液力偶合器的节能应用与选型探讨

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  [摘 要]本文通过对液力偶合器的类型及工作原理、特性参数的探讨,对节能效益做出了分析,阐述了液力偶合器的节能原理,并且简单介绍了冷却器的选择计算方法。
  [关键词]液力偶合器;节能应用;选型
  中图分类号:TD528.1 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2019)11-0355-01
  据调查,我国现在约有4000万台的风机和水泵,这些应用占用了全国30%的用电量,但在配用了液力偶合器后,若仅以节电5%计算,全国就可以节约大概30亿度电。所以研究液力偶合器的节能应用有很大的经济价值。
  1. 液力偶合器的概念及工作原理
  所谓的液力偶合器,也叫作液力联轴器。液力偶合器通过动力源和工作机的连接,依靠液体动量矩的变化传递力矩,是一种液力传动装置。
  液力偶合器是一种非刚性联轴器,工作介质为液体。液力偶合器的泵轮装在输入轴上,其涡轮装在输出轴上,两者组成了一个密闭的工作腔,液体可在这个工作腔中循环流动。泵轮和涡轮在径向都有很多叶片的半圆环,这些半圆环相向偶合布置,相邻的两者间互不接触,有3~4mm的间隙,形成了一个圆环状的工作轮[1]。泵轮和涡轮都被称为工作轮,所谓的泵轮就是驱动轮,涡轮就是被驱动轮。在装合完成泵轮和涡轮后,两者间就会形成环形空腔,工作油液就是存在于这个环形空腔中的。液力偶合器最常见的应用是将其放置在恒速电机与工作机之间,对工作机进行调速,达到节能的目的。
  2. 液力偶合器的类型
  液力偶合器根据不同的用途可以分为三类,包括普通型液力偶合器、限矩型液力偶合器和调速型液力偶合器。以下分别介绍:
  2.1普通型液力偶合器
  其结构相对简单,但腔体有效容积更大,传动效率和另两种相比也是比较高的,它的零速力矩可能是额定力矩的6~7倍,甚至可以达到20倍。因为此类型液力偶合器的过载系数大,过载保护性能相对来说就比较差,在应用时仅仅起到隔离扭振和减缓冲击的作用。
  2.2限矩型液力偶合器
  该类型的液力偶合器解决在低传动比时力矩升高的问题是通过结构措施来实现的,同时也使普通型过载系数过大的缺点得到改善,通过这些改善措施,能够保护动力机(及工作机)不会产生过载问题,因此液力偶合器的逐渐适用于各个领域。
  2.3调速型液力偶合器
  此类型最大的优点就是能够进行容积式调节,这里提到的容积式调节就是指既能保证输入转速不变,又能仅使工作腔充满度改变(通常以导管调节)就能改变液力偶合器的输出转速及力矩[2]。但该类型的液力偶合器因自身结构以及输出转速调节幅度大、传递功率大等原因,为了散热就必须让工作液体进行外循环,还必须要具备冷却系统。调速型液力偶合器又可以分为进口调节式,出口调节式,复合调节式三种类型。进口调节式调速型液力偶合器结构相对比较紧凑,因而体积就比较小,质量较轻,辅助系统相对简单,但因为这种液力偶合器难于安装和调试,响应速度慢,甚至故障率也比较高,在生产生活中并不常用;出口调节式响应速度较快,结构紧凑,质量比较轻,但精度很高,在高转速和要求快速调速的机器中经常使用;复合调节式液力偶合器的结构相对前两者来说较为复杂,但它可降低供油泵所需求的工作流量并且能很好地控制工作液体的温度。
  3. 液力偶合器的应用特点
  3.1无级调速
  对风机等应用设备可以通过工况调速实现节能。若同时装备液力偶合器,就可以利用手动或电动遥控对速度进行调节,以满足工况所需求的流量,从而达到节能的目的。
  3.2过载保护
  液力偶合器的主动轴和被动轴之间有滑差的柔性联结,通过阻断负载扭矩减少负载的扭振对电机的突然冲击,可以有效减少因传动部件损坏而导致的事故的发生。
  3.3空载启动
  液力偶合器的主动轴与被动轴之间不存在机械联结,在排空流道中的油之后,液力偶合器会通过空载的方式极其迅速的启动电机,启动电机后再逐步增加内部的充油量,使风机逐渐达到工况正常运行状态,这种方式既能让大功率风机能够安全启动,还能使启动电机时电能的消耗有所降低。
  3.4无谐波影响
  液力偶合器在不同等级的高、低电压,中、大容量电机配套使用时,最大的优点就是能使电机始终在额定转速下运行,同时电机效率相对而言比较高,功率因数会有所升高,更没有谐波污染电网。
  3.5有转差损耗
  液力偶合器本身带有转差的调速装置,因而负载不能达到电机的额定转速,同时调速的转差损耗因发热会使油温升高,必须对其进行散热或反馈利用。
  3.6寿命周期长
  液力偶合器除軸承外不存在其他的磨损元件,所以即使长期无检修也能安全运行,使投资使用效益大大提高。
  4. 对液力偶合器进行节能效益分析
  对节流调节进行比较,比如40KW的空调轴流通风机,经计算可知每月可以节约电能8000KW/h,这样一年就可以节约70000KW/h;而如果对于恒速运行进行比较,以炼钢厂的炼钢转炉除尘风机为例,可以对风机实施工况变速调节是因为装配了调速型液力偶合器,同时也节约了大量电能。根据对T18t氩氧转炉除尘风机在恒速运行的条件下,加装调速型液力偶合器进行分析计算,经计算采用液力偶合器,变速调节运行之后的电机耗能来说相对于恒速运行电机的耗能降低了37.2%。
  5. 液力偶合器计算与安装维护
  5.1 液力偶合器选型
  液力偶合器的选择要保证与电机之间的最佳性能要求,第一,可以使用查表的方法,按照工作要求的转速和功率查找液力偶合器的有关参数表来确定型号规格;第二,可以按照给出的已知条件计算液力偶合器工作腔的直径,根据计算出的直径查找数据选择型号;第三,当计算难以确定负载容量时可以忽略差距直接按照电机额定容量计算根绝比较选择合适的型号。
  5.2冷却器选择
  液力偶合器会在调速过程中将机械能转化为热能将油温升高,对于普通的液力偶合器还有限矩型液力偶合器自身拥有冷却器可以进行降温,但是对于调速型液力偶合器因热量过高须单独装配冷却器,以保证冷却升温的工作油。通过液力偶合器发热功率损失除以散热系数与工作油与冷却水之间的平均温差得到液力冷却器的散热面积,根据得到的散热面积选择出相应型号的冷却器。偶合器的发射功率损失可以根据,计算发热功率获得或者通过,输入功率乘以功率损失系数进行估算。
  5.3联轴器选择
  由于液力偶合器是安装在电机与工作机之间的,所以要结合其负荷情况以及安装环境来选择联轴器,联轴器选择是要考虑到偶合器工作之间的热损失会使联轴器中心尺寸发生变化,选择时最好选择弹性柱销式联轴器,通过联轴器的理论扭距乘以工作情况系数来获得联轴器的工作扭矩,以此来选择标准联轴器的型号。
  5.4液力偶合器的安装维护
  安装质量的高低影响了液力偶合器的正常运行以及使用寿命,在安装液力偶合器的时候要以工作机为基准进行安装精调,要按照说明书安装技术要求为基准,严格按照说明书调整顺序,可以提高安装效率,保证精度。如果工作机与偶合器和电机之间精度不良就会对机器造成损坏,甚至引起机轴的断裂,安装偶合器的过程中,要注意偶合器的安装,基线要低于其他部分,为偶合器的散热预留空间,提高偶合器热态工作时的运转效率。
  6. 结论
  在液力偶合器的选择中,首先要严格按照选型标准进行选择,注重机器节能环保以及机械保养,尽量延长机器使用寿命,通过严格计算进行选型应用。
  参考文献
  [1] 朱振锋, 刘平政. 液力偶合器在皮带输送机驱动系统中的应用及优化[J]. 现代制造技术与装备, 2017,3(10):162-162.
  [2] 张卫丽, 刘健, 张涛. 解决液力偶合器传动装置烧轴承问题[J]. 现代制造技术与装备, 2016(1):104-105.
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