趙曉強(qiáng)，于連軍，聶常貴

（中國(guó)石油克拉瑪依石化公司熱電廠，新疆 克拉瑪依 834003）

鍋爐風(fēng)機(jī)是燃煤火力發(fā)電廠（熱電廠）的主要輔機(jī)，也是燃煤鍋爐的關(guān)鍵設(shè)備之一，主要包括排粉機(jī)、送風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)。這些風(fēng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)均用高壓電機(jī)，能耗高，耗電總量約占電廠自用電的30～50%，占總發(fā)電量的3%左右。因此需對(duì)鍋爐風(fēng)機(jī)進(jìn)行節(jié)能改造。

一、調(diào)速型液力耦合器原理及特點(diǎn)

1.調(diào)速型液力耦合器工作原理

調(diào)速型液力耦合器是以液體為介質(zhì)傳遞功率的傳動(dòng)裝置，在輸入轉(zhuǎn)速不變的情況下，通過(guò)改變耦合器工作腔液體的充滿度來(lái)改變輸出轉(zhuǎn)速及力矩，即所謂的容積式調(diào)節(jié)。液力耦合器安裝在異步電動(dòng)機(jī)和風(fēng)機(jī)之間。當(dāng)電機(jī)通過(guò)液力耦合器的輸入軸驅(qū)動(dòng)耦合器的泵輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，進(jìn)入泵輪葉片間的油在葉片的作用下沿徑向離心運(yùn)動(dòng)，形成高壓高速液流沖向渦輪葉片，使渦輪跟隨泵輪作同向旋轉(zhuǎn)，油在渦輪葉片中沿徑向向心運(yùn)動(dòng)同時(shí)減壓減速，然后在渦輪壁約束下又流入泵輪。在這種循環(huán)過(guò)程中泵輪將電機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)變成油的動(dòng)能和勢(shì)能，而渦輪將油的動(dòng)能和勢(shì)能又轉(zhuǎn)變成輸出軸的機(jī)械能，從而實(shí)現(xiàn)能量的柔性傳遞。由于泵輪與轉(zhuǎn)動(dòng)的背殼和外殼相連，因此運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，外殼腔中的油隨轉(zhuǎn)動(dòng)的背殼及外殼一起以與泵輪相同的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，這可通過(guò)改變外殼腔中勺管的徑向位置來(lái)控制腔內(nèi)油環(huán)的厚度，即改變工作腔中的油量，從而改變傳動(dòng)能力，由此就可以在電機(jī)轉(zhuǎn)速不變的條件下實(shí)現(xiàn)工作機(jī)的無(wú)級(jí)調(diào)速，提高效率。

2.調(diào)速型液力耦合器特點(diǎn)

(1)無(wú)級(jí)調(diào)速。

(2)空載啟動(dòng)。液力耦合器主動(dòng)軸、被動(dòng)軸之間沒(méi)有機(jī)械聯(lián)結(jié)，將流道中的油排空，能以接近空載的形式迅速啟動(dòng)電機(jī)，然后逐步增加耦合器的充油量，使風(fēng)機(jī)或水泵逐步啟動(dòng)進(jìn)入工況運(yùn)行，可減少電機(jī)啟動(dòng)對(duì)電網(wǎng)沖擊，因而可選用容量較小的電動(dòng)機(jī)及電控設(shè)備，減少設(shè)備的投資，降低了電機(jī)啟動(dòng)電能耗。

(3)過(guò)載保護(hù)。由于液力耦合器是柔性傳動(dòng)，其泵輪與渦輪之間有轉(zhuǎn)速差，故當(dāng)從動(dòng)軸阻力矩突然增加時(shí)，轉(zhuǎn)速差增大，電機(jī)仍能繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)而不燒毀，風(fēng)機(jī)也可受到保護(hù)。

(4)隔離振動(dòng)。液力耦合器轉(zhuǎn)矩通過(guò)工作液體傳遞，是柔性連接。具有良好的隔振效果。

(5)使用方便，投資少。

(6)使用壽命長(zhǎng)。耦合器中除軸承外無(wú)磨損元件，能長(zhǎng)期無(wú)檢修安全運(yùn)行，提高了投資效益。

(7)無(wú)諧波影響?？杀ＷC電機(jī)始終在額定轉(zhuǎn)速下運(yùn)行，電機(jī)效率高，功率因數(shù)高，無(wú)諧波污染電網(wǎng)。

二、應(yīng)用效益

1.提高風(fēng)機(jī)安全、可靠性

鍋爐風(fēng)機(jī)采用調(diào)速型液力耦合器進(jìn)行風(fēng)機(jī)負(fù)荷調(diào)節(jié)后，未出現(xiàn)失速或喘振不良的工作狀態(tài)。有效避免了因風(fēng)道擋板調(diào)風(fēng)道的各種弊端。

2.易操作性

液力耦合器的操作非常方便，可以根據(jù)鍋爐風(fēng)機(jī)負(fù)荷調(diào)節(jié)耦合器導(dǎo)管的插入深度實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)以保障鍋爐運(yùn)行參數(shù)的穩(wěn)定。耦合器投自動(dòng)后，操作人員可以根據(jù)鍋爐負(fù)荷的頻率變換實(shí)現(xiàn)其自動(dòng)調(diào)節(jié)，減少了人力操作。

3.節(jié)能效果

(1)節(jié)能原理。液力耦合器的節(jié)能原理如圖1所示，在流體力學(xué)中，風(fēng)機(jī)的流量與轉(zhuǎn)速的1次方成正比，風(fēng)壓與轉(zhuǎn)速的平方成正比，軸功率與轉(zhuǎn)速的3次方成正比，如下式：

式中：Q——風(fēng)量，m3/s；

H——風(fēng)壓，MPa；

N——總功率，kW；

n——轉(zhuǎn)速，r/s。

如風(fēng)機(jī)特性曲線所示，曲線1為風(fēng)機(jī)在恒定轉(zhuǎn)速n1下的風(fēng)壓—風(fēng)量（H-Q）特性；曲線2為風(fēng)門(mén)開(kāi)度全開(kāi)時(shí)風(fēng)機(jī)的管網(wǎng)風(fēng)阻特性。則A點(diǎn)為效率最高點(diǎn)，輸出風(fēng)量Q1為最大，此時(shí)的軸功率N1與Q1、H1的乘積面積AH1OQ1成正比。當(dāng)風(fēng)量從Q1減少到Q2時(shí)，如果采用傳統(tǒng)風(fēng)擋板調(diào)節(jié)方法相當(dāng)于增加管網(wǎng)阻力，使管網(wǎng)阻力（H-Q）特性曲線變?yōu)?，最大效率工況點(diǎn)成為B，從圖1可看出軸功率與面積BH2OQ2成正比，但減少非常少。如果采用液力耦合器調(diào)節(jié)，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速?gòu)膎1降低到n2，得風(fēng)壓——風(fēng)量(H-Q)特性曲線4。在滿足同樣風(fēng)量的情況下，風(fēng)壓H2大幅度下降，功率即CH3OQ2的乘積面積顯著減少，功率減小，節(jié)能效果顯著。

(2)節(jié)能效益分析。根據(jù)熱電廠每臺(tái)鍋爐的常規(guī)運(yùn)行年平均負(fù)荷工況為81%額定負(fù)荷，電機(jī)電壓均為6kV，其年利用率約為0.9，合為328.5天即7 884h；電價(jià)0.41元/kW·h，經(jīng)計(jì)算，采用調(diào)速型液力耦合器后的風(fēng)機(jī)節(jié)能效果為2臺(tái)鍋爐引風(fēng)機(jī)和送風(fēng)機(jī)年節(jié)約電費(fèi)55萬(wàn)元。每臺(tái)YOTpc700A調(diào)速型液力偶合器采購(gòu)安裝等成本為15萬(wàn)元/臺(tái)，其回報(bào)期為26.2個(gè)月。

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