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液力偶合器的節能應用與選型

摘要 ：介紹了液力偶合器的應用特點、特性參數，并對節能效益進行了分析；簡介了冷卻器的選擇計算方法。
關鍵詞 ：通風機 液力偶合器 節能
中圖分類號 ：TH137.331 文獻標識碼 ： B
文章編號 ：1006-8155（2006)04-0043-04

Energy Saving Application and Selection of Hydraulic Coupling
Abstract: The application characteristics and characteristics parameters of hydraulic coupling is introduced, and energy saving benefits are analyzed. The selecting calculation method of cooler is introduced.
Key words: Fan Hydraulic coupling Energy saving

1 液力偶合器的類型與應用特點

液力偶合器按其應用特性可分為3個基本類型：普通型，限矩型，調速型。

普通型液力偶合器結構相對簡單，但腔體有效容積大，傳動效率高。其零速力矩可達額定力矩的6～7倍，有時甚至達20倍，因之過載系數大，過載保護性能很差。多用于不需要過載保護與調速的傳動系統中，起隔離扭振和緩沖擊作用。

限矩型液力偶合器采取了結構措施來限制低傳動比時力矩的升高，解決了普通型液力偶合器過載系數過大的特點，可有效地保護動力機（及工作機）不過載，擴大了液力偶合器的應用領域。

調速型液力偶合器是在輸入轉速不變的情況下，通過改變工作腔充滿度（通常以導管調節）來改變輸出轉速及力矩，即所謂的容積式調節。與普通型、限矩型液力偶合器可自身冷卻散熱的特點不同，調速型液力偶合器因自身結構原因和其輸出轉速調節幅度大、傳遞功率大的特點，必須有工作液體的外循環和冷卻系統，使工作液體不斷地進出工作腔，以調節工作腔的充滿度和散逸熱量。

調速型液力偶合器又分為進口調節式，出口調節式，復合調節式。

進口調節式調速型液力偶合器結構緊湊，體積小，質量輕，輔助系統簡單。但因外殼與泵輪一起旋轉及調速過程中工作液體重心的不停變化，造成了平衡精度下降和振動加大，故不宜高速情況下使用，多用于轉速不超過1500r/min 的中小功率場合。此種液力偶合器又因安裝調試困難，調速響應慢，故障率高等原因，故其生產與應用日見減少。

出口調節式調速型液力偶合器工作腔進口由定量泵供油，流量不變，出口流量隨導管開度的調節而變化，導致工作腔充滿度和輸出轉速的變化。由于調速響應快（十幾秒鐘），故又稱快速調節耦合器。一般認為雙支梁結構較為先進，其特點：結構緊湊，質量輕，運動精度高，調速反應快，適用于高轉速和要求快速調速的場合，廣泛應用于風機等設備上。

復合調節式液力偶合器工作腔的進、出口流量可同時調節，雖然結構較為復雜，但可降低供油泵流量需求和更好地控制工作液體溫度。
液力偶合器主要有以下應用特點。
(1) 無級調速：對風機進行工況調速可以節能。加裝液力偶合器后，可以方便地通過手動或電動遙控進行速度調節以滿足工況的流量需求，從而可大量節約電能。
(2) 空載啟動：液力偶合器主、被動軸之間沒有機械聯結，將流道中的油排空，可以接近空載的形式迅速啟動電機，然后逐步增加耦合器的充油量，使風機逐步啟動進入工況運行，保證了大功率風機的安全啟動，還可降低電機啟動時的電能消耗。
(3) 過載保護：耦合器主、被動軸之間屬于有滑差的柔性連接，可以阻斷負載扭矩突然增加或衰減負載的扭振對電機的沖擊，防止悶車或傳動部件損壞等事故發生。
(4) 無諧波影響：在與不同等級的高、低電壓，中、大容量電機配套使用時，可保證電機始終在額定轉速下運行，電機效率高，功率因數高，無諧波污染電網。
(5) 壽命周期長：除軸承外無磨損元件，耦合器能長期無檢修安全運行，提高了投資使用效益。
(6) 有轉差損耗：液力偶合器是有附加轉差的調速裝置，不能使負載達到電機額定轉速，調速的轉差損耗以發熱的形式升高油溫，必須予以散發或反饋利用。

3 液力偶合器匹配計算與安裝維護
3.1 匹配計算
3.1.1 選型
液力偶合器選配以獲取電機、工作機間的最佳配套性能為目的。推薦 3 種簡化方法。
(1） 查表法
按工作機額定轉速和功率查液力偶合器產品樣本的有關圖線、參數表確定型號、規格。
（2） 計算有效直徑法
即按已知條件計算液力偶合器工作腔有效直徑 , 計算式可由葉輪力矩方程導出：

經計算可知： 0.9 ＜ 1.655 ＜ 2.6 及 0.9 ＜ 1.613 ＜ 2.6 ，所選液力偶合器型號能滿足要求。

3.1.2 冷卻器選擇計算

液力偶合器在調速過程中存在的轉差損失（及其它損失）將轉化為熱量使工作油溫度升高。限矩型和普通型液力偶合器都設計有自冷能力而不必擔心，但對于調速型液力偶合器因轉差損失（發熱）大必須配置冷卻系統，使升溫的工作油進入冷卻器降溫后再回到耦合器工作腔，構成冷卻循環。

可按下式計算冷卻器散熱面積：

3.1.3 選擇聯軸器

液力偶合器安裝在電機與工作機之間，其輸入、輸出端均靠聯軸器連接。應結合負荷情況、安裝環境合理選擇聯軸器。

如無特殊要求（特殊要求應專門設計），可按以下條件計算選擇標準聯軸器：

MG = λM ≤ [M]

式中 MG 為聯軸器工作扭矩；M為聯軸器的理論扭矩；[M] 為標準聯軸器許用扭矩； λ 為工作情況系數。λ與載荷性質有關，一般對中小型通風機λ =1.3～1.5 。重要場合應通過計算或試驗求得。

選擇λ值時應注意到，聯軸器的尺寸和質量增大時，會增加支撐上載荷，引起附加動載荷增大，因此聯軸器尺寸安全夠用就行，不一定是愈大愈好。在選擇聯軸器類型時應考慮：耦合器工作過程中轉差損失產生的熱量會使其中心高、軸向尺寸發生熱膨脹變化，安裝找正也會存在位置公差，選擇聯軸器的類型應能夠補償這種尺寸位置的變化量。可選擇彈性柱銷式聯軸器。

3.2 安裝與維護
為保證液力偶合器的正常運行并延長使用壽命，應嚴格把好安裝質量關。一般應注意以下幾個方面：

（1）以工作機為安裝基準，電機、耦合器吊裝、定位、粗調后澆灌基礎，精調后進行二次澆灌；
（2）精調時以說明書安裝技術要求為準繩，以工作機為基準找正耦合器，再以耦合器找正電機；
（3）嚴格調整找正順序可提高找正效率，保證找正精度。如果工作機、耦合器、電機之間同軸度找正精度不良，將會造成聯軸器的彈性體迅速損壞，并產生振動而損壞軸承，更甚者還會引起機軸的彎曲或斷裂；
（4）耦合器的安裝軸線應低于電機和工作機軸線。這是為耦合器熱態工作時預留的中心高膨脹量，保證耦合器熱態工作時能夠有較高的同軸度，提高運轉效率。

參 考 文 獻

[1] 楊乃喬,姜麗英.液力調速與節能[M]. 國防工業出版社,2000.
[2] 施高義,等.聯軸器[M]. 機械工業出版社,1988.
[3] 魏宸官,趙家象.液體粘性傳動技術[M]. 國防工業出版社,1996.