調(diào)速型液力偶合器的性能分析與應(yīng)用

孫睿

（內(nèi)蒙古大唐國(guó)際克什克騰煤制天然氣有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 赤峰 025350）

在大功率長(zhǎng)距離帶式輸送機(jī)的設(shè)計(jì)中，軟起動(dòng)技術(shù)的應(yīng)用是多機(jī)驅(qū)動(dòng)改善起動(dòng)條件的主要手段，調(diào)速液壓聯(lián)軸器是一種理想的部件。原有的大功率、長(zhǎng)距離帶式輸送機(jī)大多采用多電機(jī)驅(qū)動(dòng)方式和轉(zhuǎn)矩限制液力偶合器。同時(shí)啟動(dòng)電流過大，就對(duì)電網(wǎng)的影響增加，電阻壓力增大。當(dāng)電機(jī)直接啟動(dòng)的時(shí)候，輸送機(jī)的起動(dòng)加速度非常快，輸送段速度張力裝置的反應(yīng)速度比較緩慢，輸送帶的垂度增加，碰撞和摩擦在多層輸送帶之間產(chǎn)生，所以導(dǎo)致輸送帶磨損力度大，傳送帶磨損不平衡，壽命減短問題產(chǎn)生。調(diào)速型液力偶合器通過在啟動(dòng)和停止過程中增加和減少速度控制，通過計(jì)算機(jī)編程控制管的位移，從而使皮帶根據(jù)給定的加速度特性開始運(yùn)行。電機(jī)卸載后，額定轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，電機(jī)可以加載，因此啟動(dòng)對(duì)電網(wǎng)的影響很小。由于變速液壓聯(lián)軸器是采用非電氣方式驅(qū)動(dòng)的，因此在井下防爆場(chǎng)合的使用具有很大的優(yōu)勢(shì)。

1 調(diào)速型液力偶合器的工作原理

當(dāng)在偶合器的工作腔中填充一定量的工作流體時(shí)，泵輪從馬達(dá)獲得機(jī)械能，并將其轉(zhuǎn)化為液體能量，驅(qū)動(dòng)渦輪旋轉(zhuǎn)，渦輪將液體能量轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，以及工作動(dòng)能，通過軸的輸出工作，實(shí)現(xiàn)從原動(dòng)機(jī)到工作機(jī)的能量傳遞。調(diào)速液力偶合器是通過改變液力偶合器工作腔內(nèi)工作流體的充油量和電機(jī)的恒速來實(shí)現(xiàn)工作機(jī)械的無限調(diào)速和軟起動(dòng)（如圖1所示）。當(dāng)獨(dú)立功率水平小于250千瓦時(shí)，采用自然冷卻。該偶合器配有電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)和電動(dòng)機(jī)械手，并與負(fù)載變化信號(hào)連接。還可根據(jù)用戶要求配備自動(dòng)測(cè)速裝置，可實(shí)現(xiàn)速度控制或自動(dòng)控制。

2 液力偶合器的分類

圖1 調(diào)速液力偶合器工作原理

主要有三種類型的液力偶合器：普通液力偶合器、限矩流體液力偶合器和調(diào)速流體液力偶合器。普通的液力偶合器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作腔間距的限制小，空腔有效容積大，轉(zhuǎn)動(dòng)效率高，轉(zhuǎn)矩限制液力偶合器在普通型的基礎(chǔ)上增加了結(jié)構(gòu)擋板或輔助腔。它比傳統(tǒng)的液力偶合器更能有效地保護(hù)電機(jī)不受低轉(zhuǎn)動(dòng)比的影響，它更適用于電網(wǎng)負(fù)荷大的選煤廠，可能產(chǎn)生超負(fù)荷的問題。調(diào)速液力偶合器是由于調(diào)速液力偶合器的恒速，改變了管的寬度，改變了工作腔的滿度，改變了輸出速度和轉(zhuǎn)距，從而實(shí)現(xiàn)了非極調(diào)速，改變了輸出頻率，實(shí)現(xiàn)了體積型接頭，調(diào)速液力偶合器不能實(shí)現(xiàn)自冷卻和散熱，由于其自身的結(jié)構(gòu)原因，輸出速度大的時(shí)候調(diào)節(jié)范圍小，轉(zhuǎn)動(dòng)功率大，需要有工作液的外部循環(huán)和冷卻系統(tǒng)。

3 長(zhǎng)距離帶式輸送機(jī)調(diào)速型液力偶合器多機(jī)驅(qū)動(dòng)的應(yīng)用

3.1 調(diào)速型液力偶合器在長(zhǎng)距離帶式輸送機(jī)啟停中的應(yīng)用

（1）起步控制研究。在啟動(dòng)機(jī)器之前，將調(diào)速液壓偶合器的導(dǎo)向管插入到最深的位置（以確保輸入軸的輸出軸的速度為0）以實(shí)現(xiàn)空載驅(qū)動(dòng)電機(jī)。當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)，電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)被電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)慢慢拉出，輸出軸速度從0逐漸加速，旋轉(zhuǎn)度不變，實(shí)現(xiàn)管帶機(jī)的軟啟動(dòng)。根據(jù)一定的加速度上升曲線，對(duì)長(zhǎng)距離帶式輸送機(jī)的起動(dòng)過程進(jìn)行了分析。如圖2所示，從圖中可以看出，在管帶機(jī)頭驅(qū)動(dòng)開始后，當(dāng)皮帶速度從0上升到一定程度之后，將有一段延遲時(shí)間，大約4~7秒，使帶力有時(shí)間反應(yīng)，然后再次加速，避免滑動(dòng)，當(dāng)一段時(shí)間后，帶速度達(dá)到額定速度，然后開始平穩(wěn)運(yùn)行，以完成正常啟動(dòng)過程。

圖2 加速度上升曲線圖

（2）駐車制動(dòng)器的研究。在停止電機(jī)之前，電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)用來緩慢地將牽引管控制到最深的部分，并且輸出軸從額定速度逐漸減速。當(dāng)輸出軸速度接近0時(shí)，電機(jī)立即停止，實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)的軟停止。

3.2 變速液壓偶合器在長(zhǎng)距離帶式輸送機(jī)頭尾多驅(qū)動(dòng)同步控制中的應(yīng)用

由于長(zhǎng)距離帶式輸送機(jī)的機(jī)頭與尾部之間的距離較遠(yuǎn)，膠帶沿該方向具有一定的彈性和阻力，張力傳遞具有滯后的過程。當(dāng)頭部和尾部驅(qū)動(dòng)輪同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，尾部帶的張力減?。^部被擰緊），膠帶將在后驅(qū)動(dòng)輪的表面上滑動(dòng)。當(dāng)后驅(qū)動(dòng)過早啟動(dòng)時(shí)，也會(huì)導(dǎo)致膠帶在后驅(qū)動(dòng)輪在表面滑動(dòng)，并磨損膠帶；當(dāng)尾部驅(qū)動(dòng)輪太晚時(shí)，頭部皮帶張力過高，導(dǎo)致頭驅(qū)動(dòng)電機(jī)過載。因此，為了保證長(zhǎng)距離管帶的頭部和尾部的驅(qū)動(dòng)同步，后驅(qū)動(dòng)輪的切割時(shí)間是非常重要的。通過設(shè)置時(shí)間延遲、增加張力等，變速液壓偶合器采用皮帶張力測(cè)量和控制的輸入方法確定尾部驅(qū)動(dòng)的輸入時(shí)間和力大小。

4 調(diào)速型液力偶合器在天然氣廠鉀氨泵上的應(yīng)用

天然氣生產(chǎn)過程中需要大量的泵。鉀氨泵就是其中之一，某天然氣公司采用兩臺(tái)400kW鉀氨泵并聯(lián)，以滿足需求，為了適應(yīng)非條件性需求，節(jié)能降耗，保證鉀氨泵安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，采用調(diào)速液力偶合器用于離心式壓縮機(jī)變轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)（如圖3），綜合來看，有以下經(jīng)濟(jì)效益。

（1）初始投資調(diào)速型液力偶合器可通過偶合調(diào)節(jié)而不使用變頻電機(jī)。變頻方案和調(diào)速液力偶合器的初始投資僅為變頻電機(jī)方案的30%。

（2）環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，調(diào)速液力偶合器可用于室外、高寒、高熱、粉塵、潮濕環(huán)境，環(huán)境要求低。

（3）結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，運(yùn)行更加可靠。簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)導(dǎo)致成本降低，經(jīng)濟(jì)效益明顯。

（4）可靠性高，使用壽命長(zhǎng)。無故障運(yùn)行時(shí)間為30000小時(shí)，主要部件為20年。

（5）對(duì)電網(wǎng)的影響很小。液壓調(diào)速可使電機(jī)啟動(dòng)空載，減少電機(jī)啟動(dòng)，而且啟動(dòng)電流對(duì)電網(wǎng)的影響小，并保護(hù)電機(jī)在外部負(fù)載過載時(shí)不會(huì)受到損壞。

（6）電機(jī)的功率因數(shù)很高。當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速恒定時(shí)，100%的速比為0.9，在500/V比為0.65左右。

圖3 調(diào)速液力偶合器

5 結(jié)語

調(diào)速型液力偶合器被應(yīng)用到許多行業(yè)，液力偶合器的使用，減少了對(duì)電力電網(wǎng)的沖擊，具有投資少環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本較低，可靠性較好等優(yōu)點(diǎn)，啟動(dòng)更加的穩(wěn)定，安全性更好，不僅延長(zhǎng)了傳送帶的使用壽命，而且節(jié)約了運(yùn)輸機(jī)器的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)。調(diào)速型液力偶合器應(yīng)用價(jià)值十分廣泛，需要不斷的發(fā)展和完善液力偶合器技術(shù)，為經(jīng)濟(jì)的發(fā)展做出貢獻(xiàn)。