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轴带发电恒速齿轮装置

2023-02-11

conspeed gearunit for shaft generator能使交流发电机的转速和频率保持恒定的传动装置。

对柴油机直接传动固定螺距螺旋桨的渔船, 在采用轴带交流发电机时, 由于主机转速随作业工况的变化而经常变化, 必须使用恒速稳频装置。一般有电磁滑差离合器、机械摩擦滑差离合器、可控硅变频器、液压恒速装置以及恒速齿轮传动装置等多种稳速稳频装置。其中只有恒速齿轮传动装置的效率最高, 一般在93%~97%之间。

恒速齿轮装置结构如图1。主机输入轴经多片离合器传动行星齿轮箱的齿轮支架。其行星齿轮箱内齿圈并不固定在壳体上, 且能正反转动。如果内齿圈固定不转动, 则行星齿轮即成为一般的增速齿轮箱进行工作, 此时在太阳轮处把输入转速转换成较高的输出转速。太阳轮与交流发电机相接。一般的设计, 当主机转速为额定转速的85%时, 经行星齿轮增速后, 适与发电机的额定转速相对应, 据此选择行星齿轮箱的速比。当主机转速低于85%转速时, 则发电机转速亦将降低, 这时就要使内齿圈转动, 以便对太阳轮提供附加转速, 使之恒定在发电机的额定转速, 以保持发电频率不变。为了转动内齿圈, 设有液压马达, 能在正反两个方向转动, 通过减速齿轮组与内齿圈联接。液压马达由变量液压泵驱动。另设有控制装置, 随转速的变化,通过变量液压泵调节油马达的转向和转速,以获得发电机的恒频工作。

图 1 恒速齿轮装置的结构示意图

1. 输入轴; 2. 离合器; 3. 齿轮支架; 4. 内齿圈; 5. 太阳轮; 6. 行星齿轮; 7. 液压马达; 8. 减速齿轮组; 9. 变量 液压泵; 10. 液压系统控制装置

功率转换与效率 这种恒速稳频装置效率高, 功率损失小。当柴油机转速为85%时,油马达不工作,全部功率均由机械传动,故能获得95%以上的最高效率。此时如用制动器将内齿圈刹住, 则可再提高效率1%。主机转速为70%或100%时,部分功率是通过液压方式传递的,导致较大功率的损失。图2所示为最差工况的功率转换情况。

图2 功率转换图

动态和静态性能 当主机转速在70%~100%范围内逐渐变化时,其输出转速的精度一般可达0.5%,最大瞬时变化不超过5%,最大稳定时间可在3秒钟以内。

控制系统 常用的有机械式和电子式两种。机械式多用液压调速器输出的压力油,直接调节变量泵的斜盘角或斜轴角。这种调速系统结构简单,可靠性高。电子式一般采用电液伺服阀或电液比例阀来调节液压泵的变量机构,并以电子调速器或微电脑进行控制,多适用与功率较大的装置。

渔船采用主机轴带交流发电机的优点有:①可以省掉一组用高速柴油机发电的副机组,造价和维修费用均有减少。②在航行作业时可用耗油省、又能燃用重油的主机供电,这就大大节约了油耗成本。③由于不开副机,机舱噪声也较低。④交流电机有体积小、重量轻、价格低、维修工作量少等优点。自渔船开始采用交流电制以后,均要求发展主机轴带交流发电装置,但由于恒频恒压问题难以解决,一直未能采用。70年代以来,因燃料价格上涨,能源紧张,并随着电子、液压技术的发展,促使轴带交流发电装置有了很大发展,日本、西欧的渔船都有采用,中国也已开始研制。