3S离合器介绍

负荷。 3． 冬季采暖正常运行情况下，抽凝工况向背压工况在线切换时的切换过程
机组由抽汽转至纯背压状态时，顺序是：连通管上的蝶阀渐渐关小（在抽汽 工况时蝶阀开度已经很小了）——同时抽汽管道上的抽汽调节阀同步开大，让全 部中排蒸汽进入热网——低压缸负荷减小——零负荷——转速下降——离合器 自动脱开——低压转子减速到零——投盘车，轴封供汽维持真空。 4． 冬季背压运行时，如果热网发生事故或切除时，低压缸的运行方式
5）离合器潜在风险评估
自动同步离合器是本机组中的关键部件，它能否正常接合/脱开、能否正常 传递低压汽轮机的输入功率是本机组正常运行的关键所在，SSS 离合器在工作中 存在着故障损坏的潜在的风险，因此在设计时需要下列措施：
A)
离合器的主要传扭部件在设计时采用了高强度的合金材料，其强
度等级在设计时采用了较高的安全系数，离合器的工作转速以及
ⅠⅡ
中间滑移件
图 2 离合器阻尼机构
离合器油腔的阻尼作用主要有以下两方面： 第一方面，在离合器的接合过程中，中间滑移件进行轴向滑移，当滑移到 整个滑移行程的 2/3 处时，形成了两个油腔Ⅰ和Ⅱ。滑移组件在轴向力的作用下， 要继续沿轴向滑移，将油腔Ⅱ中的油通过节流孔塞压到油腔Ⅰ中，从而导致滑移
组件轴向滑移速度减缓，滑移组件最后平稳的完成整个接合过程，而不产生撞击。 另一方面，接合状态的离合器，如果低压转子的转速波动时，就有可能使
液压系统 统一配置一个液压油站。统一的跳闸接口。
由于机组特性和 SSS 离合器特性以及低压再并列的要求，在液压系统中，
增设低压主汽阀 LSV，以保证背压运行时的严密性，同时应对 SSS 离合器失效，
低压超速的风险。增设辅助蒸汽调节阀，用于低压缸起动。增设低压起动主汽阀
LSV1 和低压起动调节阀 LV1 用于低压再并列。在 DEH 中设计有两个独立的转速
当需要低压汽轮机退出工作时，关闭低压汽轮机的进气阀门，使得低压汽轮 机的转速降低，当低压汽轮机的转速小于高压汽轮机的转速时，离合器脱开。低 压汽轮机与高压机组断开并惰走，实现只高压汽轮机带动发电机运行。脱开的过 程是在高低压转子出现了转差时发生的，它们之间的相对转速差很小，不会发生 较大的冲击。
3）离合器的安全可靠性 因本离合器传递扭矩较大，在棘轮、棘爪强度以及驱动齿强度的设计上均选 择较高的安全系数，以确保机组运行时扭矩的波动不至于对离合器产生破坏。 为了确保离合器接合/脱开动作的可靠性，离合器设计中增加了阻尼油腔的 设计，见图 2。
低压汽轮机 输出法兰
输入
高压汽轮机 输入法兰
输出
L
离合器输入轴与低压汽轮机转子联轴器法兰通过螺栓连接，离合器输出齿环 与高压汽轮机转子联轴器法兰通过螺栓连接。离合器安装和拆卸时，离合器输入 轴相对输出齿环可以向离合器内侧轴向缩进约 20mm，因此离合器的轴向长度 L 可以小于高低压转子联轴器法兰间的开裆尺寸，这样在离合器的安装及拆卸检修 可以在不动高低压转子的情况下而独立完成。
3S 离合器调研主要内容
1、3S 离合器（W340T）的价格，使用寿命、维护检修周期 及费用。 2、采用 3S 离合器的汽轮机机组保护策略； 3、汽轮机的各个工况切换过程(包括甩电负荷、甩热负荷等 特殊工况） 4、汽轮机死点位置、膨胀、轴向位移等考虑，推力轴承布 置的位置。 5、离合器潜在风险评估 6、棘轮、棘爪强度以及驱动齿强度设计上的安全系数选择 7、盘车系统如何布置，2 套。 8、三大汽轮机厂带 3S 离合器汽轮机组布局特点。
离合器出现瞬时接合--脱开的不正常动作。有了阻尼机构，滑移组件反方向滑移 要将油腔Ⅰ中的油通过节流孔塞压到油腔Ⅱ中，没有持续力矩的作用，离合器上 述动作将无法形成，进而避免了离合器出现瞬时接合--脱开的不正常动作。只有 在持续的作用力矩下，离合器的接合才能平稳完成。
4）离合器的可维护性
输入轴
输出齿环
掉高主门、高调门，也迅速关掉连通管上的主门和调门，确保机组安全。
（二）带 SSS 离合器的汽轮机的各个工况切换过程
1． 纯凝工况下的机组启动
纯凝工况下，机组的启动总体来说是同轴启动，如果分轴启动会增加启动的
复杂性。同轴启动时，机组就没有了启动顺序之分。
启动时，为了对低压转子的转速可控，必须有另一股蒸汽（辅助蒸汽或旁路
中，高中压保持稳定的负荷或稳定的转速，减少相互影响和干扰。 纯凝运行，抽凝运行及相互转换
纯凝运行与常规机组完全相同，但负荷不能过低以防止低压缸退出。条件具 备后，投入补汽运行。补汽控制回路通过补汽调节阀控制补汽压力。
抽凝运行与常规抽凝机组相同，通过关小低压调节阀实现抽汽供热。 纯凝工况与抽凝工况之间的相互转换也与常规机组完全相同。 背压运行与低压缸再并列 逐渐关闭低压调节阀 LV，低压缸减负荷，再关闭低压主汽阀 LSV。机组进入 背压工况。 低压缸再并列时，首先打开低压启动主汽阀 LSV1，低压转速控制回路通过 低压启动调节阀 LV1 控制低压转子升速，并列。再打开低压主汽阀 LSV，然后进 行 LV1/LV 切换，最后关闭低压启动主汽阀 LSV1，机组进入抽凝运行工况。 甩热负荷 机组抽凝工况运行时，转入纯凝工况运行。 机组背压运行时，由于蒸汽循环切断，打闸停机。 甩电负荷 机组甩电负荷后无法对外供热，即同时甩热负荷。同时为抑制转速飞升，各 调节阀迅速关闭，机组转速在容积蒸汽作用下上升，达到最大值后开始惰走。在 这一过程中，SSS 联轴器可能脱开，也存在脱开后重新闭合的可能。现正在进行 建模，计算，分析。 如果机组处于背压运行工况，由于无法及时建立蒸汽通道（尤其是凝汽器退 出运行时）和提供辅助蒸汽，维持机组空载运行难以实现。只有打闸停机。 当机组处于纯凝或抽凝工况时，能否维持空载则取决于辅助蒸汽和转速飞升 与惰走特性。具体策略待相关计算和分析完成后确定。现为安全，直接采用策略。 打闸停机 高中压打闸，低压失去汽源，无法运行，故低压同时打闸。 纯凝运行时，低压打闸，蒸汽通道切断，高中压打闸。 抽凝运行时，低压打闸，高中压可以背压运行，但须解决相应扰动。考虑到 机组安全及联合循环特点，亦采用高中压打闸。
PID
n1
n2
3取2
n3
控制回路 切换 &
控制回路 跟踪
解耦控制 算法
伺服控制 模件
LVDT E/H
伺服控制 模件
LVDT E/H
伺服控制 模件
LVDT E/H
高调门 油动机
伺服控制 模件
LVDT E/H
中调门 油动机
低调门 控制器
低调门 油动机
起动阀 油动机
辅汽阀 油动机
启动控制 机组起动时，MSV，RSV，RV，LSV，LV ，LSV1 全开，LV1 和辅助蒸汽调节阀
SSS 离合器介绍
（一）SSS 离合器的工作原理和结构特点 SSS 离合器，也叫自动同步离合器，是一种机械式单向超越离合器，它的接
合/脱开只依赖于输入、输出端的转速变化自动进行切换。 1）自动同步离合器的工作原理 自动同步离合器是一种通过棘轮棘爪定位、齿轮传递功率的离合器，它由三
大部分组成：输入法兰、输出法兰和滑移组件。输入法兰与汽轮机低压转子相联， 输出法兰与高中压转子相联，滑移组件是离合器内部的滑动部分，它能够轴向双 向滑移，从而实现了离合器的接合/脱开，通过离合器的接合/脱开来实现低压汽 轮机工作的投入及脱离。
转速目标值 转速变化率
转速定值
n1
n2
3取2
n3
PID 跳闸指令
>3300
功率指令 功率限制 RUNBACK
减 增
MIN
MW1 MW2
阀位控制 逻辑
功率 变化率
功率定值
MAX
3000 PID
减
背压定值
PID
增
Pe1
MAX
Pe2
减
抽汽压力
增
定值
PIDPe1MAXPe2转速目标值
转速变化率
低压转速 定值
离合器的结构示意图见图 1：
图 1 离合器结构示意图
离合器的接合脱开动作分以下 6 步进行：
2) 离合器的工作过程 当高压汽轮机工作、低压汽轮机不工作时，自动同步离合器处在脱开位置。 当需要低压汽轮机工作时，打开低压汽轮机的进气阀门，低压汽轮机的转速
升高，当低压汽轮机的转速升到与高压汽轮机的转速同步并预超越时，离合器接 合。实现高、低压汽轮机共同带动发电机进行发电。在高低压转子接合的过程中， 虽然整个轴系的转速很高，但是他们之间的相对转速差却很小，接合中功率传递 很平稳，不会产生较大的冲击。
机组背压运行的启动方式相对较简单，只要机组具备启动条件，热网压力又 正常时，就可以冲转和启动，此时连通管上的蝶阀不开启，低压缸不启动，但是 冷凝器仍需要事先启动起来，用小循环水泵维持真空，接收机组启动时的疏水， 低压缸的轴封供汽也要事先投入，维持低压缸的真空。
（三）采用 SSS 离合器的汽轮机机组保护策略 由于发电机前置，取消机械保安装置，同时，低压转子通过 SSS 联轴器与
冬季背压运行时，如果热网发生事故甩热负荷，我们建议此时直接停机。甩 热负荷时，抽汽逆止门迅速关闭，汽轮机主汽门、调门、再热主门和调门也迅速 关闭，此时中排压力若升高则安全门打开泄压。
如果不按照直接停机的方案考虑，业主认为有必要，可以考虑设置中排旁路， 我们积极配合。
需要说明的是，此时即使立即启动低压缸也来不及消化中压的排汽量，低压 缸的启动和升负荷是一个缓慢过程，时间大约需要 15—30 分钟，也应考虑在启 动低压缸时对空排出一部分蒸汽。 5．采暖季，机组背压运行的启动方式和此时低压缸的运行方式
DIF
盘车
发电机
EXP EXP
SPD SPD SPD
DIF
高压主调 联合阀
汽
汽
蒸
蒸
压
热
高
供
PHS ECC
VIB
VIB VIB
AXD AXD
PHS ECC
VIB
冷凝器
VIB VIB
VIB VIB VIB
EXP EXP SPD SPD SPD
SPD SPD SPD
跳闸系统 ETS 跳闸系统除了增加 SSS 离合器必要项目外，与常规机组完全相同。
控制回路，分别控制高中压启动和低压启动。见下图。
测速
补汽阀组
辅汽调节阀 起动主阀 起动调阀
LS1V1 LV1
测速
LSV LV
测速
GV
励磁 系统
MSV
I
RV
SSS
RSV 去热网
II
DEH 装置 尽管机组两个轴系分别启动，但整个工艺过程仍为一个整体并相互紧密相
关。所以采用同一 DEH 控制装置完成整个机组控制是科学合理的。同时也更经济。 DEH 功能大致相同。见图。
低压缸状态，确定轴封供汽正常——启动冷凝器主循环水泵——确定冷凝器工作
压力满足低压缸启动条件——开启低压缸连通管的启动小旁路管上主汽阀和调
节阀——低压转子启动、升速、同步、并网——低压转子升负荷到其 10%左右（无
法测量负荷，用阀门开度控制，连通管启动小旁路管上的小调节阀的全开度即对
应低压转子 10%左右负荷）——开启连通管上的大蝶阀，继续升负荷——达到满
全关，由高压转速控制回路通过高压调节阀 GV 控制机组起动，升速，暖机，并 网。此时，流量较低，根据 SSS 离合器特性，低压转子不随高中压转子同步升速。 随蒸汽流量增大，低压转子开始冲动（初步计算结果表明，此时机组已经并网）， 低压转速控制回路开始工作，通过低压启动调节阀 LV1 和辅助蒸汽调节阀控制低 压转子升速，暖机（必要时），避免油膜临界区和转速临界区给机组带来的危险。 低压启动调节阀 LV1 和辅助蒸汽调节阀按顺序阀方式工作。低压转速定值始终略 低于高中压转速，随着高中压流量的进一步增加，辅助蒸汽调节阀和 LV1 逐渐回 关直至全关，低压转速控制回路退出工作，关闭 LSV1。随着流量的继续增加， 低压转速继续升高直到低压并列，机组进入纯凝运行工况。在低压转子升速过程
高中压转子连接并存在退出运行情况。重新设计 TSI 测点，尤其是轴位移和超速 保护。
整个轴系共设置有 5 个电超速保护，3 个在高中压轴系，2 个在低压轴系。 这些测速全部采用 3 取 2 配置。在高中压轴系设置两套独立的电子测速到 TSI 形成超速保护进入 ETS，分别布置在高压排汽端盘车齿轮和中压排汽端测速齿 轮。另外，高中压轴系还设有 DEH 独立测速并形成超速保护信号到 ETS。在低压 轴系盘车齿轮和测速齿轮，分别安装独立的电子测速，到 TSI 和 DEH 形成超速保
再热器
再热蒸汽
VIB VIB VIB
VIB VIB VIB
VIB VIB VIB
盘车
中压 主汽阀
中压 调节阀
汽 蒸 压 低
低压补汽 主汽阀
汽
蒸
助 辅助蒸汽
辅
调节阀
低压起动 主汽阀
低压起动 调节阀
低压补汽 调节阀
低压 主汽阀
低压 调节阀
SPD SPD SPD SPD SPD SPD
AXD AXD
SSS
传递扭矩都设计了较大的裕度，确保机组运行过程中的转速波动
及扭矩波动不至于使离合器破坏失效，将离合器的安全风险降到
最低。
B)
离合器虽然是出于高转速下运行，但是其离合的时候，离合部件
之间相对速度却很低、没有较大的扭矩冲击。
汽轮机设计时考虑离合器损坏的最危险情况，因而在汽轮机低压缸上单独配
了一套独立的超速跳闸装置，一旦离合器损坏，跳闸装置立即启动、不但迅速关
蒸汽，0.3——0.5MPa，350℃左右）被通入低压缸去帮助低压转子升转速，保证
低压转子不落后，从而保证离合器一直处于啮合状态。当整个轴系的负荷达到
10%左右时，该股蒸汽就停止供给。
2． 冬季采暖正常运行情况下，背压工况向抽凝工况在线切换时的切换过程
冬季采暖正常运行情况下，背压工况向抽凝工况在线切换时，顺序是：检查
护信号进入 ETS。 在 SSS 联轴器两侧近端，分别设置高中压死点，推力轴承和低压死点，推
力轴承。机组两端分别设置高中压热膨胀，相对膨胀和低压热膨胀，相对膨胀。 偏心，键相亦分别测量。
振动测量按常规设置。 SSS 离合器保护测量按其要求设置。 TSI 设备统一布置。 总之，TSI 中大部分信号分别设置，独立进行测量和保护。TSI 设备相对独 立，集中布置。