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| 大型齿轮调速传动装置是集机、电、液于一体的新型传动装置,其设计制造技术是一项复杂的综合技术,加上国外对我国的技术封锁限制,国内也缺乏系统的研究、设计、生产和实验,目前仅有少数企业在中小型产品方面进行仿制,大型高参数装置还依赖进口,特别是传递功率6000kW以上、转速5000-6650r/min,配套60万千瓦、100万千瓦超临界、超超临界火电锅炉给水泵机组的大功率齿轮传动调速装置目前完全从国外进口。本文以大功率齿轮调速传动装置为研究对象,运用现代设计计算方法对其内部高功率密度齿轮副轴系系统、叶轮工作腔液力传动系统、勺管位移—工作腔进油—勺管体排油控制系统等方面进行了较全面的研究,基本掌握了大功率、高速度齿轮传动、液力传动及控制系统组成的大型齿轮调速装置的关键设计制造技术,开发出了超临界、超超临界燃煤发电机组中高速重载大型机电液调速传动装置。论文研究内容涉及大型齿轮调速装置调试运行基本特性及工作匹配关系、轴系模态计算及滑动轴承承载能力分析、叶轮工作腔内流场数值模拟计算及工作油路系统控制等。主要研究内容及结论有：(1)基于大型齿轮调速系统的传动结构形式,建立了轴系动力学模型,分别对主动齿轮轴、泵轮轴、涡轮轴以及主动齿轮轴与泵轮轴耦合状态进行了模态计算,从计算结果可以得出,主动齿轮与齿轮-泵轮轴组成的系统在工作时是安全的。基于不完全液体润滑轴承承载能力计算和液体润滑静压轴承承载能力计算两种方法分别对装置关键位置径向滑动轴承和止推滑动轴承等十个滑动轴承进行承载能力计算,提出了提高滑动轴承承载能力的途径。(2)基于调速装置叶轮工作腔内流场液力传动特性,确定了内流场三维数值模拟计算方法,选取相邻三个叶片间的流体块作为研究对象,采用流体分析软件FLUENT进行计算,得到额定功率7334kW、输入转速1490r/min齿轮调速装置的制动、牵引和额定三个代表性工况充液率分别为40%、80%及100%时流场压力、速度分布及液相分布情况。并计算出力矩系数预测装置输出外特性曲线,经对比符合理想特性曲线。(3)在工作叶轮三维实体模型基础上,对叶轮在循环流动的工作液体中受力情况进行了分析求解。分别针对泵轮和泵轮涡轮套连接体,应用不同有限元分析软件对叶轮进行有限元分析,得到了液体作用在叶轮壁壳内壁上的应力与位移分布情况,找出了叶轮应力最大部位,泵轮最大应力发生在叶片根部与内腔连接处。泵轮涡轮套连接体计算表明,涡轮套应力主要是内壁压力的影响,整个叶轮中最容易发生破坏的薄弱处位于涡套的中心圆处。(4)基于大型复合式齿轮调速装置油路控制系统原理,推导了调速装置工作油量计算公式,进而得到了工作油量的计算方法。以额定功率7334kW大型齿轮调速装置为例,计算了不同速比下需要的工作油油量,得出当速比为0.667时,齿轮调速装置的最大功率损失约为工作机械功率的16%。绘制了工作油量与速比的关系曲线,当输出转速在20%—97%调节时,最大所需工作油量约为最小油量的5.25倍。分析了进油控制阀体通油面积、勺管移动位置及充液率的关系,实现了对勺管和油路系统的精确控制。 |
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