鄢傳武，王章生

(華電電力科學(xué)研究院，浙江 杭州 310030)

0 引言

德國(guó)福伊特公司生產(chǎn)的R16K－550型液力偶合器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維護(hù)簡(jiǎn)便、工作可靠性較高，具有較寬的調(diào)速范圍(20% ～97%額定轉(zhuǎn)速)和較高的效率(額定工況可達(dá)97%)，由于采用電動(dòng)執(zhí)行器來(lái)控制調(diào)速，所以很容易實(shí)現(xiàn)手動(dòng)控制和自動(dòng)控制。寧夏國(guó)電石嘴山電廠技術(shù)改造工程#1機(jī)組配置的3臺(tái)電動(dòng)給水泵均采用該類型液力偶合器進(jìn)行調(diào)速，通過(guò)較長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行，該液力偶合器工作穩(wěn)定。

1 R16K－550型液力偶合器結(jié)構(gòu)及工作原理

液力偶合器主要由泵輪、渦輪、主軸及外殼等構(gòu)件組成。液力偶合器的泵輪和渦輪被外殼密閉，泵輪與電動(dòng)機(jī)相連。當(dāng)液力偶合器運(yùn)行時(shí)，存在于液力偶合器腔體內(nèi)的工作液體在泵輪的攪動(dòng)下，沿泵輪葉片組組成的徑向流道從泵輪的內(nèi)側(cè)流向外側(cè)，并在出口處形成高壓高速的油流沖向渦輪葉片組組成的流道，油流推動(dòng)渦輪運(yùn)轉(zhuǎn)的同時(shí)在渦輪葉片組組成的流道中減速減壓，通過(guò)出口處回油管返回至泵輪的進(jìn)口處，從而實(shí)現(xiàn)油循環(huán)。在此過(guò)程中，泵輪將電動(dòng)機(jī)輸入的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為工作油的動(dòng)能和壓力能，而渦輪則將工作油的動(dòng)能和和壓力能轉(zhuǎn)換為輸出的機(jī)械能，實(shí)現(xiàn)了電動(dòng)機(jī)到給水泵的動(dòng)力傳遞。

該液力偶合器為前置齒輪增速型，即電動(dòng)機(jī)的輸出軸不是直接與泵輪軸相連，而是通過(guò)變速箱與泵輪相連，提高泵輪軸的轉(zhuǎn)速(增速比Z2/Z1=134/33)，以滿足渦輪輸出轉(zhuǎn)速的要求。不同類型的液力偶合器具有不同的工作腔型，圖1為福伊特R16 K－550型液力偶合器的工作腔室形狀及相關(guān)參數(shù)。

圖1 福伊特R16K－550型液力偶合器工作腔型(扁桃形)

2 R16K－550型液力偶合器調(diào)速特性分析

根據(jù)力學(xué)的平衡原理，忽略液力偶合器外側(cè)的鼓風(fēng)和軸承等阻力扭矩的影響，液力偶合器的泵輪和渦輪之間是等力矩傳輸，即

式中:MB為泵輪的力矩;MT為渦輪的力矩。

由葉輪機(jī)械及流體力學(xué)相關(guān)原理可推導(dǎo)出葉輪力矩的表達(dá)式為

式中:ρ為流經(jīng)葉輪介質(zhì)的密度，kg/m3;qV為流經(jīng)葉輪介質(zhì)的體積流量，m3/s;ΔΓ為流經(jīng)葉輪后的速度環(huán)量的增量，m2/s，該值與葉輪進(jìn)、出口處的介質(zhì)流動(dòng)速度和葉輪半徑有關(guān)。

由式(2)可知，改變工作介質(zhì)的體積流量qV就可以改變?nèi)~輪的力矩。液力偶合器便是基于此理論，通過(guò)改變泵輪和渦輪工作腔中的循環(huán)油量，從而改變泵輪與渦輪間傳遞的力矩，進(jìn)而改變渦輪輸出轉(zhuǎn)速，即改變給水泵轉(zhuǎn)速。顯然，控制液力偶合器工作油量的準(zhǔn)確性和靈敏性成為提高液力偶合器性能的關(guān)鍵技術(shù)，但不同類型的液力偶合器調(diào)速控制系統(tǒng)可能會(huì)有所不同。液力偶合器一般通過(guò)控制進(jìn)入工作腔內(nèi)的油量或排出工作腔的油量來(lái)控制傳輸?shù)呐ぞ?，這種僅通過(guò)控制進(jìn)口或出口流量來(lái)控制液力偶合器輸出轉(zhuǎn)速的控制系統(tǒng)在靈敏性上會(huì)顯得不足;而R16K－550型液力偶合器是通過(guò)勺管來(lái)控制液力偶合器的泄油量和通過(guò)配流閥來(lái)控制進(jìn)入液力偶合器工作腔的油量，即通過(guò)同時(shí)控制工作腔的進(jìn)、出口油量的方法來(lái)控制調(diào)速，這種調(diào)速控制系統(tǒng)具有很高的靈敏度。

圖2為R16K－550型液力偶合器的調(diào)速控制系統(tǒng)，圖中配流閥控制液力偶合器的進(jìn)油量。凸輪盤1可以操控配流閥，凸輪盤2則用來(lái)控制勺管位置，當(dāng)驅(qū)動(dòng)伺服機(jī)接受來(lái)自鍋爐的負(fù)荷信號(hào)后，驅(qū)動(dòng)固定了凸輪盤1和凸輪盤2的傳動(dòng)桿移動(dòng)，從而控制進(jìn)入液力偶合器的工作油量和泄油量。當(dāng)鍋爐負(fù)荷增加時(shí)，驅(qū)動(dòng)伺服機(jī)的驅(qū)動(dòng)凸輪盤2向其徑向增大的方向移動(dòng)，凸輪盤2將使勺管控制閥向A端移動(dòng)，使進(jìn)入勺管活塞上壓力空間的潤(rùn)滑油增多，推動(dòng)勺管活塞向下壓力空間移動(dòng)(即液力偶合器工作腔的泄油量減少)，勺管通過(guò)勺管標(biāo)尺傳動(dòng)桿推動(dòng)勺管標(biāo)尺向B端移動(dòng)(即勺管開(kāi)度增大)，同時(shí)，凸輪盤1將沿著其向半徑減小的方向移動(dòng)，從而開(kāi)大工作油控制閥，所以，進(jìn)入液力偶合器的工作油量增加，泄油量減少，液力偶合器的渦輪增速。當(dāng)凸輪盤2在驅(qū)動(dòng)伺服機(jī)的驅(qū)動(dòng)下向凸輪盤向半徑減少的方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，則上述移動(dòng)方向相反。

圖2 福伊特R16K－550型液力偶合器調(diào)速控制系統(tǒng)

3 R16K－550型液力偶合器調(diào)速性能測(cè)試

華電電力科學(xué)研究院在對(duì)國(guó)電石嘴山電廠2×330 MW技術(shù)改造工程#1機(jī)組A電動(dòng)給水泵調(diào)試時(shí)，對(duì)福伊特R16K－550型液力偶合器進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，測(cè)量得到了液力偶合器勺管開(kāi)度、給水泵轉(zhuǎn)速(液力偶合器輸出轉(zhuǎn)速)及給水泵流量等參數(shù)，見(jiàn)表1。

表1 液力偶合器勺管開(kāi)度及對(duì)應(yīng)的電泵轉(zhuǎn)速和給水流量

圖3 液力偶合器調(diào)試特性曲線

圖3為液力偶合器的調(diào)速特性曲線，當(dāng)勺管開(kāi)度在20%以內(nèi)時(shí)，液力偶合器的調(diào)速靈敏度偏高，由給水泵運(yùn)行工況可知，給水泵在這個(gè)轉(zhuǎn)速內(nèi)處于手動(dòng)控制，所以不會(huì)影響其調(diào)速性能;當(dāng)勺管開(kāi)度高于20%時(shí)，液力偶合器勺管開(kāi)度與輸出轉(zhuǎn)速呈線性關(guān)系，但調(diào)速靈敏度有所下降，這對(duì)于調(diào)節(jié)給水泵出水流量非常有利。通過(guò)數(shù)據(jù)擬合，可得出液力偶合器的調(diào)速特性關(guān)系式為

式中:x為勺管開(kāi)度，%;y為輸出轉(zhuǎn)速。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)R16K－550型液力偶合器多參數(shù)、變工況的試驗(yàn)，結(jié)合其調(diào)速控制系統(tǒng)，得出了該類型液力偶合器的調(diào)速特性曲線，對(duì)于促進(jìn)我國(guó)液力偶合器設(shè)計(jì)和制造技術(shù)的發(fā)展具有一定的意義。

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