風(fēng)機(jī)水泵變頻調(diào)速和液力耦合器調(diào)速節(jié)能比較.doc

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1、變頻調(diào)速及液力耦合器節(jié)能比較1　引言　　交流異步籠型電動(dòng)機(jī)以其優(yōu)異的性能和環(huán)境適應(yīng)能力而獲得了廣泛的應(yīng)用，但是其調(diào)速技術(shù)卻一直困擾著工程界。在變頻技術(shù)發(fā)明以前，人們只能采用電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速，而電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速又不適合大功率電機(jī);繼而又發(fā)明了液力耦合器，解決了大功率電動(dòng)機(jī)的調(diào)速問題，并獲得了廣泛的應(yīng)用。但是，它們都屬于低效調(diào)速方式，其調(diào)速效率等于調(diào)速比。即便如此，當(dāng)其用在風(fēng)機(jī)水泵的調(diào)速時(shí)，與采用擋板和閥門的節(jié)流調(diào)節(jié)相比，也具有顯著的節(jié)能效果?！　≡谝呀?jīng)采用液力耦合器調(diào)速的場(chǎng)合，進(jìn)行變頻調(diào)速節(jié)能改造時(shí)，一定要認(rèn)識(shí)到這一點(diǎn)，對(duì)其節(jié)能潛力有一個(gè)正確的估計(jì)，以免達(dá)不到預(yù)期的效果。不要以節(jié)能效果作

2、為評(píng)價(jià)其經(jīng)濟(jì)性的唯一指標(biāo)，而要與進(jìn)行變頻調(diào)速節(jié)能改造后帶來(lái)的其它好處一起綜合評(píng)價(jià)其經(jīng)濟(jì)效益，比如改善啟動(dòng)性能、提高調(diào)速精度、滿足工藝控制要求、提高產(chǎn)品質(zhì)量、增加生產(chǎn)效率、延長(zhǎng)設(shè)備壽命、減少維修費(fèi)用和降低噪聲水平……等等。2　液力耦合器的工作原理和主要特性參數(shù)2.1　液力耦合器的工作原理　　液力耦合器是一種以液體(多數(shù)為油)為工作介質(zhì)、利用液體動(dòng)能傳遞能量的一種葉片式傳動(dòng)機(jī)械。按應(yīng)用場(chǎng)合不同可分為普通型(標(biāo)準(zhǔn)型或離合型)、限矩型(安全型)、牽引型和調(diào)速型四類。用于風(fēng)機(jī)水泵調(diào)速節(jié)能的為調(diào)速型，這里討論的僅限于調(diào)速型?！　≌{(diào)速型液力耦合器主要由泵輪、渦輪、旋轉(zhuǎn)外套和勺管組成，泵輪和渦輪均為具有徑

3、向葉輪的工作輪，泵輪與主動(dòng)軸固定連接，渦輪與從動(dòng)軸固定連接;主動(dòng)軸與電動(dòng)機(jī)連接，而從動(dòng)軸則與風(fēng)機(jī)或水泵連接。泵輪與渦輪之間無(wú)固體的部件聯(lián)系，為相對(duì)布置，兩者的端面之間保持一定的間隙。由泵輪的內(nèi)腔p和渦輪的內(nèi)腔t共同形成的圓環(huán)狀的空腔稱為工作腔。若在工作腔內(nèi)充以油等工作介質(zhì)，則當(dāng)主動(dòng)軸帶著泵輪高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，泵輪上的葉片將驅(qū)動(dòng)工作油高速旋轉(zhuǎn)，對(duì)工作油做功，使油獲得能量(旋轉(zhuǎn)動(dòng)能)。同時(shí)高速旋轉(zhuǎn)的工作油在慣性離心力的作用下，被甩向泵輪的外圓周側(cè)，并流入渦輪的徑向進(jìn)口流道，其高速旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)動(dòng)能將推動(dòng)渦輪作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，對(duì)渦輪做功，將工作油的旋轉(zhuǎn)動(dòng)能轉(zhuǎn)化為渦輪的旋轉(zhuǎn)動(dòng)能。工作油對(duì)渦輪做功后，能量減少，流出

4、渦輪后再流入泵輪的徑向進(jìn)口流道，在泵輪中重新獲得能量。如此周而復(fù)始的重復(fù)，形成了工作油在泵輪和渦輪中的循環(huán)流動(dòng)。在這個(gè)過程中，泵輪驅(qū)動(dòng)工作油旋轉(zhuǎn)時(shí)就把原動(dòng)機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為工作油的動(dòng)能和壓力勢(shì)能，這個(gè)原理與葉片式泵的葉輪相同，故稱此輪為泵輪;而工作油在進(jìn)入渦輪后由其所攜帶的動(dòng)能和壓力勢(shì)能在推動(dòng)渦輪旋轉(zhuǎn)時(shí)對(duì)渦輪做功，又轉(zhuǎn)化為渦輪輸出軸上的機(jī)械能，這個(gè)原理與水輪機(jī)葉輪的作用相同，故稱此輪為渦輪。渦輪的輸出軸又與風(fēng)機(jī)或水泵相聯(lián)接，因此輸出軸又把機(jī)械能傳給風(fēng)機(jī)或水泵，驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)水泵旋轉(zhuǎn)。這樣就實(shí)現(xiàn)了電動(dòng)機(jī)軸功率的柔性傳遞?！　≈灰淖児ぷ髑粌?nèi)工作油的充滿度，亦即改變循環(huán)圓內(nèi)的循環(huán)油量，就可以改變液力耦

5、合器所傳遞的轉(zhuǎn)矩和輸出軸的轉(zhuǎn)速，從而實(shí)現(xiàn)了電動(dòng)機(jī)在定速旋轉(zhuǎn)的情況下對(duì)風(fēng)機(jī)或水泵的無(wú)級(jí)變速。工作油油量的變化是通過一根可移動(dòng)的勺管(導(dǎo)流管)位置的改變而實(shí)現(xiàn)的:勺管可以把其管口以下的循環(huán)油抽走，當(dāng)勺管往上推移時(shí)，在旋轉(zhuǎn)外套中的油將被抽吸，使工作腔內(nèi)的工作油量減少，渦輪減速，從而使風(fēng)機(jī)或水泵減速;反之，當(dāng)勺管往下推移時(shí)，風(fēng)機(jī)或水泵將升速。2.2　液力耦合器的主要特性參數(shù)　　表示液力耦合器性能的特性參數(shù)主要有轉(zhuǎn)矩m、轉(zhuǎn)速比i、轉(zhuǎn)差率s、轉(zhuǎn)矩系數(shù)λ、和調(diào)速效率ηv等。(1)轉(zhuǎn)矩m　　當(dāng)忽略液力耦合器的軸承及鼓風(fēng)損失時(shí)，其輸入轉(zhuǎn)矩m1等于傳遞給泵輪的轉(zhuǎn)矩mb，即m1＝mb。其輸出轉(zhuǎn)矩m2與渦輪的阻力

6、矩大小相等，方向相反，即m2＝－mt。若忽略工作液體的容積損失等，則由動(dòng)量矩定律及作用力與反作用力定律可以證明mb＝－mt，因此有m1＝m2。著就是說，液力耦合器不能改變其所傳遞的力矩，其輸出力矩m2等于其輸入力矩m1。(2)轉(zhuǎn)速比i　　液力耦合器運(yùn)行時(shí)其渦輪轉(zhuǎn)速nt與泵輪轉(zhuǎn)速nb之比，稱為液力耦合器的轉(zhuǎn)速比i，即:i＝nt/nb　　液力耦合器在正常工作時(shí)，其轉(zhuǎn)速比i必然小于1。因?yàn)槿鬷＝1，就意味著泵輪與渦輪之間不存在轉(zhuǎn)速差，兩者同步轉(zhuǎn)動(dòng)，而當(dāng)泵輪與渦輪同步轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，工作油的旋轉(zhuǎn)動(dòng)能是不能對(duì)渦輪作功的，也就不能傳遞功率?！　∫毫︸詈掀髟谠O(shè)計(jì)工況點(diǎn)的轉(zhuǎn)速比in是表示液力耦合器性能的一個(gè)重要指

7、標(biāo)，in表示渦輪轉(zhuǎn)速為最大值時(shí)的轉(zhuǎn)速比，通常in＝0.97～0.98。從液力耦合器的調(diào)速效率特性可知，in表示了液力耦合器調(diào)速效率的最高值?！　∫毫︸詈掀髟诠ぷ鲿r(shí)，其轉(zhuǎn)速比一般在0.4～0.98之內(nèi)，當(dāng)其小于0.4時(shí)，由于轉(zhuǎn)速比小，工作腔內(nèi)充油量少，工作油升溫很快，工作腔內(nèi)氣體量大，這時(shí)工作中常會(huì)出現(xiàn)不穩(wěn)定狀況。(3)轉(zhuǎn)差率s　　液力耦合器工作時(shí)，其泵輪與渦輪的轉(zhuǎn)速差與泵輪轉(zhuǎn)速之比的百分?jǐn)?shù)，稱為轉(zhuǎn)差率，即:液力耦合器的轉(zhuǎn)