調(diào)速型液力耦合器在鍋爐風機中的應用

趙曉強，于連軍，聶常貴

（中國石油克拉瑪依石化公司熱電廠，新疆 克拉瑪依 834003）

鍋爐風機是燃煤火力發(fā)電廠（熱電廠）的主要輔機，也是燃煤鍋爐的關鍵設備之一，主要包括排粉機、送風機、引風機。這些風機的驅(qū)動均用高壓電機，能耗高，耗電總量約占電廠自用電的30～50%，占總發(fā)電量的3%左右。因此需對鍋爐風機進行節(jié)能改造。

一、調(diào)速型液力耦合器原理及特點

1.調(diào)速型液力耦合器工作原理

調(diào)速型液力耦合器是以液體為介質(zhì)傳遞功率的傳動裝置，在輸入轉(zhuǎn)速不變的情況下，通過改變耦合器工作腔液體的充滿度來改變輸出轉(zhuǎn)速及力矩，即所謂的容積式調(diào)節(jié)。液力耦合器安裝在異步電動機和風機之間。當電機通過液力耦合器的輸入軸驅(qū)動耦合器的泵輪旋轉(zhuǎn)時，進入泵輪葉片間的油在葉片的作用下沿徑向離心運動，形成高壓高速液流沖向渦輪葉片，使渦輪跟隨泵輪作同向旋轉(zhuǎn)，油在渦輪葉片中沿徑向向心運動同時減壓減速，然后在渦輪壁約束下又流入泵輪。在這種循環(huán)過程中泵輪將電機的機械能轉(zhuǎn)變成油的動能和勢能，而渦輪將油的動能和勢能又轉(zhuǎn)變成輸出軸的機械能，從而實現(xiàn)能量的柔性傳遞。由于泵輪與轉(zhuǎn)動的背殼和外殼相連，因此運轉(zhuǎn)時，外殼腔中的油隨轉(zhuǎn)動的背殼及外殼一起以與泵輪相同的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，這可通過改變外殼腔中勺管的徑向位置來控制腔內(nèi)油環(huán)的厚度，即改變工作腔中的油量，從而改變傳動能力，由此就可以在電機轉(zhuǎn)速不變的條件下實現(xiàn)工作機的無級調(diào)速，提高效率。

2.調(diào)速型液力耦合器特點

(1)無級調(diào)速。

(2)空載啟動。液力耦合器主動軸、被動軸之間沒有機械聯(lián)結(jié)，將流道中的油排空，能以接近空載的形式迅速啟動電機，然后逐步增加耦合器的充油量，使風機或水泵逐步啟動進入工況運行，可減少電機啟動對電網(wǎng)沖擊，因而可選用容量較小的電動機及電控設備，減少設備的投資，降低了電機啟動電能耗。

(3)過載保護。由于液力耦合器是柔性傳動，其泵輪與渦輪之間有轉(zhuǎn)速差，故當從動軸阻力矩突然增加時，轉(zhuǎn)速差增大，電機仍能繼續(xù)運轉(zhuǎn)而不燒毀，風機也可受到保護。

(4)隔離振動。液力耦合器轉(zhuǎn)矩通過工作液體傳遞，是柔性連接。具有良好的隔振效果。

(5)使用方便，投資少。

(6)使用壽命長。耦合器中除軸承外無磨損元件，能長期無檢修安全運行，提高了投資效益。

(7)無諧波影響?？杀ＷC電機始終在額定轉(zhuǎn)速下運行，電機效率高，功率因數(shù)高，無諧波污染電網(wǎng)。

二、應用效益

1.提高風機安全、可靠性

鍋爐風機采用調(diào)速型液力耦合器進行風機負荷調(diào)節(jié)后，未出現(xiàn)失速或喘振不良的工作狀態(tài)。有效避免了因風道擋板調(diào)風道的各種弊端。

2.易操作性

液力耦合器的操作非常方便，可以根據(jù)鍋爐風機負荷調(diào)節(jié)耦合器導管的插入深度實現(xiàn)風機轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)以保障鍋爐運行參數(shù)的穩(wěn)定。耦合器投自動后，操作人員可以根據(jù)鍋爐負荷的頻率變換實現(xiàn)其自動調(diào)節(jié)，減少了人力操作。

3.節(jié)能效果

(1)節(jié)能原理。液力耦合器的節(jié)能原理如圖1所示，在流體力學中，風機的流量與轉(zhuǎn)速的1次方成正比，風壓與轉(zhuǎn)速的平方成正比，軸功率與轉(zhuǎn)速的3次方成正比，如下式：

式中：Q——風量，m3/s；

H——風壓，MPa；

N——總功率，kW；

n——轉(zhuǎn)速，r/s。

如風機特性曲線所示，曲線1為風機在恒定轉(zhuǎn)速n1下的風壓—風量（H-Q）特性；曲線2為風門開度全開時風機的管網(wǎng)風阻特性。則A點為效率最高點，輸出風量Q1為最大，此時的軸功率N1與Q1、H1的乘積面積AH1OQ1成正比。當風量從Q1減少到Q2時，如果采用傳統(tǒng)風擋板調(diào)節(jié)方法相當于增加管網(wǎng)阻力，使管網(wǎng)阻力（H-Q）特性曲線變?yōu)?，最大效率工況點成為B，從圖1可看出軸功率與面積BH2OQ2成正比，但減少非常少。如果采用液力耦合器調(diào)節(jié)，風機轉(zhuǎn)速從n1降低到n2，得風壓——風量(H-Q)特性曲線4。在滿足同樣風量的情況下，風壓H2大幅度下降，功率即CH3OQ2的乘積面積顯著減少，功率減小，節(jié)能效果顯著。

(2)節(jié)能效益分析。根據(jù)熱電廠每臺鍋爐的常規(guī)運行年平均負荷工況為81%額定負荷，電機電壓均為6kV，其年利用率約為0.9，合為328.5天即7 884h；電價0.41元/kW·h，經(jīng)計算，采用調(diào)速型液力耦合器后的風機節(jié)能效果為2臺鍋爐引風機和送風機年節(jié)約電費55萬元。每臺YOTpc700A調(diào)速型液力偶合器采購安裝等成本為15萬元/臺，其回報期為26.2個月。

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