CN103939564A - 一种液力调速装置 - Google Patents

Abstract

一种液力调速装置，它主要由二级行星齿轮传动机构、导叶可调式液力变矩器、导叶调节机构三部分组成，其特征在于:变动的转速和转矩输入连接输入轴，输入轴与第一级行星架连接，并由该第一级行星架通过相连的第一级行星轮以及输出轴上的第一级太阳轮与输出轴连接，本发明的液力调速装置可根据应用场合的动力输入速度特性自动选择调速范围，通过调大变矩器导叶开度，使得变矩器吸收更多的功率，从而使得输出恒速，当输入转速降低时，通过调小变矩器导叶开度，使得变矩器吸收较少的功率，从而使得输出恒速，调节范围，液力调速装置所采用的液力变矩器为五个工作轮，其中泵轮为前倾式空间扭曲叶片，转矩较大，功率分流作用显著，结构简单，制造容易。

Description

一种液力调速装置

技术领域

本发明涉及一种液力调速装置，特别是涉及一种二级行星齿轮的传动机构、导叶可调式液力变矩器、导叶调节控制机构组成的液力调速装置，主要应用于船舶、风电等场合时，能使工作机以某一恒定速度运行。

背景技术

近年来国外液力传动技术在许多方面有了突破性的进展，包括在风机和泵类上的应用，它在传递电动机的额定转速上，提高了功率,具有节能效果和安全可靠性等优点。

在重载、大功率（兆瓦级）设备的调速驱动方面，液力元件更表现出其优越的传动性能，应用的范围正由传统的电力行业中锅炉给水泵、锅炉送引风机、渣浆泵、燃气轮机启动装置，扩展到钢铁行业中炼钢转炉除尘风机、煤烟输运风机、海洋钻探、风力发电等各个领域。导叶可调液力传动机构同时可以应用于其它工程机械上，比如应用于挖泥船，在挖泥抓斗的提升、稳速下降和动力零的工作周期内，利用变矩器功能可调的特性，自动调整牵引力以便适应工作要求。因此在动力需要不断变化的场合都可以考虑应用导叶可调式液力变矩器,其使用性能已达到工程的需要。

特别是在大型风力发电设备上的应用，更突出显示的液力传动的优越性;利用风电机组并网发电，将变动的转速和转矩通过传动系统转变成频率稳定的转速传递到发电机上，依靠的正是功率分流机构和导叶可调液力变矩器相配合的液力调速传动系统，以保证风电机组高效、稳定、可靠的并网发电。它是一种新型的变速恒频技术，不仅符合风电机组的技术发展趋势，并且可调式液力变矩器的能容大、功率/质量比大、无极变速、隔离衰减扭振、较宽的工作转速调节范围等特点，可以使风电机组稳定并网发电能力增强，风电机组传动系体积和成本下降，系统承受的冲击和动态负载减少，设备稳定运行时间和寿命增加，必将有力促进风力发电技术的进步，也将使液力传动有了更加宽广的使用范围，促进了液力传动的发展。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，提供一种调速范围宽、结构简单、控制简便且适用范围广泛的液力调速装置。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：所述的一种液力调速装置，它主要由二级行星齿轮传动机构、导叶可调式液力变矩器、导叶调节机构三部分组成，变动的转速和转矩输入连接输入轴，输入轴与第一级行星架连接，并由该第一级行星架通过相连的第一级行星轮以及输出轴上的第一级太阳轮与输出轴连接；

所述的输出轴与变矩器输出轴通过内外齿轮连接，变矩器输出轴与泵轮连接，泵轮相邻配置有通过六角螺栓刚性连接并实现同步转动的一级涡轮和二级涡轮、以及配置有通过控制系统改变两涡轮的输出速度的可调节叶片角度的可调导轮；所述的一级涡轮和二级涡轮通过相连的涡轮毂与套置于输出轴上的第二级太阳轮连接，该第二级太阳轮通过置于第二级行星轴上的第二级行星轮啮合，该第二行星轮啮合有第二级内齿轮圈，所述第二级内齿轮圈与第一级内齿圈相连接；第一级内齿圈与套置在第一级行星轴上的第一级行星轮啮合，该第一级行星轮与固连在输出轴上的第一级太阳轮啮合，实了功率循环和分流。

所述的控制系统主要由步进电机、驱动器以及控制器组成，与控制器相连有二对齿轮减速副，并与同步调节齿轮啮合，所述同步调节齿轮与同步调节盘相连，同步调节盘上固定有可实现圆周转动的圆柱销；圆柱销通过转动拨叉上槽的作用，使其以导轮叶片轴为中心转动，从而改变可调导轮导叶角度。

所述导叶可调式液力变矩器包括泵轮、一级涡轮、二级涡轮、可调导轮；其中所述泵轮的叶片为空间扭曲叶片；所述可调导轮和两涡轮的叶片为柱状叶片，它结构简单，便于生产加工和安装定位；所述第二级内齿轮圈与第一级内齿圈通过紧固件、连接环、连接筒连接。

所述的驱动器和步进电机构成了电机执行机构，通过控制器将输入转速、输出转速，恒定的目标转速以及变矩器的动态特性相结合，得到反馈指令，控制调节机构转动方向及位置；所述电动执行机构用以设定调整精度和相应速度。同步调节齿轮由步进电机带动二对齿轮副带动减速，然后通过螺钉联接带动同步调节盘带动各个转动拨叉运动；拨叉一端即随着同步调节盘上的凸台做旋转运动，又相对于同步调节盘上的凸台沿着自身结构的槽做线性运动；拨叉的另一端通过六角头螺栓与可调导叶固连的连接杆联接，随着同步调节盘的转动，拨叉带动可调导叶发生转动。

本发明具有如下的有益技术效果：

1）本发明的液力调速装置可根据应用场合的动力输入速度特性自动选择调速范围。当输入转速升高时，通过调大变矩器导叶开度，使得变矩器吸收更多的功率，从而使得输出恒速；当输入转速降低时，通过调小变矩器导叶开度，使得变矩器吸收较少的功率，从而使得输出恒速；调节范围宽；

2）本发明的液力调速装置所采用的液力变矩器为五个工作轮，其中泵轮为前倾式空间扭曲叶片，转矩较大，功率分流作用显著；涡轮和导轮为柱状叶片，结构简单，制造容易；

3）本发明的液力调速装置的可调导轮的调节机构由步进电机带动减速齿轮副，通过齿轮副将运动传到同步调节盘上，进而使得所有导叶同步按照控制指令运动。控制更加简单，响应速度更快。

附图说明

图1是本发明所述的二级行星齿轮传动机构装配示意图。

图2是本发明所述的导叶可调式液力变矩器装配示意图。

图3是本发明所述的导叶调节机构装配示意图一。

图4是本发明所述的导叶调节机构装配示意图一。

图1中所示的标号有：1.深沟球轴承，2.唇形密封圈，3.输入轴，4.第一级太阳轮， 5.前挡圈，6.六角头螺栓，7.弹簧垫圈，8. 第一级行星轮轴，9.圆锥滚子轴承，10.挡圈，11. 第一级行星架，12. 第一级行星轮，13. 第一级内齿圈，14.外壳，15.平垫圈，16. 六角螺塞，17.紧固件，18.连接环，19.连接筒，20.位置限定块，21.挡板，22. 第二级行星轮架，23. 第二级内齿圈，24.端盖，25. 第二级行星轮，26.固定块，27.内六角螺钉，28. 第二级行星轮轴，29.套筒，30. 第二级太阳轮，31.输出轴；

图2中所示的标号有：32.箱体，33.六角头螺栓，34.弹簧垫圈，35.一级涡轮，36.半沉头铆钉，37.封油衬套，38.密封环，39.球轴承，40.涡轮毂，41.轴用挡圈，42.滚针轴承，43.隔套，44.泵轮，45.六角头螺栓，46.二级涡轮，47.固定导轮，48.变矩器可调导轮外环，49.可调导轮，50.定位套，51.密封衬套，52.O形圈，53.输出端盖，54.压板，55.变矩器输出轴，56.输出法兰，57.箱盖，58.外环罩；

图3、4中所示的标号有：59.转动拨叉，60.六角头螺栓，61.弹簧垫圈，62.螺母，63.步进电机+驱动器+控制器，64.电机座，65.平键，66.电机齿轮，67.紧定螺钉，68.传动齿轮一，69.传动齿轮二，70.球轴承，71.传动轴72.承磨垫，73.衬套，74.隔套，75.O形圈，76.钢球，77.平垫，78.开口销，79.圆柱销，80.同步调节盘，81.定位套，82.同步调节齿轮。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明：图1所示，本发明所述的一种液力调速装置，它主要由二级行星齿轮传动机构、导叶可调式液力变矩器、导叶调节机构三部分组成，变动的转速和转矩输入连接输入轴3，输入轴3与第一级行星架11连接，并由该第一级行星架11通过相连的第一级行星轮12以及输出轴上的第一级太阳轮4与输出轴31连接；

结合图2所示，所述的输出轴31与变矩器输出轴55通过内外齿轮连接，变矩器输出轴55与泵轮44连接，泵轮44相邻配置有通过六角螺栓45刚性连接并实现同步转动的一级涡轮35和二级涡轮46、以及配置有通过控制系统改变两涡轮的输出速度的可调节叶片角度的可调导轮49；所述的一级涡轮35和二级涡轮46通过相连的涡轮毂40与套置于输出轴31上的第二级太阳轮30连接，该第二级太阳轮30通过置于第二级行星轴28上的第二级行星轮啮合，该第二行星轮25啮合有第二级内齿轮圈23，所述第二级内齿轮圈23与第一级内齿圈13通过紧固件17、连接环18、连接筒19连接；第一级内齿圈13与套置在第一级行星轴上的第一级行星轮12啮合，该第一级行星轮12与固连在输出轴31上的第一级太阳轮4啮合，实了功率循环和分流。

结合图3、4所示，所述的控制系统主要由步进电机、驱动器以及控制器63组成，与控制器相连有二对齿轮减速副，并与同步调节齿轮82啮合，所述同步调节齿轮82与同步调节盘80相连，同步调节盘上固定有可实现圆周转动的圆柱销79；圆柱销79通过转动拨叉59上槽的作用，使其以导轮叶片轴为中心转动，从而改变可调导轮49导叶角度。

    所述导叶可调式液力变矩器包括泵轮、一级涡轮、二级涡轮、可调导轮；其中所述泵轮的叶片为空间扭曲叶片；所述可调导轮和两涡轮的叶片为柱状叶片。

实施例：

功率分流，如图所示，本发明所述的液力调速装置主要由二级行星齿轮传动机构、导叶可调式液力变矩器、导叶调节机构三部分组成。

如图1所示，变动的转速和转矩通过输入轴3输入。输入轴3通过第一级行星架11带动第一级行星轮12旋转，从而实现输出轴31上的太阳轮转动带动输出轴31转动。

如图1、2所示，图1中的输出轴31与图2中的变矩器输出轴55通过内外齿轮连接实现同步传动。变矩器输出轴55与变矩器泵轮44连接，带动泵轮的转动。通过液力变矩器内部工作，泵轮44将能量传至一级涡轮35和二级涡轮46，其中两涡轮通过六角螺栓45刚性连接实现同步转动。通过调节可调导轮49叶片角度，改变两涡轮的输出速度。一级涡轮35和二级涡轮46通过涡轮毂40带动第二级太阳轮30转动。第二级行星轮25由于第二级行星轮轴28对其自由度的限制，只能绕轴旋转，从而将第二级太阳轮30的转动传递到第二级内齿圈23上，实现其转动。第二级内齿轮圈23与第一级内齿圈13通过紧固件17、连接环18、连接筒19连接，使功率从第二级内齿圈23传递到第一级内齿圈13上。最后，因为第一级行星轮系内的第一级内齿圈13与第一级行星轮12作用，再将功率传递至输出轴31，从而实现了功率循环以及分流：将输入轴31上的功率分流到二级行星齿轮传动机构和导叶可调式液力变矩器上，达到部分功率内循环，实现功率分流。

液力调速，导叶可调式液力变矩器的液力调速，主要是通过步进电机+驱动器+控制器63来调节可调导轮49导叶角度，改变一级涡轮35与二级涡轮46输出转速，从而实现液力调速；

如图3、4所示，可调导轮49由于限制只有转动一个自由度，通过螺栓螺母与转动拨叉59固定连接。当步进电机+驱动器+控制器63发出信号转动，通过二对齿轮副减速并将传动传至同步调节齿轮82，带动同步调节盘80转动时，固定在盘上的圆柱销79实现圆周转动；当圆柱销79圆周转动时，由于转动拨叉59上槽的作用，使其以导轮叶片轴为中心转动，从而改变可调导轮49导叶角度，从而控制两涡轮的输出转速。该液力调速装置输出转速是二级行星齿轮传动机构和导叶可调式液力变矩器共同作用的结果，通过上述装置，在不同输入转速下，适当改变可调导轮49导叶角度，改变两涡轮的输出转速，最终实现将变动的转速和转矩通过该传动系统转变成频率稳定的转速输出。 

Claims (3)

1.一种液力调速装置，它主要由二级行星齿轮传动机构、导叶可调式液力变矩器、导叶调节机构三部分组成，其特征在于:变动的转速和转矩输入连接输入轴（3），输入轴（3）与第一级行星架（11）连接，并由该第一级行星架（11）通过相连的第一级行星轮（12）以及输出轴上的第一级太阳轮(4)与输出轴(31)连接；

所述的输出轴(31)与变矩器输出轴（55）通过内外齿轮连接，变矩器输出轴（55）与泵轮（44）连接，泵轮（44）相邻配置有通过六角螺栓（45）刚性连接并实现同步转动的一级涡轮（35）和二级涡轮（46）、以及配置有通过控制系统改变两涡轮的输出速度的可调节叶片角度的可调导轮（49）；所述的一级涡轮（35）和二级涡轮（46）通过相连的涡轮毂（40）与套置于输出轴（31）上的第二级太阳轮（30）连接，该第二级太阳轮（30）通过置于第二级行星轴（28）上的第二级行星轮啮合，该第二行星轮（25）啮合有第二级内齿轮圈（23），所述第二级内齿轮圈（23）与第一级内齿圈（13）相连接；第一级内齿圈（13）与套置在第一级行星轴上的第一级行星轮（12）啮合，该第一级行星轮（12）与固连在输出轴（31）上的第一级太阳轮（4）啮合，实了功率循环和分流。

2.根据权利要求1所述的液力调速装置，其特征在于所述的控制系统主要由步进电机、驱动器以及控制器（63）组成，与控制器相连有二对齿轮减速副，并与同步调节齿轮（82）啮合，所述同步调节齿轮（82）与同步调节盘（80）相连，同步调节盘上固定有可实现圆周转动的圆柱销（79）；圆柱销（79）通过转动拨叉（59）上槽的作用，使其以导轮叶片轴为中心转动，从而改变可调导轮（49）导叶角度。

3.  根据权利要求1所述的液力调速装置，其特征在于所述导叶可调式液力变矩器包括泵轮、一级涡轮、二级涡轮、可调导轮；其中所述泵轮的叶片为空间扭曲叶片；所述可调导轮和两涡轮的叶片为柱状叶片；所述第二级内齿轮圈（23）与第一级内齿圈（13）通过紧固件（17）、连接环（18）、连接筒（19）连接。