本實用新型屬于電廠鍋爐給水泵驅動技術領域，尤其涉及一種功率平衡發電汽電同軸雙驅給水泵系統。

背景技術：

一般火(熱)電廠機組，給水泵采用電動機驅動或者采用小汽輪機驅動，特別對雙機回熱系統來說，給水泵是采用雙機回熱小汽輪機來驅動，同時，雙機回熱小汽輪機還拖動一臺小發電機，本文稱之為功率平衡發電機。

所謂雙機回熱系統，即在熱力系統中主汽輪機之外，設置一臺能夠提供若干級回熱抽汽替代主汽輪機若干級回熱抽汽來逐級加熱給水的熱力系統。通常該獨立于主汽輪機的回熱式汽輪機還用于拖動給水泵及功率平衡發電機，稱之為回熱式驅動汽輪機。

隨著材料高溫性能的持續提升，燃煤發電機組的蒸汽參數不斷提高以獲得更高的循環效率，進一步降低機組的煤耗，減少溫室氣體和其它污染物排放。20世紀90年代末期和21世紀初，歐盟、美國和日本先后啟動了700℃及以上的先進超超臨界(USC)發電技術研究計劃，為下一代火電裝備的更新提供技術。歐盟于1998年1月啟動的“AD700”先進超超臨界發電計劃，其目標是建立500MW、700℃/720℃/35MPa等級的示范電站，結合煙氣余熱利用、降低背壓、降低管道阻力、提高給水溫度等技術措施，使機組效率達到50％以上。2010年7月23日，國家能源局成立“國家超超臨界燃煤發電技術創新聯盟”，標志著我國正式啟動相關技術研發。

作為技術過渡，汽輪機參數為35MPa/615℃/630℃/630℃，是現階段可實現的最高的汽輪機設計參數，順應了世界范圍內高參數汽輪機組的發展趨勢。

隨著蒸汽參數的提高，回熱抽汽過熱度增大，回熱加熱器內汽側和水側換熱不可逆損失增加，削弱了提高蒸汽參數帶來的收益。蒸汽參數越高，這一矛盾越突出。對于這一問題，目前常規的解決辦法是，通過在再熱后的部分回熱抽汽增設外置式蒸汽冷卻器，來降低回熱抽汽的過熱度。另一種辦法就是采用特殊的熱力系統結構—雙機回熱系統，此方法理論上能夠大幅降低再熱后所有回熱抽汽的換熱過熱度，可以大幅提高回熱抽汽能級利用效率。給水泵汽輪機設計為背壓機，并通過在該小汽輪機上抽汽帶一個或多個回熱加熱器。針對初參數較低的汽輪機，該系統并沒有什么明顯優勢，特別是在再熱蒸汽溫度不是特別高的情況下，再熱對回熱的削弱作用不明顯，直接從主汽輪機抽汽回熱成為優選方案。而對于高參數的百萬二次再熱機組，采用雙機回熱系統相比增設外置式蒸汽冷卻器方案更高效。目前，國內外針對雙機回熱熱力系統的工程應用研究剛剛開展，屬于火力發電技術的前沿。

以某35MPa/615℃/630℃/630℃百萬二次再熱熱力系統為例。汽輪機具有十二級非調整抽汽，由主汽輪機和回熱式驅動小汽輪機共同提供。一～六級抽汽分別向六級高壓加熱器供汽；一段抽汽及回熱式驅動小汽機進汽來自主汽輪機超高壓缸冷段排汽；二、三、四、五、六段抽汽來自回熱式驅動小汽機各級抽汽；七級回熱抽汽來自回熱式驅動小汽機抽汽，為除氧器提供加熱蒸汽；八級回熱抽汽來自回熱式驅動小汽機背壓排汽及主汽輪機中壓缸排汽，為8號混合式加熱器提供加熱蒸汽，并設置有溢流至九級低加的排汽管道；九、十、十一、十二級抽汽來自主汽輪機低壓缸，分別向四臺低壓加熱器供汽。如說明書附圖2所示。

對于雙機回熱熱力系統，在正常運行工況下，回熱小汽機進汽流量是由回熱加熱器自平衡抽汽決定，而給水泵出力是由某工況下給水流量及給水壓頭決定，故各工況下給水泵出力與小機進汽流量(即小機出力)之間不可能完全匹配，針對這種情況，在THA工況下將小機設計為調門全開，此時小機具有最高的效率，同時合理設計小機的通流能力，使得在THA工況下，除帶給水泵外，多余的軸功率可以帶小發電機來平衡功率輸出，在不同負荷工況下，通過小發電機的電負荷來協調給水泵的出力。在部分負荷工況下，小機進汽壓力滑低，進汽量減少，給水泵的效率下降，給水流量和壓頭均減小，綜合效果為整個給水泵組出力減小，在全負荷工況下，為了提高經濟性，力求小機調門不參與調節，只能通過小機帶的功率平衡發電機來匹配軸功率，在各工況下發電功率并不相同，基本在10MW～30MW之間。

由于回熱汽輪機驅動給水泵及功率平衡小發電機的同時，還提供1-6級高壓加熱器加熱蒸汽。如果高壓加熱器故障解列，將對回熱汽輪機的安全運行構成影響，根據高壓加熱器是單列還是雙列，分析如下：

如果高壓加熱器采用“單列布置、故障時逐個切除”模式，當中間某臺高壓加熱器發生事故，該高壓加熱器將被解列。此時，前一級高壓加熱器將承擔解列高加的熱負荷，其抽汽量增加至原來的2倍左右，高加熱負荷顯著增大，不僅對小汽機運行影響較大，還需每個高加均設置旁路，旁路閥門數量多，造價高，給水管道阻力增大，系統過于復雜。

而若高壓加熱器采用“雙列布置、故障時某列切除”模式，某臺高壓加熱器發生事故，該列高壓加熱器所在列6臺高加全部解列，還有另一列6臺高壓加熱器運行。此時，高壓加熱器抽汽量減小約50％；對應各抽口抽汽量等比例減小，對通流的擾動較??；兩列高加給水側均采用50％大旁路，系統運行控制較簡單。但該方案明顯缺點是高壓加熱器數量過多，增加設備投資及土建費用。

技術實現要素：

本實用新型為了解決上述問題，提出了一種功率平衡發電汽電同軸雙驅給水泵系統，本實用新型將回熱式驅動汽輪機拖動的功率平衡發電機同時作為電動機，在回熱式汽輪機不能投入時自動由“發電機”模式調整為“電動機”模式，作為電動機來驅動給水泵，即便將所有高加同時切除、回熱式汽輪機自身故障切除，也能夠保證給水泵的穩定運行，保障鍋爐給水的安全性，本實用新型能夠解決高加故障對給水系統安全運行的影響。

本實用新型的第一目的是提出一種功率平衡發電汽電同軸雙驅給水泵系統，本系統設置至少一臺小汽輪機拖動至少一臺給水泵外，還同軸設置至少一臺發電機，發電機同時具備電動機功能，能夠在小汽輪機不能驅動給水泵時，能夠及時切入，作為電動機來驅動給水泵。

同時，上述驅動系統不僅僅局限于雙機回熱熱力系統、回熱式驅動汽輪機所驅動的給水系統，也可以應用于常規熱力系統、普通給水泵汽輪機所驅動的給水系統，在汽動給水泵拖動給水泵時，額外增加一臺同軸驅動電動機，當汽動給水泵不能投入時，緊急投入以保證給水泵的安全運行。這些均屬于適用的給水系統的變化而進行的簡單調整，因此，這些簡單變化均應屬于本實用新型的保護范圍。

應當指出的是，本系統及方法所提及的發電機或電動機，均是概念上的稱謂，根據發電機或電動機可逆原理，兩種概念實際上是統一的，當試圖以設備概念上所稱謂的發電機或電動機修改本系統和方法時，仍屬于侵權行為。本系統及方法所提及的發電機，也可以初始為電動機。

另外，該電動機或發電機可以根據具體工程具體系統的需求而確定，可以僅僅作為電動機，也可以同時具備發電機功能，且連接方式與驅動方法的簡單改動，均屬于本領域技術人員在本實用新型的工作原理的啟示下進行的簡單替換，均應屬于本實用新型的保護范圍。

為了實現上述目的，本實用新型采用如下技術方案：

一種功率平衡發電汽電同軸雙驅給水泵系統，包括依次同軸布設的給水泵汽輪機、離合器、發電機、調速裝置和給水泵，所述給水泵汽輪機的輸出軸連接離合器的輸入軸，離合器的輸出軸連接發電機的輸入軸，發電機的輸出軸連接調速裝置的輸入軸，調速裝置的輸出軸連接給水泵，調節給水泵的轉速，實現給水泵汽輪機與發電機在電動機模式下對給水泵的雙驅動；

所述發電機在電動狀態與發電狀態之間切換，當給水泵汽輪機轉速超過離合器設定轉速時或其他變量超過設定值時作為發電機，將給水泵汽輪機輸出功率的一部分或全部，轉換為電功率輸出。在給水泵汽輪機的輸出轉速低于設定數值后或其他變量低于設定數值后以電動機模式運行，驅動給水泵。

所述離合器在給水泵汽輪機的輸出轉速高于設定數值后或其他變量高于設定數值后自動將處于電動狀態的發電機與給水泵汽輪機連接。在給水泵汽輪機的輸出轉速低于設定數值后或其他變量低于設定數值后自動將處于發電狀態的發電機與給水泵汽輪機脫開。

發電機在發電模式與電動模式之間的切換也可以采用手動切換模式。省去自動切換功能或相關自動切換裝置也在本專利保護范圍內。

所述調速裝置將給水泵所需要的功率由電動機輸出端輸入，并依據給水系統的需要調節給水泵的轉速。

進一步地，所述調速裝置采用行星齒輪調速裝置、機械調速裝置或者液力原理調速裝置。

所述調速裝置以行星齒輪調速裝置為例，一部分功率通過行星齒輪調速裝置內部的液力變矩器傳遞，到達行星齒輪組的行星輪，剩下的部分功率通過行星齒輪調速裝置的主軸以純機械的方式傳遞至行星齒輪副的外齒圈，最后在行星齒輪組內進行功率的矢量疊加，疊加的結果通過太陽輪向給水泵主軸輸出。

所述行星齒輪組當中的外齒圈與輸入軸機械連接，保持固定的轉速和轉向。

通過調整變矩器中的導流片的開度，變矩器的輸出轉速根據設定指令值進行調節，該速度輸出在行星齒輪組中的行星齒輪，外齒圈與幾個行星輪間進行速度的矢量疊加，使得太陽輪的輸出速度改變，太陽輪與給水泵的輸入軸相連，實現對給水泵調速。

進一步地，所述電動機可以為異步電動機，所述異步電動機由原動機拖動，異步電動機轉子轉速超過同步轉速時，轉子導體與旋轉磁場的相對運動方向與電動狀態相反，轉子電流與旋轉磁場相互作用產生的電磁力矩與轉子旋轉方向相反，電動機變為發電運行狀態。

進一步地，所述給水泵汽輪機，可以為回熱式汽輪機、背壓式汽輪機、抽汽凝汽式汽輪機、凝汽式汽輪機等一切可作為拖動的汽輪機形式，但也不僅僅局限于汽動形式，也包括其他動力源及動力原理機器，如柴油機、電動機、內燃機等等。

一種基于上述驅動系統的控制方法，利用同軸布設的給水泵汽輪機、發電機，在給水泵汽輪機的輸出轉速超過一定數值后或輸出功率低至一定數值后自動將處于電動狀態的發電機與給水泵汽輪機連接并將給水泵汽輪機的輸出功率傳遞給電動機，使發電機同時作為電動機，在回熱式汽輪機不能投入時自動由發電模式調整為電動模式，作為電動機來驅動給水泵。

本實用新型的有益效果為：

1、本實用新型系統當應用于雙機回熱熱力系統中回熱式驅動給水泵汽輪機系統時，能夠簡化高壓加熱器及附屬閥門及管道系統，大大降低投資，減少故障點，降低管道阻力，同時能夠起到備用給水泵的作用。

2、雙機回熱系統高壓加熱器可以采用常規高壓加熱器旁路模式，任何一臺高加切除，均不影響給水泵的安全運行。

3、機組的啟動階段，電動機模式下，能夠作為電動啟動給水泵使用，省去電廠通常設置的電動啟動給水泵及系統，進一步降低投資。

附圖說明

圖1為本實用新型功率平衡發電汽電同軸雙驅給水泵系統結構示意圖；

圖2為本實用新型實施例雙機回熱原則性熱力系統示意圖；

圖3(a)為本實用新型實施例行星齒輪組內進行功率的矢量疊加原理圖；

圖3(b)為本實用新型實施例行星齒輪組內進行功率的矢量疊加圖；

圖4為本實用新型實施例行星齒輪組進行速度矢量疊加原理圖；

其中，1.給水泵驅動汽輪機，2.離合器，3.發電機，4.調速裝置，5.給水泵。

具體實施方式：

下面結合附圖與實施例對本實用新型作進一步說明。

本實用新型公開了一種功率平衡發電汽電同軸雙驅給水泵系統，該系統及方法除設置至少一臺小汽輪機拖動至少一臺給水泵外，還設置至少一臺功率平衡發電機，該發電機可以同時具備電動機功能，能夠在小汽輪機不能驅動給水泵時，及時切入，作為電動機來驅動給水泵。

本實用新型給出了功率平衡發電汽電同軸雙驅給水泵系統的具體實施方式，包括：

實施例：

如圖1所示，功率平衡發電汽電同軸雙驅給水泵系統包括：給水泵汽輪機1、發電機3同軸布置，驅動給水泵5，所述給水泵汽輪機1的輸出軸連接離合器2的輸入軸；離合器2的輸出軸連接發電機3的輸入軸；發電機3的輸出軸連接調速裝置4的輸入軸；調速裝置4的輸出軸連接給水泵5。各序號設備軸之間的連接，根據需要可以采用聯軸器連接，也可以采用直接連接，具體根據連接軸的性質在機械詳細設計階段確定。

本實用新型系統當應用于雙機回熱熱力系統中回熱式驅動給水泵汽輪機系統時，能夠簡化高壓加熱器及附屬閥門及管道系統，大大降低投資，減少故障點，降低管道阻力，同時能夠起到備用給水泵的作用。雙機回熱系統高壓加熱器可以采用常規高壓加熱器旁路模式，任何一臺高加切除，均不影響給水泵的安全運行。機組的啟動階段，電動機模式下，能夠作為電動啟動給水泵使用，省去電廠通常設置的電動啟動給水泵及系統，進一步降低投資。

下面以電動機為異步發電機、調速裝置為MTV行星齒輪調速裝置、離合器為超越離合器、某1000MW高參數二次再熱回熱式驅動汽輪機上的應用作為例子，對其中關鍵技術點加以簡要說明。本例子并不限制在其他類型調速裝置、其他類似功能離合器、其他發電機形式、其他容量或回熱形式機組上應用。

(1)MTV行星齒輪調速裝置

行星齒輪調速裝置采用優化的設計，整個系統中除了輸出軸是高速軸外，其他部件都在低轉速運行，整體的可靠性比常規的液力偶合器更高，大修期達到7-8年。同時，采用了功率分流原理，大部分的功率通過機械方式直接傳遞，只利用小部分功率進行液力調速，大大降低了液力損失，整體傳遞效率大大提高，高效區更加寬。

如圖3(a)和圖3(b)所示，小部分功率(大約25％)通過行星齒輪調速裝置內部的液力變矩器傳遞，到達行星齒輪組的行星輪，而大部分功率(大約75％)通過行星齒輪調速裝置的主軸以純機械的方式傳遞至行星齒輪副的外齒圈，最后在行星齒輪組內進行功率的矢量疊加，疊加的結果通過太陽輪向給水泵主軸輸出。

如圖4所示，行星齒輪組當中的外齒圈與輸入軸機械連接，保持固定的轉速和轉向。通過調整變矩器中的導流片的開度，變矩器的輸出轉速可以根據用戶指定進行調節，該速度輸出在行星齒輪組中的行星齒輪，這樣，外齒圈與幾個行星輪間進行速度的矢量疊加，使得太陽輪的輸出速度改變(降低或增加)，太陽輪與給水泵的輸入軸相連，由此實現對給水泵調速的目的。

(2)異步發電機

異步電機與直流電機、同步電機一樣其工作原理也是可逆的，它既可以作為電動機運行，也可以作為發電機運行。一臺正在運行的異步電動機，若用一臺原動機拖動，使轉子轉速n超過同步轉速n0，轉子導體與旋轉磁場的相對運動方向與電動狀態相反，轉子電流與旋轉磁場相互作用產生的電磁力矩與轉子旋轉方向相反，電動機變為發電運行狀態。

(3)超越離合器

超越離合器是隨著機電一體化產品的發展而出現的基礎件，它是用于原動機和工作機之間或機器內部主動軸與從動軸之間動力傳遞與分離功能的重要部件。它是利用主、從動部分的速度變化或旋轉方向的變換具有自行離合功能的裝置。

上述雖然結合附圖對本實用新型的具體實施方式進行了描述，但并非對本實用新型保護范圍的限制，所屬領域技術人員應該明白，在本實用新型的技術方案的基礎上，本領域技術人員不需要付出創造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本實用新型的保護范圍以內。