CN1793692A - 立式高速一级齿轮减速箱 - Google Patents
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Abstract
立式高速一级齿轮减速箱涉及到高温气冷堆氦气透平直接循环发电***的减速装置设计技术领域。其特征在于，它含有：箱体，从箱体下端伸入箱体的高速齿轮轴，与高速齿轮轴平行的低速轴，该低速轴通过半径大于高速轴齿轮半径的低速齿轮高速齿轮轴啮合，高速齿轮轴通过两个滑动轴承箱体固定，低速轴通过两个推力轴承与箱体固定；箱体上还装有密封装置和润滑***。本发明结构简单，安装方便，避免了在***中使用高速电机和变频器，降低了设备的制造费用。
Description
技术领域
立式高速一级齿轮减速箱涉及到高温气冷堆氦气透平直接循环发电***的减速装置设计
技术领域。
背景技术
高温气冷堆氦气透平直接循环发电***中，能量转换单元包括透平发电机组、换热设备及附属设备。透平发电机组由氦气透平压气机、减速箱、同步电机组成。减速箱是能量转换单元的核心装置之一，是实现核能到电能转换的关键设备。该设备的可靠性与安全性关系到高温气冷堆氦气透平直接循环发电***的正常运行。
世界上已经建造的高温气冷堆原型研究堆及示范电站都采用朗肯循环(Rankine Cycle)蒸汽透平发电***，这样的***由两个热力回路组成，蒸汽发生器在两个回路之间传输热量。其工作原理如下：一回路氦气流经反应堆堆芯，冷却反应堆的同时被加热；高温氦气流经蒸汽发生器一侧，把热量传输给另一侧的水/水蒸汽；被蒸汽发生器冷却后的氦气，通过氦气鼓风机加压，流入反应堆堆芯，形成一回路循环。二回路中，蒸汽发生器产生的水蒸汽进入蒸汽透平膨胀做功；蒸汽透平乏汽被冷却器冷凝成水，由高压水泵加压后，送入蒸汽发生器，形成二回路循环。蒸汽透平发电降低了高温堆所提供能源的品质，发电效率不高(低于40％)，***复杂导致设备投资较高。
高温气冷堆的发展方向是采用布雷登循环(Brayton Cycle)的氦气透平直接循环发电，理论效率接近50％。工作原理如下：高压氦气流经反应堆堆芯被加热后进入透平膨胀做功，将热能转化为透平旋转机械能，带动发电机发电同时也带动压气机压缩氦气；透平尾气流经回热器低压侧后将热量传输给高压侧冷氦气，然后进入预冷器被降温；低温低压氦气经过带有间冷器的压气机组后被压缩成高压氦气，流经回热器高压侧被预热，然后再进入反应堆堆芯被加热，完成整个氦气循环。透平发电机组中，透平压气机以优化转速运行保证其效率，发电机转速与电网频率保持一致，减速箱将输入端透平压气机转速降低到电网额定频率水平输出到电机转子，同时传输透平轴功。减速箱是能量转换单元中一个关键部件。
由于氦气透平输出转速比较高，为15000rpm，而普通发电机的额定转速只有3000rpm，因此不可能将透平输出轴直接与发电机的转子联结起来。使用齿轮箱，将氦气透平的输出转速先降低到3000rpm，将齿轮箱的输出端和发电机转子联结起来，可以保证发电机正常工作。若不采用减速箱，就必须使用高速电机。高速电机的制造难度大，而且发电频率和正常电网的频率不一致，需要调频设备，这些都会增加研究难度和设备制造费用。
由于高温气冷堆采用肩并肩的布置方式，即压力壳和能量转换单元是并列布置的。采用这种肩并肩的结构，氦气透平、减速箱和发电机之间都必须采用立式布置结构。对市场调研发现，目前所有高速齿轮减速箱都是卧式结构布置，未见有立式结构。
减速箱的传动有行星齿轮传动、一级直齿轮和斜齿轮传动、多级曲回式传动。本发明采用一级斜齿轮减速传动，其结构简单，安装方便，制造费用相对较低。
发明内容
本发明的目的在于，提供了一种可用于肩并肩布置的高温气冷堆的立式高速减速箱，该减速箱能够解决高温气冷堆氦气直接循环时将透平转速降低到常规发电机额定转速的问题，以及立式布置结构所带来的密封问题。
本发明的特征在于，它含有：箱体，从所述箱体下端伸入箱体的高速齿轮轴(5)，该高速齿轮轴(5)的下端连接透平输出轴，还含有一根与所述高速齿轮轴(5)平行的低速轴(7)，该低速轴(7)通过一个半径大于所述高速轴齿轮(5)半径的低速齿轮(6)与所述高速齿轮轴(5)啮合，所述低速轴(7)的上端伸出箱体与发电机转子相连；所述高速齿轮轴(5)通过第一滑动轴承(8)和第二滑动轴承(9)与所述箱体固定，所述低速轴(7)通过第一推力轴承(11)和第二推力轴承(12)分别与所述箱体固定；所述高速齿轮轴(5)和低速轴(7)的下端均固定在一块支撑板(20)上；在所述高速齿轮轴(5)下端伸出箱体处、低速轴(7)的上端伸出箱体处均有防止油泄漏的密封装置；在所述箱体内还装有润滑***，该润滑***连接箱体上安装的进油管(18)和回油管(19)。
所述高速齿轮轴(5)上的齿形分为上下两段，均为斜齿轮，且上下两段齿形方向相反；所述低速齿轮(6)上的齿形也分为上下两段分别与所述高速轴(5)上的齿形啮合。
所述低速轴(7)的上端伸出箱体处的密封装置是迷宫密封装置(14)。
所述高速齿轮轴(5)的下端伸出箱体处的密封装置含有位于供高速齿轮轴(5)通过的箱体通孔上方的一个凸起的挡油环(16)，和固定在所述高速齿轮轴(5)上，位于所述挡油环(16)上方的一个甩油盘(15)，所述支撑板(20)将所述箱体下部隔开成为一个储油箱(4)。
所述润滑***含有位于所述高速齿轮轴(5)与所述低速齿轮(6)啮合部位附近的喷油管(17)，以及对所述第一滑动轴承、第二滑动轴承(9)、第一推力轴承(11)和第二推力轴承(12)供油的管路(21)。
试验证明，本发明所使用的立式减速箱可以将转速150000转/分钟有效地降低到3000转/分钟，并保证密封效果，箱体内的润滑油和油气不会泄漏到减速箱外；采用一级斜齿轮减速传动，其结构简单，安装方便，避免了在***中使用高速电机和变频器，大大降低了设备的制造费用，达到了预期的目的。
附图说明
图1为减速箱箱体示意图。
图2为减速箱剖面图。
图3为减速箱高速齿轮轴下端密封结构示意图。
图4为齿轮箱喷油管位置图。
具体实施方式
本发明提供的立式高速齿轮减速箱为立式布置，箱体具有完全密封结构；其高速轴的输入端速度可以达到18000转/分钟，其减速比为5∶1；减速箱包括箱体、高速齿轮轴、低速轴、低速齿轮、轴承***、密封***6个部分。减速箱箱体包括3个部分：前半箱体、后半箱体、下支撑板三个部分。高速齿轮轴是一个完整的轴，齿形在轴上加工，齿形在中间断开，以便高速传动过程中齿轮之间配合更紧密。齿轮采用斜齿轮，两段齿形的斜齿方向相反，使啮合过程中产生的轴向力相互抵消。低速轴与低速齿轮以过盈配合的型式装配在一起。在高速轴和低速轴的两端都分别安装有可倾瓦(推力)轴承，共有4套。在下端，高速轴穿过箱体下支撑板的位置开孔，并安装密封装置，保证润滑油不会从下面泄漏出来。在低速轴的上端，安装有迷宫式机械密封结构，防止润滑油从低速轴的上端泄漏出来。
下面结合附图来详细说明本发明。
本发明所述的减速箱，由减速箱包括箱体、高速齿轮轴、低速轴、低速齿轮、轴承***、密封***6个部分，具体结构见图1～图4。
箱体的结构如图1和图2，图1为减速箱侧视图，图2为减速箱主视图。为便于安装和拆卸，箱体结构分为3个部分，前半箱体1、后半箱体2、下支撑板3三个部分。前半箱体1和后半箱体2之间通过螺栓联接，前半箱体1和后半箱体2都安装在下支撑板3上，下支撑板3上开有螺栓孔，可以将整个减速箱固定在安装位置。前半箱体1和后半箱体2本身自成一个封闭结构，即箱底3和箱体内部的一块支撑板20有一定距离，这个空间构成了储油箱4。
减速箱的内部结构见图2。高速齿轮轴5是一个完整的轴，齿形在轴上加工，齿形在中间断开，以便高速传动过程中齿轮之间配合更紧密。高速齿轮轴5的方向是垂直于地面方向。高速轴5的下端伸出到箱体外，与透平输出轴相联接。低速轴7与低速齿轮6以过盈配合的型式装配在一起。它们与高速齿轮轴5平行布置，低速齿轮6与高速齿轮轴5啮合在一起，高速齿轮轴5带动低速齿轮6转动，由于高速齿轮轴5上的齿轮齿数少，低速轴7上低速齿轮6的齿数多，因此可以将高速转动速度降低。低速轴7随低速齿轮6一起转动，因此，低速轴7输出的速度也降低。
在高速齿轮轴5的两端，通过第一高速轴承8和第二高速轴承9固定在箱体上。高速轴承的外圈固定在箱体上，静止不动，内圈固定在高速齿轮轴5，与高速齿轮轴5一起转动。在高速齿轮轴5上末端，安装有端盖10，其作用是封闭高速齿轮轴5上端，防止润滑油从此处泄漏出来。
在低速轴7的两端也安装有两个轴承第一推力轴承11和第二推力轴承12，推力轴承转子与低速轴7固定在一起随轴转动，静子固定在箱体上。在低速轴7的上末端安装有密封通盖13，密封通盖13内安装有通用的迷宫密封结构14，其作用是防止润滑油从该处泄漏到减速箱外。
高速齿轮轴下端的密封见图3，图3是高速轴下端密封的局部放大图。在高速齿轮轴5穿过下支撑板3的位置，安装有挡油环16，其作用是防止润滑油从下支撑板3的开孔处泄漏出来。由于挡油环16上端开有通孔以便使高速齿轮轴5穿过，为防止润滑油从该开孔处泄漏，在开孔上端位置，在高速齿轮轴5上安装甩油盘15。
减速箱润滑***的结构见图2和图4，图4为减速箱的俯视图。由于齿轮的转速非常高，在啮合部位需要强制润滑。在啮合部位安装有喷油管17，在滑动轴承和推力轴承的部位安装有供油管路21，箱体上安装有进油管18。在下支撑板3上安装有回油管19，将润滑油从减速箱引出。
Claims (5)
1、立式高速一级齿轮减速箱，其特征在于，它含有：箱体，从所述箱体下端伸入箱体的高速齿轮轴(5)，该高速齿轮轴(5)的下端连接透平输出轴，还含有一根与所述高速齿轮轴(5)平行的低速轴(7)，该低速轴(7)通过一个半径大于所述高速轴齿轮(5)半径的低速齿轮(6)与所述高速齿轮轴(5)啮合，所述低速轴(7)的上端伸出箱体与发电机转子相连；所述高速齿轮轴(5)通过第一滑动轴承(8)和第二滑动轴承(9)与所述箱体固定，所述低速轴(7)通过第一推力轴承(11)和第二推力轴承(12)分别与所述箱体固定；所述高速齿轮轴(5)和低速轴(7)的下端均固定在一块支撑板(20)上；在所述高速齿轮轴(5)下端伸出箱体处、低速轴(7)的上端伸出箱体处均有防止油泄漏的密封装置；在所述箱体内还装有润滑***，该润滑***连接箱体上安装的进油管(18)和回油管(19)。
2、如权利要求1所述的立式高速一级齿轮减速箱，其特征在于，所述高速齿轮轴(5)上的齿形分为上下两段，均为斜齿轮，且上下两段齿形方向相反；所述低速齿轮(6)上的齿形也分为上下两段分别与所述高速轴(5)上的齿形啮合。
3、如权利要求1所述的立式高速一级齿轮减速箱，其特征在于，所述低速轴(7)的上端伸出箱体处的密封装置是迷宫密封装置(14)。
4、如权利要求1所述的立式高速一级齿轮减速箱，其特征在于，所述高速齿轮轴(5)的下端伸出箱体处的密封装置含有位于供高速齿轮轴(5)通过的箱体通孔上方的一个凸起的挡油环(16)，和固定在所述高速齿轮轴(5)上，位于所述挡油环(16)上方的一个甩油盘(15)，所述支撑板(20)将所述箱体下部隔开成为一个储油箱(4)。
5、如权利要求1所述的立式高速一级齿轮减速箱，其特征在于，所述润滑***含有位于所述高速齿轮轴(5)与所述低速齿轮(6)啮合部位附近的喷油管(17)，以及对所述第一滑动轴承、第二滑动轴承(9)、第一推力轴承(11)和第二推力轴承(12)供油的管路(21)。
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