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液力偶合器的节能应用与选型

摘要 ：介绍了液力偶合器的应用特点、特性参数，并对节能效益进行了分析；简介了冷却器的选择计算方法。
关键词 ：通风机 液力偶合器 节能
中图分类号 ：TH137.331 文献标识码 ： B
文章编号 ：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 液力偶合器的类型与应用特点

液力偶合器按其应用特性可分为3个基本类型：普通型，限矩型，调速型。

普通型液力偶合器结构相对简单，但腔体有效容积大，传动效率高。其零速力矩可达额定力矩的6～7倍，有时甚至达20倍，因之过载系数大，过载保护性能很差。多用于不需要过载保护与调速的传动系统中，起隔离扭振和缓冲击作用。

限矩型液力偶合器采取了结构措施来限制低传动比时力矩的升高，解决了普通型液力偶合器过载系数过大的特点，可有效地保护动力机（及工作机）不过载，扩大了液力偶合器的应用领域。

调速型液力偶合器是在输入转速不变的情况下，通过改变工作腔充满度（通常以导管调节）来改变输出转速及力矩，即所谓的容积式调节。与普通型、限矩型液力偶合器可自身冷却散热的特点不同，调速型液力偶合器因自身结构原因和其输出转速调节幅度大、传递功率大的特点，必须有工作液体的外循环和冷却系统，使工作液体不断地进出工作腔，以调节工作腔的充满度和散逸热量。

调速型液力偶合器又分为进口调节式，出口调节式，复合调节式。

进口调节式调速型液力偶合器结构紧凑，体积小，质量轻，辅助系统简单。但因外壳与泵轮一起旋转及调速过程中工作液体重心的不停变化，造成了平衡精度下降和振动加大，故不宜高速情况下使用，多用于转速不超过1500r/min 的中小功率场合。此种液力偶合器又因安装调试困难，调速响应慢，故障率高等原因，故其生产与应用日见减少。

出口调节式调速型液力偶合器工作腔进口由定量泵供油，流量不变，出口流量随导管开度的调节而变化，导致工作腔充满度和输出转速的变化。由于调速响应快（十几秒钟），故又称快速调节耦合器。一般认为双支梁结构较为先进，其特点：结构紧凑，质量轻，运动精度高，调速反应快，适用于高转速和要求快速调速的场合，广泛应用于风机等设备上。

复合调节式液力偶合器工作腔的进、出口流量可同时调节，虽然结构较为复杂，但可降低供油泵流量需求和更好地控制工作液体温度。
液力偶合器主要有以下应用特点。
(1) 无级调速：对风机进行工况调速可以节能。加装液力偶合器后，可以方便地通过手动或电动遥控进行速度调节以满足工况的流量需求，从而可大量节约电能。
(2) 空载启动：液力偶合器主、被动轴之间没有机械联结，将流道中的油排空，可以接近空载的形式迅速启动电机，然后逐步增加耦合器的充油量，使风机逐步启动进入工况运行，保证了大功率风机的安全启动，还可降低电机启动时的电能消耗。
(3) 过载保护：耦合器主、被动轴之间属于有滑差的柔性连接，可以阻断负载扭矩突然增加或衰减负载的扭振对电机的冲击，防止闷车或传动部件损坏等事故发生。
(4) 无谐波影响：在与不同等级的高、低电压，中、大容量电机配套使用时，可保证电机始终在额定转速下运行，电机效率高，功率因数高，无谐波污染电网。
(5) 寿命周期长：除轴承外无磨损元件，耦合器能长期无检修安全运行，提高了投资使用效益。
(6) 有转差损耗：液力偶合器是有附加转差的调速装置，不能使负载达到电机额定转速，调速的转差损耗以发热的形式升高油温，必须予以散发或反馈利用。

3 液力偶合器匹配计算与安装维护
3.1 匹配计算
3.1.1 选型
液力偶合器选配以获取电机、工作机间的最佳配套性能为目的。推荐 3 种简化方法。
(1） 查表法
按工作机额定转速和功率查液力偶合器产品样本的有关图线、参数表确定型号、规格。
（2） 计算有效直径法
即按已知条件计算液力偶合器工作腔有效直径 , 计算式可由叶轮力矩方程导出：

经计算可知： 0.9 ＜ 1.655 ＜ 2.6 及 0.9 ＜ 1.613 ＜ 2.6 ，所选液力偶合器型号能满足要求。

3.1.2 冷却器选择计算

液力偶合器在调速过程中存在的转差损失（及其它损失）将转化为热量使工作油温度升高。限矩型和普通型液力偶合器都设计有自冷能力而不必担心，但对于调速型液力偶合器因转差损失（发热）大必须配置冷却系统，使升温的工作油进入冷却器降温后再回到耦合器工作腔，构成冷却循环。

可按下式计算冷却器散热面积：

3.1.3 选择联轴器

液力偶合器安装在电机与工作机之间，其输入、输出端均靠联轴器连接。应结合负荷情况、安装环境合理选择联轴器。

如无特殊要求（特殊要求应专门设计），可按以下条件计算选择标准联轴器：

MG = λM ≤ [M]

式中 MG 为联轴器工作扭矩；M为联轴器的理论扭矩；[M] 为标准联轴器许用扭矩； λ 为工作情况系数。λ与载荷性质有关，一般对中小型通风机λ =1.3～1.5 。重要场合应通过计算或试验求得。

选择λ值时应注意到，联轴器的尺寸和质量增大时，会增加支撑上载荷，引起附加动载荷增大，因此联轴器尺寸安全够用就行，不一定是愈大愈好。在选择联轴器类型时应考虑：耦合器工作过程中转差损失产生的热量会使其中心高、轴向尺寸发生热膨胀变化，安装找正也会存在位置公差，选择联轴器的类型应能够补偿这种尺寸位置的变化量。可选择弹性柱销式联轴器。

3.2 安装与维护
为保证液力偶合器的正常运行并延长使用寿命，应严格把好安装质量关。一般应注意以下几个方面：

（1）以工作机为安装基准，电机、耦合器吊装、定位、粗调后浇灌基础，精调后进行二次浇灌；
（2）精调时以说明书安装技术要求为准绳，以工作机为基准找正耦合器，再以耦合器找正电机；
（3）严格调整找正顺序可提高找正效率，保证找正精度。如果工作机、耦合器、电机之间同轴度找正精度不良，将会造成联轴器的弹性体迅速损坏，并产生振动而损坏轴承，更甚者还会引起机轴的弯曲或断裂；
（4）耦合器的安装轴线应低于电机和工作机轴线。这是为耦合器热态工作时预留的中心高膨胀量，保证耦合器热态工作时能够有较高的同轴度，提高运转效率。

参 考 文 献

[1] 杨乃乔,姜丽英.液力调速与节能[M]. 国防工业出版社,2000.
[2] 施高义,等.联轴器[M]. 机械工业出版社,1988.
[3] 魏宸官,赵家象.液体粘性传动技术[M]. 国防工业出版社,1996.