摘要：液偶调速电动给水泵调速型液力偶合器，它是以液体为介质传递功率的一种液力传动装置，它安装在电动机和给水泵之间，并在电动机转速恒定的情况下无级调节给水泵的转速。本文根据作者多年顾总精元，对液偶调速电动给水泵节能改造方案进行了详细的阐述和分析，供大家借鉴和参考。
关键词：液偶调速电动给水泵；节能改造；方案
1、给水泵液偶结构及工作原理分析
液力耦合器将主动端的人字形齿轮与变速的液力涡轮结合在一起。箱体为铸铁、中分结构，油密封的外壳下部带有一焊接法兰，箱体内部布置有输入齿轮、油泵装置、铸铁勺管套和旋转部件。迷宫式密封装在输入轴及输出轴上。轴承及齿轮有自己的润滑油循环。主动轮和从动轮用特殊铸钢制成，经过淬火热处理的钢制成齿轮的毂，齿缘及齿轮经过硬化处理，输入主动、从动轴由高质量的钢制成。
主油泵驱动润滑油从泵端的输入轴到油箱到从动轮然后到冷油器和双筒滤网形成一个回路。
工作油靠勺管调节，通过工作油冷却器在动态的压力下到涡轮。 在给水泵组启动之前，启动辅助润滑油泵进行预润滑。如果润滑油系统或机械驱动油泵失灵，在运行过程中辅助润滑油泵靠压力开关打开液力偶合器以液体为介质传递功率，液力偶合器相当于离心泵和涡轮机的组合，当动力机通过输入轴带动泵轮转动时，充注在工作腔中的工作液体在离心力作用下，沿泵轮叶片流道向外缘流动，使液体的动量矩增大。当工作液体由泵轮冲向对面的涡轮时，工作液体便沿涡轮叶片流道做向心流动，同时释放能量并将其转化为机械能，驱动涡轮旋转并带动工作机做功。靠着液体的传动使动力机和工作机柔性地联接在一起。改变液力偶合器工作腔的充满度，便可以调节输出力矩和输出转速，充满度升高则输出转速升高，反之则降低，并可实现无级调速。
液力偶合器的主要部件：泵轮、涡轮、转动外壳、输入轴、输出轴、勺管、大小传动齿轮、主油泵、辅助油泵等。 液力偶合器的泵轮和涡轮对称布置，它们的流道几何形状相同，中间保持一定间隙，轮内有几十片径向辐射的叶片，运转时在偶合器中充油，当输入轴带动泵轮旋转时，进入泵轮的油在叶片带动下，因离心力作用由泵轮内侧流向外缘，形成高压高速流冲向涡轮叶片，使涡轮跟随泵轮作同向旋转，油在涡轮中由外缘流内侧被迫减压减速，然后流入泵轮，构成了一个油的循环，这里传递能量的介质是工作油。在这个循环中，泵轮将原动机的机械能转变成油的动能和势能，而涡轮则将油的动能和势能又转变成输出轴的机械能，从而实现能量的柔性传递。转动外壳与泵轮相连，转动外壳腔内放置一根可上下移动的勺管，运转时，当偶合器工作油腔充满油时，能量最大，传动扭矩的能量最大，当偶合器工作油腔排空油时，能量最小、传动扭矩的能量最小。
既通过勺管来调节工作油腔的油层厚度，把勺管以下内侧的循环园中的油导走，以改变工作腔内的油量，则偶合器传递的扭矩将随着勺管的上下移动带来工作腔内的油量变化，即实现了偶合器的调速功能。
2、液力耦合器调速和变频调速的主要优缺点比较
2.1液力耦合器调速的主要优点分析
液力耦合器用于叶片式风机水泵的变速调节时，具有以下优点:
(1)可实现无级调速。在液力耦合器输入转速不变的情况下，可以输出无级连续变化的、且变化范围很宽的转速。当转速变化较大时，与节流调节相比较，有显著的节能效果。
(2)可实现电动机的空载启动，降低启动电流。因而可选用容量较小的电动机及电控设备，减少设备的投资。
(3)可隔离震动。液力耦合器的泵轮和涡轮之间没有机械联系，转矩通过工作液体传递，是柔性连接。当主动轴有周期性的震动(如扭震等)时，不会传到从动轴上，具有良好的隔震效果。能减缓冲击负荷，延长电动机和风机水泵的机械寿命。
(4)过载保护。由于液力耦合器是柔性传动，其泵轮和涡轮之间有转速差，故当从动轴阻力矩突然增加时，转速差增大，甚至当风机或水泵等负载机器制动时，原动机或电动机仍能继续运转而不致被烧毁，风机与水泵也可受到保护。同时装在液力耦合器上的易熔放油塞还能及时地把流道热油自动排空，切断转矩的传递。
(5) 除轴承外无其它磨损部件，故工作可靠，能长期无检修运行，寿命长。
(6)工作平稳，可以和缓地启动、加速、减速和停车。
(7)便于控制。液力耦合器是无级调速，便于实现自动控制，适用于各种伺服系统控制。
(8)能用于大容量风机与水泵的变速调节，目前单台液力耦合器传递的功率已达20mw以上。
2.2液力耦合器调速的主要优点
(1)可实现无级调速。在液力耦合器输入转速不变的情况下，可以输出无级连续变化的、且变化范围很宽的转速。当转速变化较大时，与节流调节相比较，有显著的节能效果。
(2)可实现电动机的空载启动，降低启动电流。因而可选用容量较小的电动机及电控设备，减少设备的投资。
(3)可隔离震动。液力耦合器的泵轮和涡轮之间没有机械联系，转矩通过工作液体传递，是柔性连接。当主动轴有周期性的震动(如扭震等)时，不会传到从动轴上，具有良好的隔震效果。能减缓冲击负荷，延长电动机和风机水泵的机械寿命。
(4)过载保护。由于液力耦合器是柔性传动，其泵轮和涡轮之间有转速差，故当从动轴阻力矩突然增加时，转速差增大，甚至当风机或水泵等负载机器制动时，原动机或电动机仍能继续运转而不致被烧毁，风机与水泵也可受到保护。同时装在液力耦合器上的易熔放油塞还能及时地把流道热油自动排空，切断转矩的传递。
(5) 除轴承外无其它磨损部件，故工作可靠，能长期无检修运行，寿命长。
(6)工作平稳，可以和缓地启动、加速、减速和停车。
(7)便于控制。液力耦合器是无级调速，便于实现自动控制，适用于各种伺服系统控制。
(8)能用于大容量风机与水泵的变速调节，目前单台液力耦合器传递的功率已达20mw以上。
3、液偶调速电动给水泵节能改造效果
3.1液力偶合器在调速中的功率损耗
液力耦合器的调速效率等于调速比，所以液力耦合器属低效调速装置。液力耦合器在带动恒转矩负载调速工作时，转速比越小，其调速效率越低，转差功率损耗也越大;但是在带动叶片式风机水泵类平方转矩负载调速工作时，情况就不是这样了。这是因为叶片式风机水泵的轴功率与转速的三次方成正比，这时液力耦合器所传递的功率也迅速减小，转差功率损耗△p也就是一个很小的量了。
当风机与水泵由液力耦合器驱动调速工作时，风机或水泵的输入轴与液力耦合器的从动轴相连接，故风机水泵的转速等于液力耦合器涡轮的转速，即n＝nt ,而其轴功率p等于涡轮轴传递的功率，即p＝pt。根据叶片式风机水泵的比例定律可知，风机水泵的轴功率p与其转速的三次方成正比，即p=kn3t。
通过理论分析，导出了液力耦合器的涡轮传递功率pt、泵轮传递功率pb、以及转差功率损失 的计算公式;证明了液力耦合器的最低转差功率损失。△pmax发生再转速比i＝2/3处。而不是转速越低，△pmax越大。随着转速比的减小，液力耦合器泵轮和涡轮所传递的功率也迅速减小，而转差损失功率△p＝pb－pt，因而当液力耦合器泵轮所传递的功率pb和涡轮所传递的功率pt都变得很小时，转差损失功率△p也是一个很小的量了。
3.2液力耦合器在水泵调速中的节能效果
液力耦合器的冷却水系统和油泵系统等辅助设备以及液力耦合器的机械损失和容积损失也要消耗一定的功率(一般为额定传动功率的3％～4％)，故实际节约的功率比上述计算结果要少一些，约在70kw左右，节电率约为60%。
4、结束语
通过此次的电动给水泵变频改造的成功实施，积累了同类型机组电动给水泵变频节能改造经验，具有借鉴意义。
参考文献
[1]泵与风机的节能技术[M].上海交通大学出版社,穆为明, 2012.
[2]液力偶合器制造技术及使用维护指南[M].机械工业出版社,江树基,2011.
[3]高压大功率变频器技术原理与应用[M].人民邮电出版社, 倚鹏,2007.
论文作者:贺钊
论文发表刊物:《电力设备》2019年第6期
论文发表时间:2019/7/16
标签：耦合器论文; 液力论文; 涡轮论文; 转速论文; 功率论文; 水泵论文; 风机论文; 《电力设备》2019年第6期论文;