調速型液力偶合器故障診斷與分析

【摘要】本文針對調速型液力偶合器故障診斷與分析，結合理論實踐，在簡要闡述調速型液力偶合器運行原理的基礎上，分析了其具有的特點，并對常見故障診斷進行了研究分析。分析結果表明，引發調速型液力偶合器故障的因素比較多，需要開展綜合分析，找到引發故障的根源，進行針對性處理，才能保證調速型液力偶合器持續、安全、穩定運行。

【關鍵詞】調速型液力偶合器;振動;轉子;精度

【引言】調速型液力偶合器是一種介于電動機和工作機之間的液體傳動裝置，在電機驅動下，調節工作腔內的沖液量，從而改造工作機的轉速。和傳統耦合器相比，調速型液力偶合器的動力傳動更加穩定，轉速調節更加靈敏準確，被廣泛應用在各大領域。但在運行中受到的影響因素比較多，容易發生故障，從而影響其運行的穩定性和安全性。基于此，開展調速型液力偶合器故障診斷與分析就顯得尤為重要。

1、調速型液力偶合器的工作原理

調速型液力偶合器由泵輪、渦輪、轉動外殼等結構共同組成。在密封空腔中充滿了工作油，且泵輪和渦輪呈現對稱布置，二者的流到幾何形狀基本相同。在運行中工作輪葉片是徑向布置的真葉片，原動機驅動泵在旋轉過程中，工作油在泵輪業片作用下，向外緣流動，在離心水泵出口位置，形成高速、高壓液流，進入渦輪時會對渦輪葉片造成沖擊，從而帶動渦輪和泵輪實現同向旋轉【1】。此時，工作油在渦輪中從外緣向內側流動時發生減速減壓后再回流到泵輪進口位置，傳遞能量的主要介質是工作油，在調速型液力偶合器運行中，泵輪的主要作用是將原動機的機械能傳給被驅動機械。通過改變工作腔中工作油的充滿度，就可以在輸入軸轉速保持不變的狀態下，無級改變輸出軸的轉速，具體調速原理如圖1所示：

2、調速型液力偶合器的特點

第一，和普通耦合器相比，調速型液力偶合器可在原動機轉速不變的條件下，實現連續無級調節被驅動機械設備的轉速，如果和離心式風機、水泵等相互配合時，其調速范圍在1～1/4之間，和活塞式機械設備配合時，調速范圍在1～1/3之間。

第二，調速型液力偶合器還能促使電機空載啟動，無需選擇功率較大的電動機，大大降低了電網負荷波動。

第三，調速型液力偶合器還具有良好的過載保護性能，可保證機械設備運行的安全性。

3、調速型液力偶合器故障診斷與分析

3.1振動故障診斷分析

旋轉型機械設備的工作都是通過旋轉運動來體現的，而轉子在運動時，難免會形成振動，這一點是客觀存在的幾乎無法得到有效規避，如果形成的振動過大，就會降低機械設備的工作性能和運行的安全性。此外，一些零部件受到附加荷載的影響時會加速磨損，導致其具有的性能進一步劣化。轉子振動形成的主要原因是轉子渦動，多數情況下，電機轉子的軸心線呈現水平狀態，同時轉子的兩個支撐都處于相同水平面上，而泵輪和渦輪都位于兩個支承點的中間位置，在靜止狀態下，受到重力的作用，出現如圖1所示的狀態：

轉子轉動之后，在離心力的作用下，會形成動撓度。在此種狀態下，轉子可有兩種運動方式，其一是轉子進行自動轉動，在圖1中轉子繞著的AO/B轉動，其二是轉子進行弓形轉動，也就是繞著AB軸線進行轉動。無論哪種運動方式，轉子的中心O在相互垂直的兩個方向上按照一定的頻率做間諧振動，其運動軌跡可看做是一個橢圓，此種運動時方式被稱之為渦動【2】。但在實際運行中，重心位置的變換轉子在平面位置上時刻發生變化。使得轉子對O的動量矩方向也在不斷變化，從而影響轉子的臨界轉速。旋轉的機械設備在啟動或者停止時，經過某一轉速時，會發生劇烈震動，表明此轉速的數值比較接近橫向自由振動的固有頻率。和此頻率相互對應的轉速就轉子的臨界速度。

從傳動的角度來看，調速型液力偶合器是通過柔性軸來傳動的，在啟動時，必然會經過臨界轉速，設備振動也就愈發明顯。此外，影響臨界轉速的因素還有彈性支承，存在一定的彈性變形。通過彈性支承，可促使轉子的臨界轉速明顯降低，在具體選擇時，在離心力的作用下，必然會形成振動，在轉子圓周上轉動方向上的任何一點，都可以得到的最大振動值，此點即為振動的最高點，轉子在高速轉動時，振動最高點和重心有所偏差，表現為最高點總是滯后于重心某個相位，這一點是慣性的作用【3】。通過波德圖，可清楚看出機械振動烈度。 通過上述分析可知，對調速型液力偶合器而言，臨界轉速是振動影響工況條件下平衡運動的關鍵，為降低震動對調速型液力偶合器造成影響。需要保證調速型液力偶合器的工作轉速不等于臨界轉速，從而保證設備穩定運行。

3.2轉子失衡故障診斷分析

保證調速型液力偶合器中泵輪和渦輪運行的平衡性，是提升調速型液力偶合器運行安全性和穩定性的關鍵。引發轉子失衡的因素包括：轉子結構內部密度不夠均勻、加工誤差較大、裝配是誤差過大等。轉子在運行中，重心和旋轉中心偏移過大。轉子在高速旋轉時會形成較大的離心力，通過軸承作用到機械設備上，從而引起強烈振動，加速軸承磨損，降低機械設備的工作精度，縮短使用壽命。因此，必須對轉子進行平衡檢測，發現問題及時調整。保證轉子的旋轉軸線能夠和中心的主慣性軸線相互重合，降低軸線旋轉的離心力。為達到這一目標，就必須切實做好兩個方面，一方面，做好質量校正，保證中心慣性軸線和軸線相互重合;另一方面，在中心主慣性軸線位置上構建軸線，并消除動不平衡【4】。

動平衡校正方法有三種，其一加重，其二是減重，其三是調整校正質量。在動平衡調整之前，需要先確定平衡工藝，在垂直于旋轉軸線的平面上進行調整。為保證調整質量，需要格外重視以下兩個問題：

第一，平衡只能在有限個校正面上進行，在特定轉速下求得平衡，在另外一個轉速下，會再次發生不平衡問題。如果動平衡校正不合理， 會加劇另一個轉速下的不平衡。

第二，回轉體普遍存在不平衡振動響應問題，既和不平衡量的大小及相位密切相關，也和回轉體自身的運行參數、支承條件、轉速等因素密切相關時。

為保證動平衡檢測效果，整個平衡檢測都要在動平衡機上完成，平衡精度和轉子的偏心距、角速度、最大工作轉速三個因素有關。任何一個因素發生問題，都會影響動平衡檢測降低，要同時調整，以保證調速型液力偶合器工作的穩定性。

3.3安裝找正精度故障診斷分析

調速型液力偶合器和工作機之間，需要通過撓性聯軸器來完成傳動，以補償安裝時軸線的徑向偏差和角偏差。聯軸器通過百分表來測量同軸度端面跳動度時，需要兩半聯軸節同步轉動。找正精度對調速型液力偶合器運行的穩定性、安全性及使用壽命等方面皆有嚴重影響【5】。因此，在確定機組各軸端間距時，必須充分考慮電機和工作機啟動時形成的軸向竄量，同時保證聯軸器之間有充裕的間隙，避免軸向竄動形成的沖擊力損耗機械設備。

【結束語】

綜上所述，本文結合理論實踐，分析了調速型液力偶合器故障診斷，分析結果表明，調速型液力偶合器是一種高速運行的旋轉設備，在進行故障診斷時，多采用振動測試儀、加速度測試儀等，針對那些突然發生劇烈振動能起到良好的預知預防作用。影響調速型液力偶合器運行質量的因素比較多在，在故障診斷時要盡量從多個方面同時入手，以便及時發現故障所在，及時制定有針對性的解決方法，保證調速型液力偶合器運行的穩定性和安全性。

【參考文獻】

[1]盧秀泉，胡春玉，柴亞龍，etal.動態調速工況液力偶合器瞬態流場PIV試驗[J].華中科技大學學報：自然科學版，2019（4）：50-54.

[2]范麗丹，馬文星，柴博森，etal.液力偶合器氣液兩相流動的數值模擬與粒子圖像測速[J].農業工程學報，2011，27（11）：66-70.

[3]柴博森，馬文星，劉春寶.基于互相關算法的液力偶合器內部流場分析[J].農業機械學報，2011，42（12）：38-42.

[4]張彥祿，王騰，宋德軍，etal.刮板輸送機液力偶合器軟啟動系統研發[J].煤炭科學技術，2014（9）：61-66.

[5]何延東，馬文星，鄧洪超，劉剛.基于CFD的調速型液力偶合器設計方法[J].農業機械學報（6）：31-36.

作者簡介：張彥龍，19870508，男，籍貫：陜西省神木市，民族：漢，學歷：大專，現有職稱：助理工程師，研究方向：電氣。