液力偶合器在电厂引风机上的应用

      引风机输送介质为含尘且温度较高的烟气。引风机选型因数除考虑风机体积、重量、效率和调节性能外，还要求耐磨、对灰尘的适应性好，以保证在规定的检修周期内安全运行。目前燃煤电厂应用的引风机类型有 3 大类: 静叶可调轴流风机、动叶可调轴流风机和离心式风机。

  

       1、 风机选型中主要考虑的几个要素

       1.1 风机的耐磨性

在外界烟气条件相同的情况下，风机叶轮的磨损与转速的平方成正比。在相同条件下，动叶轴流风机的转速最高，一般比静叶调节轴流风机和离心风机的转速高一级，因而其耐磨性最差。离心风机转速低，叶片为板式，且表面可做防磨处理，耐磨性好。

       在国内早期粉尘浓度较高的烟气系统中，离心风机的压力系数较大，达到相同压头需要的叶轮圆周速度较小，相应的转速可以较低，防磨性能较好; 轴流风机压力系数较小，相同压力下的转速较高，则其在相同条件下防磨性能更差。调节轴流风机的动叶片可以在同一轮毂上通过简单的方法更换几次，叶轮组的使用寿命也很长。另外，由于静叶调节轴流风机的所有部件中，最容易磨损的是后导叶。而后导叶又可设计成可拆卸式的，用螺栓连接在扩散器上，如果发现磨损，即使在运行中也可以抽出来检查或更换，所以其比较适合使用在条件恶劣的锅炉引风机上。

    1.2 风机的调节性能及高效范围

     对不同类型风机的性能作比较，结合 3 种风机的等效率曲线进行分析。离心风机等效率曲线近似于椭圆，其短轴几乎与阻力特性曲线平行，在向低负荷调节时效率只能降低而且下降较快。动叶调节轴流风机叶片可通过液压系统改变角度，从而改变风机的特性曲线，能够在一定负荷变化范围内保持较高的风机效率，等效率曲线近似椭圆形的长轴几乎与阻力特性曲线平行，向低负荷调节时效率缓慢下降。而静叶调节轴流风机叶片固定在轮毂上不能改变角度，可以通过调整叶轮前静导叶角度改变风机性能曲线，等效率曲线近似椭圆形的长轴与阻力特性曲线呈一个角度，在向低负荷调节时，效率下降比动叶调节轴流风机快，结构相对简单。

       锅炉引风机设计参数的 TB 点相对 BMCR 点的余量比较大，引风机的选型是按照 TB 点设计，而实际工作是长期运行在TMCR 到 BMCR 点之间附近。

动叶可调轴流风机基本上处于等效率曲线上，意味着在调节过程中其效率变化很小，故调节时高效范围宽。在选型时，它有可能使锅炉设计点，即TB 点与 BMCR 点同时落在风机的高效区域内。而离心风机的特性决定了在恒转速条件下最大工况点未最高效率点，实际工况点效率偏低，按照锅炉 BMCR 点设计参数的话，风机效率一般不超过 70% 。从节能的角度考虑，可增加调速装置。基于变频调速的成本远高于液力调速，所以我们可以采用夜里耦合器进行改善离心风机的调节性能，这样在各种工况下，离心风机都可以处于高效区运行。从风机的调节效率方面考虑，双动叶可调轴流风机效率最高，其次静叶调节轴流风机，离心风机最差。

     1. 3 使用维护及其可靠性

离心风机结构简单，运动部件少，对烟气含尘量的适应性比较好，易于维护，可靠性高。对于离心风机的轴承座位于风机外侧，方便检修。随着近几年轴流风机的研究和改进，目前轴流风机可靠性也很高。在检修方面，动叶可调轴流风机检修量比其他两者要大，检修工艺也比后两者高。

     2.  液力偶合器在离心风机中的应用

     2. 1 液力偶合器的工作原理

液力耦合器又称液力联轴器，是以液体为工作介

质，利用液体的动能的变化来传递能量的叶片式传动

机构，具有空载启动电机，平稳无级变速等特点。用于引风机的转速调节、可优化锅炉引风调节系统。调速型液力耦合器主要是由泵轮、涡轮、勺管室等组成，当主动轴带动泵轮旋转时，在泵轮内叶片及腔的共同作用下，工作油将获得能量并在惯性离心力的作用下被送到泵轮的外圆周侧，形成高速的油流，泵轮外圆周侧的高速油流又以径向相对速度与泵轮出口的圆周速度组成合速度，冲入涡轮的进口径向流道，并沿着涡轮的径向流道通过油流动量矩的变化而推动涡轮旋转，油流至涡轮出口处又以其径向相对速度与涡轮出口处的圆周速度组成合速度，流入泵轮的径向流道，并在泵轮中重新获得能量。如此周而复始的重复，形成工作油在泵轮和涡轮中的循环流动圆，在这个过程中，泵轮驱动工作油循环时就把原动机的机械能转化为工作油的动能和压力势能，而工作油在进入涡轮后其所携带的机械能在推动涡轮旋转时对涡轮做功，又转化为输出轴的机械能，传递给风机，从而实现了电动机轴功率的柔性传递。

    2. 2 液力耦合器的运行经济性分析

    2. 2. 1 耦合器的滑差率 S

耦合器在实际运转中，其泵轮转速 ( 以 n 表

示) 一定要稍大于涡轮的转速( 以 n1 表示) ，只有这样，在循环圆中泵轮出口油压才能高于涡轮入口

油压，从而完成扭矩的传递。泵轮和涡轮的转速差

与泵轮转速之比称为液力耦合器的滑差，用 S 表示，即有:

                      S = ( n – n1 ) /n = 1 – n1 /        （1）

从 ( 1) 式中可以看出 n1 / n 恰为两轮的传动比，用 i 表示． 在耦合器的名牌上，引用的额定滑差率的概念即为耦合器传递额定负荷时的滑差乘以百分之百，用 S% 表示。

     2. 2. 2 耦合器的传动效率 η

液力耦合器在工作过程中的能量损失主要是液体在工作腔内流动的流动损失和进入工作轮入口处的冲击损失，工作轮与空气摩擦损失以及轴承、密封、齿轮付等的机械损失，所以，液力耦合器的输出功率 N2 总是小于输入功率 N1，二者的比值就是液力耦合器的传动效率 η，即:

                     η = N2 /N1 = η1 × η2 × η3 ( 2)

式中: η1、η2、η3 分别为容积效率、机械效率、液力效率。从泵轮中流出的工作液体，绝大部分进入涡轮，并有很少一部分通过工作轮之间的轴向间隙直接流向泵轮入口，另有很少一部分由涡轮与转动外壳之间的径向间隙流出，而未能流入涡轮，这就引起了容积损失，但这一量通常很小。若忽略这一流量损失，则 η1 = 1. 0

      机械效率 η2 为工作轮输出扭矩与输入扭矩之比：

ηB = MBY /MB

ηW = MW /MYW

式中: η2—泵轮的机械效率

MBY—泵轮对液体的作用扭矩

MB—原动机对泵轮的输入扭矩

ηW—涡轮的机械效率

MW—涡轮的输出扭矩

MYW—液体对涡轮的输入扭矩

影响耦合器的液力效率 η 是考虑各种液力损失，包括液体流动时的内摩擦损失，液体与工作轮表面之间的摩擦损失，液体进入工作轮入口处产生的冲击损失等，于是:

       η = N2 /N1 = ( MW × n1 ) / ( MB × n)= ( MYW × ηW × η1 ) / ( ( MBY ×n) /ηB )

对照 ( 2) 、( 3) 式可见: η1 = MYW /MBY

η2 = ηW × ηB

η3 = n1 /n

若取 η1≈1. 0，η2≈1. 0 可得η = n1 /n = i

在 n1 /n 为 1 时，效率 η = 0，这是因为耦合器在高转动之比时，泵轮，涡轮转速非常接近，工作

腔内液体的循环流动明显减弱，传动的有效扭矩极小，而摩擦损失所占比重相对增加，所以效率值明

显低于传动比。在 n1 /n 之比为 0. 97 ～ 0. 99 左右， η 达最大值以后，不再随涡轮转速 n1 增加而增加，

而是很快地下降为零。这说明 η = n1 /n 的关系此时已不适用了，也说明了液力耦合器的效率永远不可

能达到 1。

叶片式风机采用液力调速耦合器调节流量时，在转速比很小的情况下，尽管液力耦合器的调节效率很低，但由于其传递的总功率也很小，即此时风机所需的轴功率较挡板节流调节时的轴功率小得

多，故其转差损失功率比节流损失功率也小得多。 

2. 3 液力耦合器的优点

        调速型液力耦合器用于离心式通风机的变速调节具有以下优点:

( 1) 无级调速: 在液力耦合器输入转速不变的情况下，可以输出连续的、无级的、变化的转速;

( 2) 工作平稳: 可以平衡地启动、加速、减速和停止;

( 3) 空载启动: 电动机能空载或轻载启动，

故可选用最经济的电动机及电控设备，降低启动电

流、节约电能;

( 4) 隔离振动: 液力耦合器的泵轮与涡轮之间没有机械联系，转矩通过工作液体传递，是柔性传递，当主动轴有周期性振动时，不会传到从动轴

上，具有良好的隔振效果，能减缓冲击负荷，延长电机和风机的机械寿命;

( 5) 过载保护: 由于液力耦合器是柔性传动，其泵轮与涡轮之间有转速差，故当从动轴阻力矩增大时，转差就增大，甚至制动，而原动机仍继续运转，却不至于烧毁电机，同时风机也受到了保护;

( 6) 无机械磨损: 因泵轮与涡轮间无直接的机

械接触，故工作可靠，能长期无检修运行，寿命长;

( 7) 便于控制: 液力耦合器是无级变速，故便于实现自动控制，适用于各伺服系统控制;

( 8) 节能: 与挡板调节相比较，节能效果显著

     

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