液力偶合器的工作原理與節能應用

摘 要：本文介紹了液力偶合器的主要特性、應用特點和工作原理，以及液力偶合器調速的優點，詳細分析了液力偶合器在風機、水泵調速應用中的節能效果。

關鍵詞：偶合器；工作原理

一、液力偶合器的類型與工作原理

液力偶合器的工作介質是一種液體，這種液體主要以液壓油為主。液力偶合器是基于費丁格爾原理的一種葉片型機械，它利用液體動能來進行能量的傳遞。液力偶合器根據其應用特點可分為3種基本類型：普通型、限矩型、調速型。調速型液力偶合器按結構可以亦可分為三種類型：進口調節型、復合調節型、出口調節型。

調速型液力偶合器的主要由泵輪、渦輪等這幾部分組成，并且在泵輪與渦輪之間會有一定的間隙，通過液力偶合器的輸入軸，電動機帶動液力偶合器的主動泵輪工作，完成了對工作油的加速，然后液力偶合器的從動工作渦輪被液體動能帶動工作起來，能量也就會被傳送到液力偶合器的輸出軸和負載從動機上，因此，我們控制輸出軸的力矩和轉速是通過控制工作油的量來實現的，隨著工作油量減少，渦輪力矩和轉速就會降低，當工作油量增加，渦輪力矩和轉速就會增加。所以負載轉速的無級調節可以通過液力偶合器實現。

電機通過液力偶合器的輸入軸驅動它的主動泵輪，以加快工作油的速度，由油驅動渦輪把能量輸送到輸出軸從而到從動機上。通過這種方式，它可以通過控制泵渦輪腔體中所涉及的能量傳遞所需油量的多少，從而控制輸出軸的轉矩和轉速。因此，液力偶合器能夠實現負載轉速的無級調節。

在液力偶合器的變速過程中，滑差損失將轉換成熱能，增加了工作油溫度。限矩型和普通型這兩種液力偶合器都設計了自冷卻系統，因此我們不必擔心。但是，對于調速型液力偶合器來說，因為它的滑差損失（發熱）較大，必須配置相關的冷卻系統。它的冷卻系統能使升溫的工作油進入冷卻器，達到降溫目的后，再回到偶合器的工作腔內，從而構成了冷卻循環。

將一定量的工作液加入到液力偶合器的工作腔內，電動機可以將機械能轉化成為液體動能，推動渦輪轉動，再將它的液體動能轉為機械能作用在從動工作機上，從而原動機到工作機之間的能量得到了轉移。

二、液力偶合器的應用特點

（1）節電：對風機或水泵的速度進行調節可以達到節能目的。為了滿足工作流量與節能要求，可以加入液力偶合器，從而可以方便地進行手動或自動調節。

（2）滑差損失：液力偶合器是一種速度調節裝置，它存在著輸入輸出速度差，渦輪轉速始終低于泵輪轉速，這種速度差亦即滑差所產生的能量損耗，反映在工作油溫度的升高， 由冷卻器冷卻水帶走或散熱帶走的這部分能量即為滑差損失。

（3）空載啟動：液力偶合器的輸入軸和輸出軸是兩個獨立的部分，它們之間是沒有機械連接的，傳遞媒介是工作油。從動機會隨著液力偶合器中的充油量的逐漸增加而逐步啟動，這樣，當電機啟動時就相當于無載啟動，平穩且安全。

（4）無諧波影響：使用液力偶合器進行速度調節，這樣就可以配置工頻電機，實現無諧波影響，提高其工作效率和功率因數。

（5）使用壽命長：偶合器可以在長期無檢修的惡劣環境下安全運行，從而投資使用效益得到了提高。

三、液力偶合器的節能原理

液力偶合器可以使電機無載正常啟動，因此選型時，不需要考慮電機的啟動力矩。減小電機的功率裕度系數，電機的運行效率就得到提高，與此同時也節省了電能。

從動機如風機與水泵的特性曲線決定了通過速度調節所產生的損耗遠比通過節流調節所產生的損耗小得多，通過使用液力偶合器調速從而達成節能是不言而喻的。

四、液力偶合器的節能應用

1.液力藕合器在變速調節中的優勢。液力偶合器泵輪和渦輪隨著轉速比的減小，滑差損耗功率就成為一個很小的量了。用于葉片式風機水泵的變速調節時，可以選用小容量的電動機及電控設備，從而電動機實現空載啟動是通過減小啟動電流實現的；液力偶合器也可以進行無級調速，它的節能效果與轉速變化正相關；液力偶合器很容易控制，能夠自動控制其工作。液力偶合器也可實現過載保護，原動機或電動機不易被燒毀，風機與水泵也可以得到保護，這是由于液力偶合器是柔性傳動的，它的泵輪和渦輪之間轉速不同；液力偶合器工作平穩，可以緩慢地開啟、加速、減速和停止；液力偶合器也能用于大容量風機與水泵的變速調節。

2.液力偶合器在節能減排方面的作用。大部分液力偶合器調速應用在中、大功率的風機與水泵上。在運行中，除有明顯的節能效果外，液力偶合器調速還可以解決下面的問題：調速運行循環間斷供風系統，則既節約能源又起到了環境保護的作用；風機改為調速運行時，可以無裕度的供給系統需要的流量和壓頭，同時可以大量的節約能源；有些風機的調速裝置可按工藝流程進行流量調節或實行自動控制。綜上所述，風機配備液力調速可很好地提高傳動品質，滿足系統工藝要求，并且能大幅度地節能減排。

3.液力偶合器在風機水泵調速中的節能效果。在低轉速比情況下，液力偶合器運行時的調速效率也會比較低，但相對于節流調節，葉片式風機水泵采用液力偶合器調速，節能效果十分明顯。根據液力偶合器的調速效率與調速比相等，液力偶合器的機械損失很小，它的容積損失也很小，所以節電效果顯著。

五、結語

采用液力偶合器的調速方式，即便在低轉速比時，相對于節流調節方法而言，液力偶合器的節能效果也很明顯。并且因其投入資金比較少，見效速度比較快，很容易在老設備的改造過程中獲得顯著的節能效益。

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作者簡介：陶濤（1964-11-10），男，籍貫：廣西，工作單位：福伊特驅動技術系統（上海）有限公司順德分公司，學歷：大學本科，研究方向 節能。