专利名称：立式高速齿轮减速箱的制作方法
技术领域：
本发明属于高温气冷堆氦气透平发电系统设计技术领域，特别涉及减速箱的设计。
背景技术：
高温气冷堆氦气透平直接循环发电系统中，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系统的正常运行。
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)蒸汽透平发电系统，这样的系统由两个热力同路组成，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％)，系统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。经检索和对市场调研发现，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。其主要困难，减速箱改为立式结构后，很难对箱体内的润滑油进行密封，因为润滑油可以直接从轴端泄漏，而卧式结构，因为下部是箱体，密封比较容易保证。
发明内容
本发明的目的是提供一种立式布置的减速箱，它能够将高温气冷堆氦气直接循环时透平转速降低到常规发电机额定转速，该减速箱具有密封装置，能够避免润滑油和油气泄漏到减速箱外。
本发明所提供的立式高速齿轮减速箱，其特征在于它采用立式布置，所述高速轴从所述立式减速箱的下端进入箱体，经过减速机构减速，低速轴从箱体的上端伸出与发电机轴相连；在所述箱体的上部开有进油孔，在箱体的下部的侧面开有回油，在所述减速箱的高速轴入口和低速轴出口装有防止油泄漏的密封装置。
所述减速机构是行星轮系，位于中部的太阳轮(12)与高速轴(5)同轴，在太阳轮(12)周围有多个与太阳轮(12)啮合的行星轮(10)，所述行星轮(10)的轴(11)的下端固定在第一转架组(14)上，所述第一转架组(14)由一个与箱体固定的主推力轴承(15)从下部支撑，在所述第一转架组(14)和高速轴(5)之间有高速端滑动轴承(19)，在所述第一转架组(14)和箱体之间有低速端滑动轴承(17)；所述行星轮轴(11)的上端固定在与低速轴同轴的第二转架组(13)上，所述第二转架组(13)由一个与箱体固定的副推力轴承(15)从上部支撑，在所述第二转架组(13)与箱体之间有低速端滑动轴承(17)，所述高速轴的上端伸入所述第二转架组(13)中，在高速轴(5)与第二转架组(13)之间有高速端滑动轴承(19)。
所述行星轮(10)有3个，均匀分布在所述太阳轮(12)的周围。所述行星轮(10)通过一个内齿圈(9)与一个与箱体固定的二联齿套(8)啮合。
所述减速箱高速轴入口处的密封装置含有一个固定在所述高速轴(5)上，与高速轴(5)同轴旋转的伞状甩油盘(20)，还有一个从箱体底部凸起，与所述甩油盘(20)的下端接近的平台(18)。所述箱体的低速轴出口处的密封装置是一个磁力密封装置。
有益效果，本发明所述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。采用本发明所述减速箱后，避免了在系统中使用高速电机和变频器，大大降低了设备的制造费用。
图1为减速箱外观示意图。
图2为减速箱剖面图。
具体实施例方式
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、输入轴、输出轴、行星齿轮机构、轴承系统、密封装置，具体结构见图1～图2。
如图1，为便于安装和拆卸，箱体结构可分为3个部分，上箱体2、中箱体3和下箱体4，中箱体3和下箱体4之间有泄油孔22。箱体上端低速轴1伸出到箱体外，箱体下端高速轴5伸出到箱体外。在箱体的上部开有进油孔6，在箱体的下部开有回油孔7。润滑油从进油孔6进入减速箱，从回油孔7被抽回到油站。
图2是箱体剖开后的内部结构。先说明行星轮系的结构，本发明结构包含3套均匀布置的行星轮。行星轮10安装在行星轮轴11上，行星轮10绕行星轮轴11转动。而行星轮轴11的下端固定在第一转架组14上，行星轮11的上端固定在第二转架组13上，第二转架组13与低速轴1是同一根轴。行星轮10在中心侧与太阳轮12啮合在一起，太阳轮12和高速轴5是同一根轴，即太阳轮是直接在高速轴上加工。减速箱的工作原理为，从高速轴5进来的功，带动太阳轮12以同样的高速转动。太阳轮12带动行星轮10转动，行星轮10带动行星轮轴11转动。由于行星轮轴11固定在第二转架组13上，第二转架组13转动，第二转架组13与低速轴1是同一根轴，这样通过齿轮传动减速后，以低速将功传出。件8是二联齿套，其下端与中箱体3固定在一起，上端有两段比较窄的内齿圈。二联齿套8上的两段内齿圈分别与两个内齿圈9啮合。这种双套结构，可以保证齿轮在高速转动下的啮合精度，同时，还可以保证内齿圈9在转动过程中有一定的浮动，可以补偿由于装配和制造公差所引起的轴向偏差。内齿圈9与3个行星轮10啮合。
下面叙述轴承系统。在齿轮箱的高速轴5和第一转架组14之间安置有高速端滑动轴承19，这样就可以保证高速轴5和第一转架组14之间的相对转动。在高速轴5的上端，高速轴5与第二转架组13之间也安装有高速端滑动轴承，而高速轴5的末端插入第二转架组13内部。在下端第一转架组14的外侧与中箱体3之间也安装一组低速端滑动轴承17，对下端第一转架组14起支撑作用，同时允许下端第一转架组14相对于固定的中箱体3之间有相对转动。在上端，第二转架组13与上箱体2之间也同样安装一组低速端滑动轴承，其作用与下端的滑动轴承相同。在第一转架组14的下侧安装有一组主推力轴承15，其作用是支撑行星轮系的重量，允许第一转架组14与固定中箱体3之间有相对运动。同样地，在第二转架组13上侧也安装有一组副推力轴承16，其作用是从上部支撑行星轮系，使得行星轮系在旋转过程中不会上浮过大，同时还起到固定低速轴1的作用。
为了保证齿轮箱内的润滑油和油气不泄漏到外面，在高速轴5和低速轴1末端还设有密封装置。在高速轴5的轴端，设有伞状结构甩油盘20，其作用是随着高速轴的高速旋转，将流到下面的润滑油甩到周围的箱体壁上，而不会通过高速轴流到减速箱外面，在甩油盘20的下端，有一个凸起的平台18，该平台与甩油盘的位置比较接近，甩油盘甩出的油不会落在平台18上，同时，由于该平台从箱体下部凸起，与箱体的接缝焊接密封，使箱体底部的油不会从接缝渗出，更不可能倒流到平台上从平台与高速轴之间的间隙泄漏，甩油盘和平台结合的设计使得润滑油和油气密封在箱体中，避免了从箱体下端泄漏。在低速轴1端安装有磁力密封装置21，通过磁力作用，可以完全将油气密封在箱体内。
权利要求
1.立式高速齿轮减速箱，含有从所述氦气透平压气机输入的高速轴，和与发电机轴联接的低速轴，以及减速机构，其特征在于，它采用立式布置，所述高速轴从所述立式减速箱的下端进入箱体，经过减速机构减速，低速轴从箱体的上端伸出与发电机轴相连；在所述箱体的上部开有进油孔，在箱体的下部的侧面开有回油，在所述减速箱的高速轴入口和低速轴出口装有防止油泄漏的密封装置。
2.如权利要求1所述的立式高速齿轮减速箱，其特征在于，所述减速机构是行星轮系，位于中部的太阳轮(12)与高速轴(5)同轴，在太阳轮(12)周围有多个与太阳轮(12)啮合的行星轮(10)，所述行星轮(10)的轴(11)的下端固定在第一转架组(14)上，所述第一转架组(14)由一个与箱体固定的主推力轴承(15)从下部支撑，在所述第一转架组(14)和高速轴(5)之间有高速端滑动轴承(19)，在所述第一转架组(14)和箱体之间有低速端滑动轴承(17)；所述行星轮轴(11)的上端固定在与低速轴同轴的第二转架组(13)上，所述第二转架组(13)由一个与箱体固定的副推力轴承(15)从上部支撑，在所述第二转架组(13)与箱体之间有低速端滑动轴承(17)，所述高速轴的上端伸入所述第二转架组(13)中，在高速轴(5)与第二转架组(13)之间有高速端滑动轴承(19)。
3.如权利要求2所述的立式高速齿轮减速箱，其特征在于，所述行星轮(10)有3个，均匀分布在所述太阳轮(12)的周围。
4.如权利要求2或3所述的立式高速齿轮减速箱，其特征在于，所述行星轮(10)通过一个内齿圈(9)与一个与箱体固定的二联齿套(8)啮合。
5.如权利要求1所述的立式高速齿轮减速箱，其特征在于，所述减速箱高速轴入口处的密封装置含有一个固定在所述高速轴(5)上，与高速轴(5)同轴旋转的伞状甩油盘(20)，还有一个从箱体底部凸起，与所述甩油盘(20)的下端接近的平台(18)。
6.如权利要求1所述的立式高速齿轮减速箱，其特征在于，所述箱体的低速轴出口处的密封装置是一个磁力密封装置。
全文摘要
立式高速齿轮减速箱属于高温气冷堆氦气透平发电系统设计技术领域，特别涉及减速箱的设计。其特征是，它采用立式布置，高速轴从减速箱的下端进入箱体，经过减速机构减速，低速轴从箱体的上端伸出与发电机轴相连；减速机构采用行星轮系，中间的太阳轮与高速轴同轴旋转，行星齿轮通过第一转架组与低速轴固定，使得低速轴以发电机的额定速率旋转。在减速箱的下部有由伞状甩油盘和从箱体下部凸起的平台组成的密封结构，能够有效防止油气从箱体底部泄漏。本发明可以将高转速有效地降低为低转速，并保证密封效果。采用本发明的减速箱后，避免了在系统中使用高速电机和变频器，大大降低了设备的制造费用。
文档编号F16H57/02GK1687616SQ20051001165
公开日2005年10月26日 申请日期2005年4月29日 优先权日2005年4月29日
发明者朱书堂, 盛选禹, 张征明, 王捷, 于溯源 申请人:清华大学