构成棘轮和渐开线外花键；中间体的内壁是渐开线螺旋花键；所述输入部件是阶梯轴，具有与所述中间体的配合段，该段的柱面上是渐开线螺旋花键，与所述中间体内壁的渐开线螺旋花键配合；输出部件呈管状，其内壁具有周向分布的渐开线花键，构成渐开线内花键，该内花键对应所述中间体的渐开线外花键；输出部件的内壁还设有棘爪机构，该棘爪机构对应所述中间体的棘轮。用该离合器装备的给水泵汽轮机高速盘车装置，安全性好。

说明书

技术领域

本发明涉及离合器，特别是一种自动同步离合器，主要用于需要自动同 步运转的工作场合，例如发电机组锅炉给水泵汽轮机高速盘车装置。

背景枝术

300MW及以上发电机组的锅炉给水泵，是用汽轮机驱动的，这种汽动给水 泵的轴容易卡塞，启动前需要高速盘车，盘车转速要求在80r/min以上。该高 速盘车装置由盘车电动机、减速器和自动同步离合器三大部分组成，其中盘 车装置的自动投入和甩开是靠自动同步离合器来完成的。

自动同步离合器需具备如下功能：1.盘车装置启动时，离合器静态投入， 自动结合；2.给水泵汽轮机运行至高于盘车转速时，离合器自动分离；3.给 水泵汽轮机打闸停机，转速下降至盘车转速时，离合器动态投入，自动结 合；重新处于备机状态。

要满足上述功能要求，离合器的结构设计难度很大，目前国内尚无先例， 国外虽有该功能的产品，但对外保密，其具体结构无人知晓。

发明内容

本发明的目的之一，是通过自主开发，提供一种具备上述功能的自动同 步离合器。

本发明的目的之二，是提供一种配有上述自动同步离合器的给水泵汽轮 机高速盘车装置。

实现上述目的的技术方案是：

一种自动同步离合器，包括输入部件、输出部件及其联接机构，其中：

所述联接机构包括一管状中间体，该中间体的外壁具有周向分布的棘齿 和渐开线花键齿，分别构成棘轮和渐开线外花键；中间体的内壁是渐开线螺 旋花键；

所述输入部件是阶梯轴，具有与所述中间体的配合段，该段的柱面上是 渐开线螺旋花键，与所述中间体内壁的渐开线螺旋花键配合；

所述输出部件呈管状，其内壁具有周向分布的渐开线花键，构成渐开线 内花键，该内花键对应所述中间体的渐开线外花键；

所述输出部件的内壁还设有棘爪机构，该棘爪机构对应所述中间体的棘 轮。

所述棘爪机构由棘爪、棘爪轴、扭力弹簧组成，所述棘爪通过棘爪轴装 配在所述输出部件上；所述扭力弹簧套在所述棘爪轴上，该扭力弹簧的一端 顶住输出部件，另一端顶住棘爪。

所述输入部件具有法兰，该法兰的内侧台阶构成所述中间体的轴向定位 止口，实现离合器结合定位；所述输入部件的螺旋渐开线花键轴段的端面设 有端盖，该端盖的直径大于花键轴段，形成一延伸部分；所述中间体的内壁 具有轴向定位止口，该止口与所述端盖的延伸部分配合，实现离合器分离定 位。

所述渐开线螺旋花键的两段分别设有阻尼油腔。

所述输入部件具有一轴向润滑油腔和径向、轴向油孔，径向油孔与所述 阻尼油腔相通，轴向油孔通往渐开线花键副。

所述中间体与所述输入部件配合的端面上具有若干油槽，该油槽在该端 面上呈辐射状分布。

一种给水泵汽轮机高速盘车装置，包括顺序联结的驱动器、减速器、离 合器，所述离合器的输出端联结给水泵汽轮机的转子，所述离合器采用上述 的自动同步离合器。

本发明的有益效果是：

上述构造的自动同步离合器，完全满足负载要求的使用功能，动作灵 敏、准确，响应速度快，无滞后效应，同步性好；离、合时无冲击，无噪 音，磨损小，经久耐用，可靠性高。用该离合器装备的给水泵汽轮机高速盘 车装置，安全性好。

附图说明

图1是本自动同步离合器的结构图

图2是图1的A-A视图

图3是图1的B-B视图

图4是本给水泵汽轮机高速盘车装置的一种结构示意图

具体实施方式

参见图4：本给水泵汽轮机高速盘车装置由电动机I、减速器II、自动同 步离合器III组成，自动同步离合器III的输出端连接汽轮机IV的转子，汽轮机 IV的转子连接给水泵V。

参见图1、图2、图3：自动同步离合器III主要由三个部分组成，即与减速 器II输出轴相连的输入部件1、与汽轮机IV转子相连的输出部件7，介于输入 部件1、输出部件7之间的中间体2。

中间体2呈管状，其内壁加工成渐开线螺旋内花键齿11。外壁上加工有周 向分布的渐开线花键齿12，还有周向分布的棘齿，构成棘轮8。

输入部件1是阶梯轴，其与中间体2配合段的柱面上，加工有渐开线螺旋 外花键齿9，与中间体2的内花键齿11配合。

输出部件7也呈管状，其内壁上加工有周向分布的渐开线花键齿10，与中 间体2的花键齿12配合。输出部件7内壁上还设有棘爪5，对应中间体2上的棘 轮8。棘爪5通过其销轴4安装在输出部件7上，销轴4由堵头3固定在销孔内。 销轴4上套有扭力弹簧6，弹簧6的一端顶住输出部件7，另一端压住棘爪5，使 之与棘轮8啮合。盘车时，棘爪5在任何位置均不脱离棘轮槽。为防止中间体2 移动时棘爪5和棘轮8发生碰撞，在棘爪5的两侧设有限位销20。棘爪5共设两 个，对称布置在输出部件7上，以保证转子运转时的质量平衡。棘轮棘爪机构 的作用是使盘车装置在静态或动态投入时，保证中间体2上的花键齿12和输出 轴上的花键齿10相互对齐，并提供小扭矩使中间体2做轴向移动，使花键齿 12、10啮合。

为保证花键齿12、10啮入时不干涉，花键齿12的齿数应为棘轮8齿数的倍 数，且与棘轮齿相对齐。为便于啮入，在齿的啮入端部进行修缘。

输入部件1具有法兰，该法兰的内侧台阶构成中间体2的轴向定位止口， 用于离合器结合定位。输入部件1的花键轴段的端面设有端盖13，该端盖13由 螺钉14固定在花键轴的端面上，端盖13的直径大于花键轴，形成一延伸部 分，中间体2的内壁具有轴向定位止口，该止口与端盖的延伸部分配合，实现 离合器分离定位。离合器从脱开位置至完全啮合位置，中间体2轴向移动的距 离为30mm，输入部件1旋转的角度为15°25′43″。

在自动同步离合器啮合和脱开过程即将结束时，为防止中间体2与输入部 件1因角速度的差异而产生剧烈碰撞，在螺旋花键9的两端均设有缓冲驻退阻 尼油腔17，以免中间体2与输入部件1剧烈碰撞而损坏离合器。

输入部件1的中心具有一轴向润滑油腔15，有径向油孔16与阻尼油腔17相 通，提供缓冲阻尼，并润滑螺旋花键9；有端部轴向油孔18，通往花键齿12、 10，对其润滑。

另外，润滑油容易在中间体2与输入部件1的配合端面上形成油膜，该油 膜有很强的吸附力，使离合器分离不畅，需要很大的作用力才能撕破油膜， 油膜一旦撕破，中间体2轴向运动速度很快，其定位止口会对端盖13产生冲 击。因此，在中间体2与输入部件1的配合端面上设有若干油槽19，该油槽19 在该端面上呈辐射状分布。油槽19的作用有两点，一是离合器运转时，润滑 油在离心力作用下沿油槽19甩出，不易形成油膜。二是将环形配合面分割成 若干个扇形面，就不会形成大面积油膜，减小吸附力，从而降低中间体2分离 时的轴向运动速度，减轻冲击。

自动同步离合器的装配要点在于棘轮棘爪机构的调整及扭转弹簧的调 整，在装配棘轮棘爪时，先将输入部件1与中间体2用螺旋渐开线花键联接， 然后将中间体2推入输出部件7内，观察渐开线花键副及棘轮棘爪的啮合情 况，修整棘爪结合端的长度，使渐开线花键副啮合齿两侧的间隙一致，用手 推动中间体2，应能在渐开线花键内自如滑动。棘爪在定位销内能灵活转动， 不得有卡塞现象。

本给水泵汽轮机高速盘车装置的工作过程：

当启动盘车电机I时，经减速器II传动，离合器的输入部件1开始转动， 此时棘爪5与棘轮齿8相接触，使内、外渐开线花键齿9、11对齐，由棘轮棘爪 机构提供的小扭矩使中间体2沿螺旋渐开线花键槽做轴向移动，驱使内、外渐 开线轮齿10、12啮合，并带动输出部件7转动。至此盘车装置完成了静态投 入，机组处于盘车状态。当机组冲转后，离合器输出部件7的转速超越了输入 部件1的转速(即盘车转速)时，中间体2受到了一个反向力矩，这个反向力 矩驱使中间体2沿螺旋渐开线花键槽做轴反向运动，使得中间体2上的外渐开 线齿12与输出部件上的内渐开线齿10脱离啮合，盘车装置处于甩开状态，机 组运行。当机组打闸停机，转速下降至盘车转速时，此时输出部件7上的棘爪 5由于离心力的减小而落入中间体2上的棘轮8内，与棘齿啮合。当输出部件的 转速(即转子的转速)滞后于输入部件转速的瞬间，中间体2接受棘轮棘爪机 构提供的小扭矩作用沿螺旋花键槽做轴向滑动，使内外渐开线轮齿相啮合， 并带动输出部件7转动，完成盘车装置的动态投入，机组进入盘车状态。

值得指出，本发明的自动同步离合器是在研发给水泵汽轮机高速盘车装 置的过程中发明的，但其用途决不仅仅限于给水泵汽轮机高速盘车装置，在 其它类似功能要求的运转机械也可使用。