液力耦合器節(jié)能分析及應(yīng)用

申媛

【摘 ?要】生產(chǎn)企業(yè)電量消耗大，已成為制約生產(chǎn)企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的一項重要因素。企業(yè)生產(chǎn)設(shè)備節(jié)能不僅是為了緩解能源供需矛盾，更是為了促進(jìn)企業(yè)經(jīng)濟(jì)持續(xù)、健康、快速地發(fā)展。基于此，本文將對液力耦合器及其節(jié)能分析和應(yīng)用進(jìn)行簡單的闡述，希望通過論述后，可以給相關(guān)工作人員一些參考。

【關(guān)鍵詞】液力耦合器;經(jīng)濟(jì)效益;節(jié)能

0前言

隨著我國能源消耗的急劇增長，能源危機(jī)迫在眉睫，在大力弘揚和發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)的背景下，用電量較大的相關(guān)企業(yè)單位，將面臨艱巨的節(jié)能任務(wù)。液力耦合器作為節(jié)能設(shè)備，可以無級變速運轉(zhuǎn)，工作可靠、操作簡便、調(diào)節(jié)靈活、維修方便。采用液力耦合器節(jié)能不僅可以有效的節(jié)約資源、降低能耗，而且還可以有效地提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，推進(jìn)資源節(jié)約型企業(yè)發(fā)展。

1液力耦合器簡介

1.1液力耦合器概念

液力耦合器又稱液力聯(lián)軸器，是一種用來將動力源（通常是發(fā)動機(jī)或電機(jī)）與工作機(jī)連接起來，靠液體動量矩的變化傳遞力矩的液力傳動裝置。

1.2液力耦合器分類

（1）液力耦合器根據(jù)用途的不同，可分為普通型液力耦合器、限矩型液力耦合器和調(diào)速型液力耦合器。其中限矩型液力耦合器主要用于對電機(jī)減速機(jī)的啟動保護(hù)及運行中的沖擊保護(hù)，位置補償及能量緩沖;調(diào)速型液力耦合器主要用于調(diào)整輸入輸出轉(zhuǎn)速比，其它的功能和限矩型液力耦合器基本一樣。調(diào)速型液力耦合器又分為進(jìn)口調(diào)節(jié)式、出口調(diào)節(jié)式和復(fù)合調(diào)節(jié)式三種。

（2）根據(jù)工作腔數(shù)量的不同，液力耦合器分為單工作腔液力耦合器、雙工作腔液力耦合器和多工作腔液力耦合器。

（3）根據(jù)葉片的不同，液力耦合器分為徑向葉片液力耦合器、傾斜葉片液力耦合器和回轉(zhuǎn)葉片液力耦合器。

1.3液力耦合器的工作原理

液力耦合器是以液體為介質(zhì)傳遞功率的一種動力傳遞裝置。主要由兩個帶有徑向葉片的碗狀工作輪組成。由主動軸傳動的輪稱為泵輪，帶動從動軸傳動的輪稱為渦輪，泵輪和渦輪中間有間隙，形成一個循環(huán)圓狀腔室結(jié)構(gòu)，其內(nèi)充有工作油液。

工作時，泵輪通常在內(nèi)燃機(jī)或電機(jī)驅(qū)動下旋轉(zhuǎn)，葉片帶動油液，在離心力作用下，這些油液被甩向泵輪葉片邊緣，由于泵輪和渦輪的半徑相等，故當(dāng)泵輪的轉(zhuǎn)速大于渦輪轉(zhuǎn)速時，泵輪葉片外緣的液壓大于渦輪葉片外緣的液壓，由于壓差液體沖擊渦輪葉片，當(dāng)足以克服外阻力時，使渦輪開始轉(zhuǎn)動，即是將動能傳給渦輪，使渦輪與泵輪同方向旋轉(zhuǎn)。油液動能下降后從渦輪的葉片邊緣又流回到泵輪，形成循環(huán)回路，其流動路線如同一個首尾相連的環(huán)形螺旋線。液力耦合器靠液體與泵輪、渦輪的葉片相互作用產(chǎn)生動量矩的變化來傳遞扭矩。在忽略不計葉輪旋轉(zhuǎn)時的風(fēng)損及其他機(jī)械損失時，它的輸出（渦輪）扭矩等于輸入（泵輪）扭矩。

1.4液力耦合器的應(yīng)用特點

（1）無級調(diào)速：通過加裝液力耦合器，可以方便地通過手動或者電動遙控進(jìn)行速度調(diào)節(jié)以滿足工況的流量需求，從而可以大量節(jié)約電能。

（2）空載啟動：液力耦合器主、被動軸之間沒有機(jī)械聯(lián)結(jié)，將流道中的油排空，可以接近空載的形式迅速啟動電機(jī)，然后逐步增加耦合器的充油量，使泵或者風(fēng)機(jī)逐步啟動進(jìn)入工況運行，降低電機(jī)啟動時的電能消耗。

（3）過載保護(hù)：耦合器主、被動軸之間屬于有滑差的柔性連接，可以阻斷負(fù)載扭矩突然增加或衰減負(fù)載的扭振對電機(jī)的沖擊，防止悶車或傳動部件損壞等事故發(fā)生。

（4）壽命周期長：除軸承外無磨損原件，耦合器能長期無檢修安全運行，提高了投資使用效益。

2調(diào)速型液力耦合器

2.1概述

調(diào)速型液力耦合器是以液體為介質(zhì)傳遞功率的一種液力傳動裝置，它安裝在電動機(jī)和工作機(jī)之間，并在電動機(jī)轉(zhuǎn)速恒定的情況下無級調(diào)節(jié)工作機(jī)（風(fēng)機(jī)或水泵等）的轉(zhuǎn)速，其優(yōu)點是可以空載啟動電動機(jī)，可控地逐步啟動大負(fù)載。工作機(jī)無級調(diào)速時可以大量降低廠用耗電量，可方便地使用遙控或者自動控制。液力耦合器除了軸承和密封件外，本身沒有直接機(jī)械磨損的部件，幾乎不需要維護(hù)和檢修。

2.2調(diào)速型液力耦合器節(jié)能原理

調(diào)速型液力耦合器是在輸入轉(zhuǎn)速不變的情況下，通過改變工作腔充滿度（通常以導(dǎo)管調(diào)節(jié)）來改變輸出轉(zhuǎn)速及力矩，即所謂的容積式調(diào)節(jié)。液力耦合器相當(dāng)于離心泵和渦輪機(jī)的組合，當(dāng)動力機(jī)通過輸入軸帶動泵輪轉(zhuǎn)動時，充注在工作腔中的工作液體在離心力作用下，沿泵輪葉片流道向外緣流動，使液體的動量矩增大。當(dāng)工作液體由泵輪沖向?qū)γ娴臏u輪時，工作液體便沿渦輪葉片流道做向心流動，同時釋放能量并將其轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，驅(qū)動渦輪旋轉(zhuǎn)并帶動工作機(jī)做功?？恐后w的傳動使動力機(jī)和工作機(jī)柔性地連接在一起。

2.3節(jié)能分析

泵和風(fēng)機(jī)在國民經(jīng)濟(jì)各部門的數(shù)量眾多，分布面積廣，耗電量巨大。據(jù)有關(guān)部門統(tǒng)計，泵和風(fēng)機(jī)的耗電量約占全國電力消耗總量的40%。目前，泵和風(fēng)機(jī)的耗電量中還有很大的節(jié)能潛力，其潛力挖掘的主要方向是提高泵或風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的運行效率。據(jù)統(tǒng)計，提高泵和風(fēng)機(jī)系統(tǒng)運行效率的節(jié)能潛力達(dá)200億—400億千瓦時。

泵或風(fēng)機(jī)由恒速閥門調(diào)節(jié)運行變?yōu)椴捎靡毫︸詈掀髡{(diào)速運行，能節(jié)約大量的資源。泵或風(fēng)機(jī)采用液力耦合器調(diào)速，既能方便地滿足工藝調(diào)節(jié)，又能提高傳動品質(zhì)，獲得輕載啟動、過載保護(hù)、隔離沖擊、延長風(fēng)機(jī)或泵的使用壽命、方便使用維修、節(jié)電等多項功能和效益。液力耦合器調(diào)速功率范圍大、適應(yīng)性強，對環(huán)境無特殊要求，價格適中，特別適用于高轉(zhuǎn)速大功率工況。

改變液力耦合器工作腔的充滿度，便可以調(diào)節(jié)輸出力矩和輸出轉(zhuǎn)速，充滿度升高則輸出轉(zhuǎn)速升高，反之則降低，并可實現(xiàn)無級調(diào)速。

泵或風(fēng)機(jī)的流量與轉(zhuǎn)速成正比，軸功率與轉(zhuǎn)速立方成正比。當(dāng)系統(tǒng)所需流量減少時，可通過降低液力耦合器工作腔的充滿度來降低泵或風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，同時節(jié)省功率。流量變化越大，節(jié)能效果越顯著。

3工作中應(yīng)用

國家能源集團(tuán)烏海能源有限責(zé)任公司駱駝山洗煤廠333、334煤泥重介泵設(shè)計使用ZJ系列渣漿泵，額定轉(zhuǎn)速為760r/min，配套電機(jī)功率為110KW，采用YOTGCD1150A調(diào)速型液力耦合器。根據(jù)系統(tǒng)分流到煤泥重介桶中的液位高低，調(diào)節(jié)液力耦合器，從而調(diào)節(jié)煤泥重介泵轉(zhuǎn)速，以實現(xiàn)對輸出流量的控制。

實際操作中，啟動電機(jī)，在電機(jī)啟動的瞬間，液力耦合器的泵輪的力矩因為轉(zhuǎn)速比較低甚至只是微微的轉(zhuǎn)動，這就讓電機(jī)所承受的負(fù)載比較小，近似于空載。隨著液力耦合器的泵輪轉(zhuǎn)速漸漸提高，工作腔的液體動能就會隨之逐漸增高，即泵輪的力矩增高，也就是說，這個時候液力耦合器實現(xiàn)了第二次啟動，這樣，在很大程度上改善了電機(jī)的啟動性能，因為電機(jī)空載啟動不但快而且耗電比較小。通過這種啟動方式，讓電機(jī)實現(xiàn)了低負(fù)荷啟動，而且能夠獲得良好的節(jié)能效果。

采用了液力耦合器之后，不但大大增加了啟動的穩(wěn)定系數(shù)，還減小了電機(jī)的功率，提高了工作效率，同時降低了功率損失。并且，讓電機(jī)快速的啟動，減少了對電網(wǎng)的沖擊，也起到了節(jié)能的作用。

采用了液力耦合器之后，能夠提高原電機(jī)的效率，因為液力耦合器可以使電機(jī)不帶負(fù)載啟動，減少電機(jī)的容量，這樣就克服了因為電機(jī)的啟動電流大、啟動頻繁而致使電機(jī)燒壞的缺點，減少了電機(jī)的投資與維修費用，降低了設(shè)備成本。

4小結(jié)

液力耦合器在使用過程中對過載的保護(hù)性能比較好，而且其自動適應(yīng)性也較強，操作起來比較方便靈活，從而大量的節(jié)約能源，降低成本費用，同時，還可以延長工作機(jī)與電動機(jī)的壽命，改善了傳動的品質(zhì)、節(jié)約能源的雙重經(jīng)濟(jì)效益。

只有徹底認(rèn)清液力耦合器的性能，將它作為先進(jìn)的節(jié)能設(shè)備，液力耦合器才能在各類機(jī)械設(shè)備中得到廣泛應(yīng)用。

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（作者單位：國家能源集團(tuán)烏海能源有限責(zé)任公司駱駝山洗煤廠）