CN103221644A - 具有变速泵的电站传动系 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电站传动系，包括：蒸汽轮机和/或燃气轮机，其以恒定速度旋转以便驱动发电机；变速泵，用来传送和/或压缩工作介质以便驱动和/或提供蒸汽轮机和/或燃气轮机的过程，或者以便泵送和/或压缩在过程供应中或在燃气轮机中产生的废气。本发明的特征在于变速泵由蒸汽轮机和/或燃气轮机驱动，且传动连接中设置有速度可调齿轮传动系，所述齿轮传动系具有功率分流器，该功率分流器包括机械主支路和液力辅助支路，其中通过液力耦合或液力转换器借助液力辅助支路使驱动功率从机械主支路分流并在齿轮传动系的输出侧以变速方式借助叠加齿轮传动系反馈给机械主支路。

Description

具有变速泵的电站传动系

本发明涉及一种电站传动系，该电站传动系具有以恒定速度旋转以便驱动发电机的蒸汽轮机和/或燃气轮机，还具有由蒸汽轮机和/或燃气轮机驱动的变速泵。变速泵用来传送和/或压缩工作介质以用于蒸汽轮机和/或燃气轮机的驱动和/或过程供应。替换地，该泵用于传送和/或压缩分别在过程供应中或在燃气轮机中产生或传送的废气或其组分。

锅炉给水泵被认为是电站中的这种变速泵，该泵由电站传动系驱动，借助电站传动系泵送用于蒸汽轮机的蒸汽发电机的锅炉的供给水，并因此传送蒸汽轮机的工作介质。根据与本发明相关的一个实施方式，这种锅炉给水泵具有多兆瓦（例如，15或20MW或以上）的功率消耗。

虽然涡轮机（尤其是蒸汽轮机）通常以恒定速度旋转以驱动发电机，该发电机进而用于以恒定频率发电，但锅炉给水泵根据对新鲜蒸汽量的要求以变化的速度运转。因此，通常通过电机来驱动锅炉给水泵，该电机进而从发电机获取电力。通常，在将涡轮机的蒸汽动力或工作介质的动力分别转换为电力的过程中以及在随后的将电力转换为机械能（转动能）的过程中会造成损失。

为了在此提供一种补救措施，可想而知的是，借助蒸汽轮机和/或燃气轮机来驱动变速泵，而无需机械地将驱动功率中间转换为电力，并且将速度可调变速器设置在蒸汽轮机和/或燃气轮机与变速泵之间进行所需的速度转换，借助该速度可调变速器将蒸汽轮机的驱动功率传输至泵。例如，这种速度可调变速器可由液力控制离合器形成或可包括这种离合器，该离合器的环形工作室可以替换地或多或少地填充有工作介质以便改变液力离合器的输出侧上的速度。同样还考虑了为这种速度可调变速器设置其他的速度转换单元，这种情况允许扭矩传送通过电磁场或机械地存在变化的滑落（Schlupf）。然而，锅炉给水泵以及通过速度可调变速器中的速度转换单元与该锅炉给水泵连接的电力传输装置的大功率消耗在这种情况下会出现问题。

类似问题导致变速泵的传动，该变速泵于是还可被称为压缩机，借助该变速泵将废气或其组分（例如CO₂）传送到地下蓄压器中，以改善电站的CO₂平衡。

本发明以具体说明电站传动系为目的，该电站传动系在驱动这种泵的效率和设计费用以及建设费用方面具有改进的实施方式。

根据本发明的目的通过具有权利要求1的特征的电站传动系来实现。在从属权利要求中具体说明了本发明的有利且尤其适宜的实施方式。

根据本发明的电站传动系具有用于驱动发电机的蒸汽轮机和/或燃气轮机。因此，该发电机仅由所谓的蒸汽发电厂中的一个或多个蒸汽轮机驱动或者仅由所谓的燃气发电厂中的一个或多个燃气轮机驱动。然而，还考虑了所谓的联合循环电厂或燃气-蒸汽电厂，其中一台发电机或多台发电机都由至少一个蒸汽轮机以及至少一个燃气轮机驱动，燃气轮机的废气的废热通常用于为蒸汽轮机产生蒸汽。

蒸汽轮机和/或燃气轮机以恒定速度旋转，使得借助发电机可产生具有预定赫兹数的电能。

此外，变速泵借助蒸汽轮机和/或燃气轮机来驱动并因此分别与蒸汽轮机或燃气轮机机械传动连接。例如，变速泵可以实现为传送和/或压缩工作介质以便驱动蒸汽轮机和/或燃气轮机。例如，该泵是锅炉给水泵，其在蒸汽发电装置中传输蒸汽轮机的工作介质。然而，还考虑了其他变速泵，其他变速泵对蒸汽轮机和/或燃气轮机的过程供应来说是必需的，例如，油泵、气泵等。此外，在目前的情况下，术语“泵”不仅指用于传输不可压缩介质的输送单元，而且还包括用于传送和/或压缩可压缩介质的压缩机。

根据本发明的具体实施方式，泵（或压缩机）用于传送和/或压缩在蒸汽轮机和/或燃气轮机的过程供应中或在燃气轮机中产生的废气。这里特别考虑了借助泵将废气或其组分（尤其是CO₂）泵送至地下蓄能器（尤其是蓄压器）中以便改善电站的CO₂平衡，电站传动系设置在该电站中。过程供应的废气尤其指燃烧化石燃料以产生蒸汽或产生热气时所产生的废气。

根据本发明，速度可调变速器包括具有机械（尤其是专用机械）主支路及液力辅助支路的功率分流器（Leistungsverzweigung），该速度可调变速器设置在变速泵与驱动该变速泵的蒸汽轮机和/或燃气轮机之间的传动连接中。借助液力辅助支路通过液力离合器和/或液力转换器使驱动功率从机械主支路分流并在变速器输出侧上借助相邻的叠加变速器反馈给主支路。可以借助液力离合器或液力转换器来实现速度匹配（Drehzahlanpassung），该液力离合器或液力转换器通过叠加在变速器输出侧的主支路上允许使存在于传动输入端的恒定速度与所需的泵速度进行速度匹配。

借助速度可调变速器传输的大部分功率通过机械主支路有利地直接机械传输至速度可调变速器的传动输出端，且具有液力机械的辅助支路仅用于速度匹配并分别传输利用速度可调变速器能够传输的总功率的例如至多30%或35%或者变速泵的消耗功率。例如，辅助支路中的与泵的额定功率相关的功率可以是总功率的20%至35%，或者在泵的控制范围内，辅助支路中的功率可以是总功率的0%至35%。

如果速度可调变速器的叠加变速器被实现为行星齿轮，则这将是有利的。具体地，行星齿轮的环形齿轮可机械地连接至输入轴，行星架可机械地连接至液力机械的次级侧，尤其是，液力转换器的涡轮机叶轮，并且太阳轮可机械地连接至变速器的输出轴。尤其还考虑了如在公开号为WO2010/009836A1的国际专利申请中或其中所述的现有技术中所公开的速度可调变速器的实施方式。

如果减速变速器连接在速度可调变速器的上游，则特别有利于降低蒸汽轮机和/或燃气轮机的速度，使得速度可调变速器的输入轴以低于蒸汽轮机和/或燃气轮机的速度旋转。这种减速变速器可有利地外部地法兰连接（angeflanscht）在速度可调变速器上。如果减速变速器包括行星级或行星齿轮，则相应地行星架可由速度可调变速器（尤其是其外壳）支承。

减速变速器通常具有固定的减速传动比。然而，根据一个有利的实施方式，该减速传动比至少在或专门在停滞状态下是可变的，以便实现符合相应的预定用途的速度可调变速器的输入速度匹配，以便实现各种设施中所使用的速度可调变速器的标准化和/或优化速度可调变速器的效率。

例如，蒸汽轮机和/或燃气轮机以3000或3600RPM（转/分）的转速旋转，然而相比之下，速度可调变速器的输入轴以1500-1800RPM的转速旋转。

当然，还可以为减速变速器配设行星齿轮之外地或替换地直齿轮或其他形式的变速器。

本发明的一个特别有利的实施方式规定该减速变速器还具有功率分流功能并将在其传动输入端从蒸汽轮机和/或燃气轮机提供的驱动功率分配给两个或两个以上的传动输出端。例如，一个泵连接至每个传动输出端。根据一个实施方式，所有连接的泵都是变速泵，且每个泵有利地通过减速变速器的传动输出端之后的速度可调变速器驱动。根据一个替换实施方式，以恒定速度旋转的泵至少连接至减速变速器的一个传动输出端，并因此针对通过泵传输的介质连接在变速泵或多个泵的上游，该减速变速器尤其作为连接至其他传动输出端的变速泵或多个泵的前级泵（Vorpumpe）进行操作。术语“泵”还包括用于压缩介质的压缩机在这里也同样适用。

具体地，如果减速变速器的各个传动输出端处的泵都通过速度可调变速器驱动，若对应的泵或上游的速度可调变速器分别分配有驻车制动器和/或断开离合器，这将是有利的，例如，传动系的对应部件可借助该驻车制动器和/或断开离合器相应地分离或停止，以便进行维护工作。同时其他泵或多个泵的传动可以继续。

根据本发明的一个实施方式，速度可调变速器（变速泵通过该速度可调变速器驱动）通常具有至少一个油泵或润滑泵，该至少一个油泵或润滑泵用于向速度可调变速器、蒸汽轮机和/或燃气轮机、减速变速器和/或设置成操作该蒸汽轮机和/或燃气轮机的辅助组件提供润滑油和/或润滑剂。例如，这种辅助组件可以是风机、安全装置、过程监控装置或另外的组件。当然，借助集成在速度可调变速器中的至少一个油泵来向发电机提供润滑油/润滑剂也是可行的。

如果设置了多个速度可调变速器来驱动多个泵，则多个速度可调变速器可并联地设置在电站传动系中，如所示，尤其是设置在具有多个输出端的减速变速器之后，还可以借助共享基础框架有利地支承。这对各个泵来说相应地是正确的。

作为一个实例，下面将根据示例性实施方式及附图对本发明进行更详细的阐述。在图中：

图1示出了根据本发明的具有通过速度可调变速器由蒸汽轮机驱动的锅炉给水泵的电站传动系的第一示例性实施方式；

图2示出了根据本发明实现的具有两个锅炉给水泵的示例性实施方式；

图3示出了根据图1的但具有连接在速度可调变速器的上游并且法兰连接在其上的另一减速变速器的示例性实施方式；

图4示出了与图3的示例性实施方式类似的示例性实施方式，然而其中，减速变速器定位在距速度可调变速器一定距离处；

图5示出了具有通过速度可调变速器连接至减速变速器的第一输出端的锅炉给水泵以及直接连接至减速变速器的第二输出端的恒速前级泵的另一示例性实施方式；

图6示出了可行的速度可调变速器的示例性实施方式。

图1示出了根据本发明实现的具有驱动发电机2的蒸汽轮机1的电站传动系。此外，变速锅炉给水泵3设置在电站传动系的主传动系中，该锅炉给水泵借助蒸汽轮机1通过速度可调变速器4驱动。该速度可调变速器4具有机械主支路5和液力辅助支路6。大部分驱动功率通过机械主支路5从速度可调变速器的输入端传输至其输出端。只有相对较少的部分通过液力辅助支路6传输，以便相应地使传动输出端或锅炉给水泵3的速度匹配。

另外，如虚线所示，前级泵7可分配给锅炉给水泵3，该前级泵可沿驱动功率流的方向设置在锅炉给水泵3之后或还可设置在另一点处，尤其是设置在速度可调变速器4之前。前级泵7还可实现为变速泵，如图所示，或者具体地，如果其沿驱动功率流的方向（从蒸汽轮机1看）设置在速度可调变速器4之前，则实现为以恒定速度旋转的泵。

根据图2中的实施方式，两个锅炉给水泵3借助蒸汽轮机1通过两个速度可调变速器4驱动，并且可选地两个对应的前级泵7。出于此目的，具有一个传动输入端和两个传动输出端的功率分流变速器沿从蒸汽轮机1至锅炉给水泵3的驱动功率流的方向设置在速度可调变速器4之前，传动输入端的功率分配给该功率分流变速器，且该功率分流变速器有利地但不是必须地实现为减速变速器8。

根据图3中的实施方式，还设置有减速变速器8。该减速变速器在输入侧法兰连接在速度可调变速器4上并与之形成结构单元。这里在减速变速器中进行功率分流也并不是绝对必须的。一般来说，还可设置功率分流变速器，该功率分流变速器的输入轴以与输出轴相同的速度旋转或者甚至以相对较低的速度旋转。

在根据图4的实施方式中，减速变速器8与速度可调变速器4分开设置并沿驱动功率流的方向设置在该速度可调变速器之前。

在根据图5的实施方式中，也设置有功率分流变速器，其有利地实现为减速变速器8，在它的第一输出端上连接有具有机械主支路5和液力辅助支路6的速度可调变速器4，借助该速度可调变速器驱动锅炉给水泵3。前级泵7连接至减速变速器8的第二输出端，该泵以恒定速度操作，从而可省去减速变速器8与前级泵7之间的速度可调变速器。

在图6中，示出了具有法兰连接在其上的减速变速器8的速度可调变速器4的示例性实施方式。速度可调变速器4的机械主支路5由速度可调变速器4的输入轴9、相邻的行星齿轮10以及输出轴11形成。输入轴9驱动行星齿轮10的环形齿轮12，该环形齿轮通过行星13机械地连接至太阳轮14。太阳轮14机械地连接至输出轴11或由输出轴支承。

液力辅助支路6由液力转换器15（在这里实现为可调转换器）以及在其上相邻的机械传动级形成。这些机械传动级进而相应地连接至行星齿轮10的行星轮13或行星架26。

图6示出了液力辅助支路的机械传动级的两个可行的示例性实施方式，具体为输入轴9上方的第一示例性实施方式及输入轴9下方的第二示例性实施方式。在这两个示例性实施方式中，液力转换器15的泵轮16相应地机械连接至输入轴9或由输入轴支承。在这两个示例性实施方式中，液力转换器15的涡轮机叶轮17通过中间大齿轮18传动连接至根据第一示例性实施方式的中间轴20，或根据第二示例性实施方式的环形齿轮21。在这两个示例性实施方式中，通过支承外部大齿轮22的中空轴19来实现涡轮机叶轮17与中间大齿轮18之间的连接。

根据第一示例性实施方式，中间轴20支承第一大齿轮23及第二大齿轮24，该第一大齿轮与中间大齿轮18啮合，该第二大齿轮与第三大齿轮25啮合，该第三大齿轮支承行星架26，因此其可转动。根据第二示例性实施方式，中空轴21与中间大齿轮18啮合（可以设置多个中间大齿轮）并支承行星架26，因此其可转动或旋转地设置。在第二示例性实施方式中，特别是在设置有两个、三个或更多个中间大齿轮18的情况下，大齿轮22、18及中空轴21的轮齿可以表示行星齿轮。如图所示，在示例性实施方式中，中空轴21设置有内部轮齿。这种情况可以实现的原因是内齿直齿轮连接至中空轴或该中空轴具有内部轮齿。

液力转换器15还具有可调导叶环27。尽管这里示出了实施方式，但还可以设置另外的导叶环和/或叶轮。

减速变速器8利用其变速器外壳31法兰连接在速度可调变速器4的外壳32上（例如，通过螺纹连接、焊接或另外的合适的可拆卸或不可拆卸紧固方式）。减速变速器8具有输入轴28和输出轴29。输出轴29可以实现为与速度可调变速器4的输入轴9成一体，或者可以通过贴合（formschlüssig）和/或摩擦锁紧方式可拆卸地或不可拆卸地连接在其上。

输入轴28通过行星齿轮30机械地连接至输出轴29。行星齿轮30表示减速传动级，使得输入轴28以比输出轴29更高的速度（例如，以两倍的速度）旋转。

行星齿轮30的行星架33由速度可调变速器4的外壳32支承。当然，还可以设置另外的减速变速器，例如，直齿轮形式的减速变速器代替行星齿轮30。

Claims (10)

1.一种电站传动系，包括：

1.1蒸汽轮机（1）和/或燃气轮机，其以恒定速度旋转，以便驱动发电机（2）；

1.2变速泵，用来传送和/或压缩工作介质以用于所述蒸汽轮机（1）和/或所述燃气轮机的驱动和/或过程供应，或者用来传送和/或压缩在所述过程供应中或在所述燃气轮机中产生的废气；

其特征在于，

1.3所述变速泵由所述蒸汽轮机（1）和/或燃气轮机驱动，并且传动连接中设置有速度可调变速器（4），所述速度可调变速器包括具有机械主支路（5）和液力辅助支路（6）的功率分流器，

1.4借助所述液力辅助支路（6），通过液力离合器或液力转换器使驱动功率从所述机械主支路（5）分流并在变速器输出侧上以可变速度借助叠加变速器反馈给所述机械主支路（5）。

2.根据权利要求1所述的电站传动系，其特征在于，所述变速泵是用于传送所述蒸汽轮机（1）的工作介质的锅炉给水泵（3）。

3.根据权利要求1或2所述的电站传动系，其特征在于，所述液力辅助支路（6）被配置成传输所述机械主支路（5）的功率的或者利用所述速度可调变速器（4）能够传输的所有功率的至多30%或35%。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的电站传动系，其特征在于，减速变速器（8）连接在所述速度可调变速器（4）的上游，所述减速变速器尤其外部地法兰连接在所述速度可调变速器（4）上。

5.根据权利要求4所述的电站传动系，其特征在于，所述减速变速器（8）包括行星齿轮（30），所述行星齿轮的行星架由所述速度可调变速器（4）支承，尤其由其外壳支承。

6.根据权利要求4或5所述的电站传动系，其特征在于，所述减速变速器（8）具有传动连接至所述蒸汽轮机（1）和/或所述燃气轮机的传动输入端，还具有至少两个或正好两个传动输出端以及功率分流器，该功率分流器将来自所述传动输入端的驱动功率分配给所述传动输出端，并且泵尤其通过速度可调变速器（4）连接至每个传动输出端，该速度可调变速器包括具有机械主支路（5）和液力辅助支路（6）的功率分流器，借助所述液力辅助支路（6）通过液力离合器或液力转换器使驱动功率从所述机械主支路（5）分流并在变速器输出侧以可变速度借助叠加变速器反馈给所述机械主支路（5）。

7.根据权利要求6所述的电站传动系，其特征在于，以恒定速度旋转的泵连接至一个传动输出端，并且变速泵通过速度可调变速器（4）连接至另一个传动输出端，以恒定速度旋转的泵针对从所述变速泵传送的介质作为前级泵（7）连接在上游。

8.根据权利要求6或7所述的电站传动系，其特征在于，驻车制动器和/或断开离合器在每种情况下均设置在一个传动输出端或两个传动输出端与相应的泵之间的传动连接中。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的电站传动系，其特征在于，所述速度可调变速器（4）具有油泵，该油泵用于向所述速度可调变速器（4）、所述蒸汽轮机（1）和/或燃气轮机、所述发电机（2）、所述减速变速器（8）和/或设置成操作所述蒸汽轮机（1）和/或燃气轮机的辅助组件提供润滑油。

10.根据权利要求1以及尤其是权利要求3至9中任一项所述的电站传动系，其特征在于，所述泵将所述燃气轮机和/或用于所述蒸汽轮机（1）的热蒸汽发电机的废气或其组分泵送至地下蓄能器中。

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