新型传动装置液粘调速离合器及应用

图1　液粘调速离合器原理图

新型传动装置液粘调速离合器及应用

四平鼓风机厂成套装备公司　郭立平

四平师范学院(四平136000)姜守霞

摘要介绍了液粘调速离合器的工作原理及应用状况,并采用对比方法,指出了这种新型传动装置的优越性,说明该产品是一种理想的节电产品,具有很好的实用价值。

关键词液力偶合器液粘调速离合器节流剪切

1　前言

电能是工业发展的基础,合理地利用和节约电能十分重要。目前,我国节能工作取得了很大的成绩,但能源利用率还很低,工业耗电量大的冶金、电力、石油、化工等部门使用的风机和水泵,其运行效率比国外平均低20%,仅此一项每年多耗电300亿kWh 。因此,低效风机、水泵的更新改造是节能的一项重要措施。

工业上通用的风机、水泵都具有功率大、工况变化大的特点,一般在几百kW 到几千kW ,且大多是全年全日运转,风量和水量的调节大都采用节流式。这些风机、水泵又往往是由结构简单的交流鼠笼式电动机驱动,这类电机自身难以调速,适应不了多变的工况,因此造成电能的大量浪费。

近年来,许多企业先后采用多种型号的调速型液力偶合器,对风机、水泵实行变速无级调节,在节能方面明显优于节流调节,但在额定工况运行时,由于存在2%～5%的滑差,使效率降低。70年代,在国外出现了一种以液体粘性传动为基础的片式滑差离合器(或称奥米伽离合器),即液粘调速离合器,该项技术在国外发展很快,国内相继有几家企业,如吉林四平鼓风机厂成套装备公司等引进并发展了这一先进技术,自行研制生产了这种高效节能产品,赢得了用户,创造了显著的经济效益。

2　产品结构、工作原理及性能

(1)产品结构

液粘调速离合器是由离合器本体(箱体部件)、控制系统、执行系统及冷却润滑系统组成。冷却系统由油滤、齿轮泵、油冷却器组成。控制系统由精滤、齿轮泵、电液比例阀、电子控制器(微机控制仪)组成。

在调速器本体中,动力由输入轴花键传至主动摩擦片,再通过油膜剪切作用将动力传至被动摩擦片,然后经花键传至输出轴(见图1)。调速器传递的扭矩和转速由控制系统和加压活塞对摩擦片施加不同的压力进行调节,冷却润滑系统向摩擦片之间提供具有一定压力和流量的工作油,保证在摩擦片之间形成油膜,并带走由于滑差损失产生的热量,保证调速器持续地

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14・1998年第10期 节　能

工作。根据负载(转速、压力和流量)的要求,由控制器输出0～850mA 的控制电流,通过电液比例阀推动活塞,向摩擦片施加不同的压力,以实现对扭矩和输出转数的无级调节和控制,进而改变水泵流量或风机风量。

(2)工作原理根据流体力学中关于液体粘度的定义及牛顿粘性定律,设想有两块平行放置、

相距很近的平板,板间充满粘稠的液体,如图2所示。若将下板固定,对上板施加一恒定外力F ,使上板作平行于下板的等速运动,则板间液体也随之移动,紧靠上层平板的液体,具有与平板相同的速度,紧靠下层板面的液体静止不动,但在两层平板之间的液体速度分布是从上到下,由大到小渐变的,板间液体可看成许多平行于平板的流体层,层间存在速度差,即各液层间存在着相对运动,运动快的液层对运动慢的有一曳力,运动慢的对运动快的液层有一大小相等、方向相反的阻力,两流体层间的相互作用力称为流体的内摩擦力或粘滞力,内摩擦力的大小体现了流体粘性的大小。

图2　平板间流体速度变化图

实践证明,两流体层间接触面积A 越大,速度梯度du

dy

越大,则内摩擦力F 也越大,于是有:

F ∝A

du

dy

(1)

即:F =μ・A ・

du

dy (2)或:τ=F A =μ

du

dy (3)

式中　μ—流体的动力粘度Pa ・S ;

A —流体层间接触面积m 2

;F —作用力或内摩擦力N ;

τ—单位面积上的剪切力N/m 2。因此,油膜的剪切力与流体的粘性和速度成正比,与油膜厚度成反比。

(3)产品性能

液粘调速离合器是一种兼有流体剪切传动和机械摩擦传动特性的新型传动装置,它安装在电机和工作机之间,可根据负载要求调节转速,应用于变工况的风机、水泵类负载时,可以节约大量电能,与调速型液力偶合器相比,具有在传动比为1:1时无滑差损失的直接传动的优点。

3　应用状况

通过近几年来在冶金、化工、电力等部门多方面的试用证明:液粘调速离合器是新一代的动力传动装置,具有操作方便、调速灵敏、运行平稳、节电效果显著等特点,使用效果良好,已具备了扩大使用的条件。各种行业中的管道输油泵、清水泵、循环水泵、给水泵;高炉、化铁炉、烧结厂、火力发电厂等的风机、鼓风机;化工厂的原料泵、冷却泵和风机均可使用。采用传统的阀门、挡板调节方式对变工况运行的水泵、风机存在着巨大的节流损失,能源浪费严重,如代之以先进的调速运行,可以节约可观的电能。舞阳钢铁公司炼钢厂75t 电弧炉是我国第一台大功率炼钢电炉,与之配套的有两台四孔除尘风机,原采用闸板节流调节,易损坏,故障多,操作不便且耗电量大,1990年,在2#风机上安装了一台YT -04型调速离合器后节电为效果极明显。原2#风机采用闸板节流调节,全年耗电量(按10万t 产量计)为165.9万kWh ,加装离合器后统计年耗电量为68万kWh ,仅2#风机年节电量达97.9万kWh ,还避免了原设计系统存在的“大马拉小车”现象。舞钢动力厂朱兰水泵加压站,担负着舞钢市民的生活饮用水和生产补充水的供应,由于地形坡度大的关系,泵站干线输送水压不能低于0.3MP ,为实现这个要求,传统作法是增减开泵台数和调节出口闸阀的关闭程度,操作麻烦,节电效果差。1990年在7#泵安装YT -02型调速器后,输水干线压力为0.37MPa ,泵出水压力也为0.37MPa ,

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