調速型液力偶合器的性能分析與應用

孫睿

（內蒙古大唐國際克什克騰煤制天然氣有限責任公司，內蒙古 赤峰 025350）

在大功率長距離帶式輸送機的設計中，軟起動技術的應用是多機驅動改善起動條件的主要手段，調速液壓聯軸器是一種理想的部件。原有的大功率、長距離帶式輸送機大多采用多電機驅動方式和轉矩限制液力偶合器。同時啟動電流過大，就對電網的影響增加，電阻壓力增大。當電機直接啟動的時候，輸送機的起動加速度非常快，輸送段速度張力裝置的反應速度比較緩慢，輸送帶的垂度增加，碰撞和摩擦在多層輸送帶之間產生，所以導致輸送帶磨損力度大，傳送帶磨損不平衡，壽命減短問題產生。調速型液力偶合器通過在啟動和停止過程中增加和減少速度控制，通過計算機編程控制管的位移，從而使皮帶根據給定的加速度特性開始運行。電機卸載后，額定轉速穩定，電機可以加載，因此啟動對電網的影響很小。由于變速液壓聯軸器是采用非電氣方式驅動的，因此在井下防爆場合的使用具有很大的優勢。

1 調速型液力偶合器的工作原理

當在偶合器的工作腔中填充一定量的工作流體時，泵輪從馬達獲得機械能，并將其轉化為液體能量，驅動渦輪旋轉，渦輪將液體能量轉換成機械能，以及工作動能，通過軸的輸出工作，實現從原動機到工作機的能量傳遞。調速液力偶合器是通過改變液力偶合器工作腔內工作流體的充油量和電機的恒速來實現工作機械的無限調速和軟起動（如圖1所示）。當獨立功率水平小于250千瓦時，采用自然冷卻。該偶合器配有電動執行機構和電動機械手，并與負載變化信號連接。還可根據用戶要求配備自動測速裝置，可實現速度控制或自動控制。

2 液力偶合器的分類

圖1 調速液力偶合器工作原理

主要有三種類型的液力偶合器：普通液力偶合器、限矩流體液力偶合器和調速流體液力偶合器。普通的液力偶合器結構簡單，工作腔間距的限制小，空腔有效容積大，轉動效率高，轉矩限制液力偶合器在普通型的基礎上增加了結構擋板或輔助腔。它比傳統的液力偶合器更能有效地保護電機不受低轉動比的影響，它更適用于電網負荷大的選煤廠，可能產生超負荷的問題。調速液力偶合器是由于調速液力偶合器的恒速，改變了管的寬度，改變了工作腔的滿度，改變了輸出速度和轉距，從而實現了非極調速，改變了輸出頻率，實現了體積型接頭，調速液力偶合器不能實現自冷卻和散熱，由于其自身的結構原因，輸出速度大的時候調節范圍小，轉動功率大，需要有工作液的外部循環和冷卻系統。

3 長距離帶式輸送機調速型液力偶合器多機驅動的應用

3.1 調速型液力偶合器在長距離帶式輸送機啟停中的應用

（1）起步控制研究。在啟動機器之前，將調速液壓偶合器的導向管插入到最深的位置（以確保輸入軸的輸出軸的速度為0）以實現空載驅動電機。當電機轉速達到額定轉速時，電動執行機構被電動執行機構慢慢拉出，輸出軸速度從0逐漸加速，旋轉度不變，實現管帶機的軟啟動。根據一定的加速度上升曲線，對長距離帶式輸送機的起動過程進行了分析。如圖2所示，從圖中可以看出，在管帶機頭驅動開始后，當皮帶速度從0上升到一定程度之后，將有一段延遲時間，大約4~7秒，使帶力有時間反應，然后再次加速，避免滑動，當一段時間后，帶速度達到額定速度，然后開始平穩運行，以完成正常啟動過程。

圖2 加速度上升曲線圖

（2）駐車制動器的研究。在停止電機之前，電動執行機構用來緩慢地將牽引管控制到最深的部分，并且輸出軸從額定速度逐漸減速。當輸出軸速度接近0時，電機立即停止，實現帶式輸送機的軟停止。

3.2 變速液壓偶合器在長距離帶式輸送機頭尾多驅動同步控制中的應用

由于長距離帶式輸送機的機頭與尾部之間的距離較遠，膠帶沿該方向具有一定的彈性和阻力，張力傳遞具有滯后的過程。當頭部和尾部驅動輪同時轉動時，尾部帶的張力減小（頭部被擰緊），膠帶將在后驅動輪的表面上滑動。當后驅動過早啟動時，也會導致膠帶在后驅動輪在表面滑動，并磨損膠帶；當尾部驅動輪太晚時，頭部皮帶張力過高，導致頭驅動電機過載。因此，為了保證長距離管帶的頭部和尾部的驅動同步，后驅動輪的切割時間是非常重要的。通過設置時間延遲、增加張力等，變速液壓偶合器采用皮帶張力測量和控制的輸入方法確定尾部驅動的輸入時間和力大小。

4 調速型液力偶合器在天然氣廠鉀氨泵上的應用

天然氣生產過程中需要大量的泵。鉀氨泵就是其中之一，某天然氣公司采用兩臺400kW鉀氨泵并聯，以滿足需求，為了適應非條件性需求，節能降耗，保證鉀氨泵安全經濟運行，采用調速液力偶合器用于離心式壓縮機變轉速調節（如圖3），綜合來看，有以下經濟效益。

（1）初始投資調速型液力偶合器可通過偶合調節而不使用變頻電機。變頻方案和調速液力偶合器的初始投資僅為變頻電機方案的30%。

（2）環境適應性強，調速液力偶合器可用于室外、高寒、高熱、粉塵、潮濕環境，環境要求低。

（3）結構比較簡單，運行更加可靠。簡單的結構導致成本降低，經濟效益明顯。

（4）可靠性高，使用壽命長。無故障運行時間為30000小時，主要部件為20年。

（5）對電網的影響很小。液壓調速可使電機啟動空載，減少電機啟動，而且啟動電流對電網的影響小，并保護電機在外部負載過載時不會受到損壞。

（6）電機的功率因數很高。當電機轉速恒定時，100%的速比為0.9，在500/V比為0.65左右。

圖3 調速液力偶合器

5 結語

調速型液力偶合器被應用到許多行業，液力偶合器的使用，減少了對電力電網的沖擊，具有投資少環境適應能力強，結構簡單，成本較低，可靠性較好等優點，啟動更加的穩定，安全性更好，不僅延長了傳送帶的使用壽命，而且節約了運輸機器的經濟技術指標。調速型液力偶合器應用價值十分廣泛，需要不斷的發展和完善液力偶合器技術，為經濟的發展做出貢獻。