液力偶合器传动装置的结构特点与应用

液力调速技术是国内外交流电机恒速传动系统大力推广应用的调速手段之-：是原国家八部委联合推荐的节能技术之-：是提高电机启动性能、对电机施行过载保护、减缓冲击、减小电能损耗、改善传动品质的有效方法 ，在煤炭、电力、石油、化工、轻工、纺织等多个领域广泛应用 .并且取得了显著的技术经济效益。

节约能源在我国乃至全世界都是首要完成的目标之-.液力偶合器在解决此方面问题上起到至关重要的作用 。尤其是在大功率、高转速、高电压诚占绝对优势。随着工业技术的不断进步.由生产常规的调速型液力偶合器转向生产液力偶合器传动装置.以满足高速大功率、低速重在风机、泵类及其他各类机械的传动和变速需要 .使调速设备系统的配置更加趋于合理化和现代化1 调速型液力偶合器传动装置的特性调速型液力偶合器只能应用在工作机与电机转速相接近的诚。若两者有较大差异时，则必须在液力偶合器前、后加装增、减速箱，来调节转速上的差异。例如：大功率异步电机的同步转速多为1500r/min。而功率相同的火力发电厂锅炉给水泵转速通常在5000～8000r/min.少数能达 lO000dmin以上。因此须由齿轮传动的增、减速比收稿日期：2013-06-04作者简介：郭世宝(1984-)，男，辽宁大连人，工程师，学士，从事液力元件设计工作。

来调节。若在液力偶合器前、后另外增设由增、减速箱组成的传动系统，会使设备增多 。占地面积大，技术经济指标低下。如果按传动系统的需要 .将调速型液力偶合器与齿轮传动结合-起 .安装在同-箱体里，就解决了上述缺点 由调速型液力偶合器与齿轮传动结合为- 体的装置，称为液力偶合器传动装置。

1.1 液力偶合器传动装置在使用中具有良好的节能效益液力偶合器传动装置是调速型液力偶合器与增速或降速齿轮箱的有机结合 .是安装在原动机与工作机之间的-种柔性传动元件 .广泛应用于交流电机的传动系统 此种产品能够对工作机转速进行无级变速和定比增减速.特别是在对离心负载进行频繁变速调节时.具有显著的节能效果。我国GDP实现连年增长，但为此消耗的标准煤、钢材和水泥。却分别占了世界消耗量的 15%、30%、54%左右。按国际上通常用的每亿美元国民生产总值能耗来衡量能源的使用情况来看.日本为3.74万吨，美国为 9.8万吨，中国为 21.11万吨。从以往我国能源的利用情况看.我国的工业用电占全国耗电量的67%。国内外发展的经验告诉我们.依靠消耗大量财富和能源来换取发展是不可持续的.也无法解决能源供需矛盾这-难题。只有靠技术进步，节约能源，建设资源节约型社会才是唯-的发展道路≮能的技术多种多样.其中先进传动节能和调速节能简单易行，效益显著.应当大力推广依据液力偶合器传动装置的特点.在大惯量难启动机械上应用.能够改变大马拉小车”的落后传动方59液 压气 动 与密 封，20l3年 第 08期式 ≮能显著。我国是-个机械大国，数以万计的大惯量难启动机械年复-年地沿用落后的传动方式 .能源浪费惊人。如果这些大惯量、难启动的机械设备使用调速型液力偶合器传动装置≮约的能源相当可观。

1.2 液力偶合器传动装置的结构液力偶合器传动装置按齿轮所在位置的不同可分为：前置齿轮式(在液力偶合器泵轮轴之前配置齿轮传动)、后置齿轮式(在液力偶合器涡轮轴之后配置齿轮转动)和复合齿轮式(在液力偶合器的前、后均配置有齿轮传动)三种。

液力偶合器传动装置的构成 .-方面要使液力偶合器在叶轮材质强度允许条件下旧能提高转速，以发挥出较高的传递功率能力：同时要考虑电机条件(1500r/min。或 3000r/min)与工作机对转速的要求。故按转速状况又分为五种类型，即前置齿轮增速型、后置齿轮增速型、后置齿轮减速型、复合齿轮增速型和前增后减复合型1)前置齿轮式液力偶合器传动装置典型的前置齿轮式液力偶合器传动装置结构如图1所示 ，由输人轴、主动齿轮、从动轴、从动齿轮、泵轮、涡轮、外壳、输出轴等件组成。主、从动齿轮把动力机的转速按-定的速比传递给偶合器泵轮 前置齿轮增速型液力偶合器传动装置主要用于火电厂锅炉给水泵 、冶金高炉鼓风机、转炉除尘风机。硫化风机、石化离心压缩机等设备的调速运行 由于液力偶合器在确定的循环圆直径情况下，输入转速越高，传递功率越大。液力偶合器传动装置的输出转速对传递功率值无直接影响.主要是协调对工作机转速的匹配。因此在各类液力偶合器传动装置中，前置齿轮增速型具有重要位置。

4 S 6 7 R1-输入轴 2-主动齿轮 3-从动齿轮4-从动轴 5-泵轮 6-涡轮 7-外壳 8-输出轴图 1 前置齿轮增速型液力偶合器传动装置大连液力机械有限公司生产的YOCQZ450液力偶合器传动装置输入 2980r/min。输出 6130r/min.功率4800kW，用于钢厂高炉鼓风机，高速运转平稳、调速灵敏并节能.获得良好的技术经济效益。

2)后置齿轮式液力偶合器传动装置典型的后置齿轮式液力偶合器传动装置结构如图2所示 ，由输入轴、外壳、泵轮、涡轮、背壳、从动轴、主动齿轮、从动齿轮、输出轴等件组成。主、从动齿轮把涡轮的转速按-定的速比传递给输出轴 后置齿轮减速型液力偶合器传动装置适合于矿山带式输送机、浆体输送柱塞泵、渣浆泵、煤气风机、电力与冶金离心式送、引风机等设备配套使用。后置齿轮增速型发展较少.原因是齿轮的作用只是提高了输出转速.液力偶合器在较低转速(如 1500r/min)下运行传递功率小 .若想提高功率，必增大循环圆直径 ，增大了尺寸，如此就不如选用前置齿轮增速型/I l l lJ1il I l l ll I- l 2 j 4 6 ，1-.A.g[1lt 2-外壳 3-泵轮 4-涡轮 5-背壳6-从动轴 7-主动齿轮 8-输出轴 9-从动齿轮图 2 后置齿轮减速型液力偶合器传动装置国产第-台后置齿轮减速型液力偶合器传动装置为大连液力机械有限公司(原大连液力机械总厂)研制的YOCHJ650型.1989年用于江西德兴铜矿尾矿渣浆泵系统上。输入转速 1500r/min，输出转速 750r/min。传递功率 730kW3)复合齿轮式液力偶合器传动装置复合齿轮式液力偶合器传动装置有复合齿轮增速型(如图3所示)和前增后减复合型两类 ，前者适合大功率特高转速的设备.后者适合大功率较低转速的设备。两者区别在于输出侧齿轮对的传动比不同。

图 3 复合齿轮增速型液力偶合器传动装置Hydraulics Pneumatics& Seals，NO.08.2013我国生产的第-台复合齿轮式液力偶合器传动装置为大连液力机械有限公司研制的 YOCFZ650型。输入转速 1500dmin.经第-级传动齿轮将泵轮转速升到3000dmin.再经第二级传动齿轮将输出轴转速升到12000r/min，传递功率范围：3200～6600kW，型号为 ：YOCFZ65OWZB/l5Oo/3000/12000。目前用于化工厂压缩机。

1.3 液力偶合器传动装置在使用中的优点(1)在工作机重载荷情况下，仍可以使电动机无负荷空载启动：(2)使工作机无冲击平稳加速；(3)使整个机组启动加速时间缩短；(4)调速过程精确且平稳；(5)液力调速无磨损，使用寿命长，可靠性高；(6)具有主传动齿轮增减速能力。代替了直联系统的齿轮箱：(7)在大功率、高转速的环境中，性价比很高；(8)可作为整个机组的润滑油站，向电机、工作机提供润滑油：(9)投资成本低于其他调速装置。

2 调速型液力偶合器传动装置的轴承偶合器传动装置上常用的轴承有径向轴承和止推轴承两种。径向轴承的作用是承受转子重量和其他附加径向力。保持转子转动中心与箱体中心-致，并在-定的转速下正常运行 止推轴承的作用是承受转子的轴向力 .限制转子的轴向窜动 .保持转子在箱体中的轴向位置-定- 般功率转速情况下的偶合器传动装置采用的是圆瓦轴承.大功率高转速的传动装置也会用到可倾瓦轴 承 。大 连 液 力 机 械 有 限 公 司 的 最 新 产 品 ：YOCFz650WZB/1500/3000/12000复合增速式传动装置的输出轴(额定转速：12000r/min)就采用了两套可倾瓦轴承支撑(如图4所示)∩倾瓦轴承的优点是每-块瓦均能 自由摆动。在任何情况下都能形成最佳油楔。高/ - 。

～图4 可倾瓦径向轴承速稳定性好。不易发生油膜振荡。该轴承的瓦块采用五块瓦，沿轴颈的周围均匀分布.各 自可以绕 自身的-个支点摆动。瓦块与轴颈之间有正常的轴承间隙量。-般蠕隙值为直径的 1.5% 2%。

3 调速型液力偶合器传动装置的实际应用以液力偶合器传动装置在钢铁行业上的应用为例.钢厂高炉用的鼓风机大多都是以交流电机作为原动机。电机通过增速箱与风机配套后.风机转速固定不变。在高炉生产过程中。当对鼓风参数要求变化时，传统的鼓风机调节方法是通过操作节流阀门或排空阀门的节流、排流调节方法来完成。这些传统的调节方法存在-定的缺点(1)节流调节是通过关小风机出口处节流阀来实现减少风量和风压的.在阀门上产生风压降.所以浪费- 定的能量(2)传统方法是基于风机特性基本不变。在调节中改变管网的特性，这样风机出力将受限制。

为克服传统调节的弊病 .1992年.通化钢铁公司对1号(350m2)高炉鼓风系统进行了改造.用大连液力机械有限公司生产的 YOCQZ450/3000/6000液力偶合器传动装置替代原增速装置。液力偶合器传动装置通过机油将电机的动力传递给风机.通过改变偶合器工作腔内的充油量来改变风机的转速 .用变转速调节来实现对高炉鼓风参数的调节。其原理是通过改变风机转速。使风机的特性变化。而管网阻力特性基本不变。实践证明该传动装置完全满足生产需求.并具有显著的节能效果具体运行情况如下 ：1)鼓风系统设备参数电机 型 号：YK3200-2 额定功率：3200kW额定转速：2987r/min 额定电压：6000V额定电流 ：360A风机 型 号：D1000-32 轴功率：2500kW主轴转速：5976r/min 进口流量：1000m3/min出口压力：274.4kPa 进口压力：94.8kPa液力偶合器 型 号 ：YOCQZ45O13OOO/6OOO功率范围：480OkW输入转速：3000r/min输出转速：6000r/min2)电机空载启动调速传动装置.使勺管开度为 0%。即在工作腔掏61液压 气动 与 密封，2013年 第 O8期空”状态下启动电机.观察电流表.约为 7s时间电机转速达到额定转速.电流表也从满量程回到了 100A，同时风机缓慢启动.2min后，风机稳定运行在 21 14r/min。

3)变速运行在电机、传动装置、风机运转平稳后 ，改变勺管位置在 10% 100%0取运行参数(见表 1)传动装置勺管调节灵活。转速平稳 。调速范围达到 1～1，5以上。试验状态均是在风机进风全开.放风风门开度为 30%的情况下进行的YOCQz450/3000/6000液力偶合器传动装置工业运行测试参数如表 1所示根据当时风机系统工艺运行记录的统计数据显示.由于高炉工况改变.要求风机降速调节时的平均月节电量为 35.8万度.年节电量430万度.按当时电价计算≮电价值为 86万元。

4 调速型液力偶合器传动装置在运行时对油冷却器的选用偶合器传动装置在运转中.存在滑差损失、鼓风损失和轴承损失等.这些损失均转化成热量.使工作油温度升高.这就影响到了系统的效率和节能使用。所以每个机组中调速型液力偶合器都必须配套冷却器。

冷却器应安装在偶合器附近的地基上.要使偶合器在非工作状态下.冷却器中的油不会倒灌到偶合器中去。通常按下列几种情况选配冷却器：①根据现痴间大孝结构分布、环境条件等选配不同结构形式的冷却器；②根据循环水的质量状况选配，水质好的，选配传热系数高，结构紧凑 ，操作灵活性大，金属消耗量低，检修、清洗方便的板式冷却器。水质状况恶劣的。选配结构坚固，使用弹性大，适应性强的列管式冷却器；③按价格比选配：④偶合器所配的冷却器，压力损失不得大于0.15MPa624.1 冷却器面积的计算1)调速型液力偶合器最大发热功率Ph ( 。 ·V )CMsMr对于离心式工作机：有 MBMTk·VT ·i·VB， 1 Phs(Jj·i·VB-k·i·VB)C( -i)·P。在 i2/30.666时Ph～ 0.148P就是说理想的最大滑差损失功率为电机的额定功率的 14.8%。然而，这只是对泵的某-流量状态而言，如果当泵转到压力上升.流量下降的工况.而外载荷-般都是机械离心式负载.往往不会落在同-工作点 ，因而在实际设计计算中，为保证偶合器在任意运转工况下，能散掉全部热量。应大于这个数值。在调速型液力偶合器的各项损失中.以滑差损失值为最大。其他还有轴承损失、勺管损失和鼓风损失等，根据多年的实际经验和国外偶合器公司的经验.取- 0.236Pe式中 --偶合器泵轮转速；- - 偶合器涡轮转速；- - 偶合器泵轮轴扭矩；- - 偶合器涡轮轴扭矩；- - 泵轮轴、涡轮轴转速比；Il--常量 ：- - 电机额定功率；-- - 最大发热功率；Ph --滑差损失功率；Ph --最大滑差功率；C--常量表 1 工业运行测试参数表2144 33.7 100 6000 239 0.072479 39.5 120 6000 362 0.072490 40.0 140 6000 495 0.073575 57.0 170 6000 707 0.07469l 74.7 200 6000 935 0.075300 84.4 220 6000 1166 0.075470 87.1 240 6000 1421 0.07(下转第 69页)H 孙 拍 嬲 ； 鹪 ∞ 虬叮0 0 O 0 星i黜l 2 2 2 咖 咖6 6 6 6 ∞ ∞ ∞ ∞2 2 3 3 l 5 4 4 呱∞ ∞ 如 ；8；盯 ∞7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 啷盯 盯 盯 盯 盯 盯 盯 盯 盯 盯四 约 四 四0 ∞ ∞ ∞ ∞ 踮 ∞Hydraulics Pneumatics＆ Seals/No.08.2013均被堵塞。具体分析过程如下：两个主油缸的球阀均被关闭或节流凶均被堵塞时。产生换向冲击振动的分析过程同上，无须重复。但之所以还会出现泵送过程停止的现象.主要是因为：对于图 2a所示的连通方式 .若两个主油缸缸盖侧处缸筒上的节流凶均被堵死 .则不管是 A缸回缩行程接近终点.还是 B缸回缩行程接近终点，连通腔不仅不能通过主油缸缸盖侧缓冲油管得到油液补充.并