液力耦合器在火电厂节能中的应用

液力耦合器在火电厂节能中的应用

林岩

大唐黑龙江发电有限公司哈尔滨第一热电厂  黑龙江省哈尔滨市  150078

摘要：液力偶合器又称液力联轴器，是以液体为工作介质，以液体的动能来实现能量传递的装置，它置于电机与减速机之间传递动力，是一种应用很广的通用液力传动元件。由于它在改善传动品质、简化驱动器结构、过载保护以及节能减排方面有着独特的优点，所以在各行各业应用都很广泛。作为一种安全可靠的液力传动元件，常常被应用于环境恶劣的火力发电厂输煤带式输送机系统之中。输煤系统带式输送机，把厂外来煤输送到煤场，煤场中的原煤再由带式输送机送至锅炉煤斗。带式输送机均为室内布置、单向运行。带式输送机运行环境潮湿、粉尘多，并且其输送的原煤易于自燃，必须确保其安全稳定运行。带式输送机必须满足长期、连续、安全、稳定运行的要求，启动、运行和停机应平稳并安全可靠，满足满负荷启动和制动要求。

关键词：液力耦合器；火电厂节能；应用；

前言：锅炉给水泵是热电厂重要的辅机设备，也是辅机中最大的耗电设备，给水泵耗电量约占机组厂用电的30％左右，降低给水泵厂用电率是现阶段热电厂节能改造一个重要的方向。因大部分电厂给水泵液耦选型之初为匹配给水泵的实际运行功率，最大输出功率远远大于实际使用功率，通过降低液力耦合器输出功率来降低给水泵耗电量是一个比较切实可行的方法。

一、液力偶合器的工作原理

液力耦合器又称液力联轴器，是以液体为工作介质，利用液体的动能的变化来传递能量的叶片式传动机构，具有空载启动电机，平稳无级变速等特点。用于引风机的转速调节、可优化锅炉引风调节系统。调速型液力耦合器主要是由泵轮、涡轮、勺管室等组成，当主动轴带动泵轮旋转时，在泵轮内叶片及腔的共同作用下，工作油将获得能量并在惯性离心力的作用下被送到泵轮的外圆周侧，形成高速的油流，泵轮外圆周侧的高速油流又以径向相对速度与泵轮出口的圆周速度组成合速度，冲入涡轮的进口径向流道，并沿着涡轮的径向流道通过油流动量矩的变化而推动涡轮旋转，油流至涡轮出口处又以其径向相对速度与涡轮出口处的圆周速度组成合速度，流人泵轮的径向流道，并在泵轮中重新获得能量。如此周而复始的重复，形成工作油在泵轮和涡轮中的循环流动圆，在这个过程中，泵轮驱动工作油循环时就把原动机的机械能转化为工作油的动能和压力势能，而工作油在进入涡轮后其所携带的机械能在推动涡轮旋转时对涡轮做功，又转化为输出轴的机械能，传递给风机，从而实现了电动机轴功率的柔性传递。

二、当前状况

带式输送机要达到平稳启动，必须降低启动加速度，延长启动时间，避免出现加速度峰值。液力耦合器能实现带式输送机的平稳启动，并能实现满载启动，且维修操作方便，便于电机频繁启停。瑞光热电厂带式输送机投运后，发生了多次减速机高速轴频繁断裂的现象，经过分析认为原因如下：驱动站功率核算有问题，需厂家与设计院重新核算；电动机启动不平衡，造成驱动力不平衡；液力偶合器不应安装在减速机高速轴上；减速机选型问题、高速轴偏细、键槽不应采用通长键。

三、液力耦合器在火电厂节能中的应用

经过厂家与设计院重新核算，驱动站功率核算没问题，电动机、减速机、液力耦合器所需功率要求完全满足皮带机使用需要。对该组合运用多种方法进行了多次验算，得出传动滚筒总轴功率为 270.42 kW，计算减速机、偶合器、电动机等传动设备的传动效率系数和不平衡系数后，得出所需电动机总功率为 375.4 kW。按三驱动平均分配计，每台电动机承载功率为 125 kW，按最安全的 1.4 倍系数选取电动机额定功率，其值应为 175 kW，可选用 185 kW 额定功率的电动机。为安全考虑，设计院采用的输送机使用 200 kW 功率的电动机提供的输送机的计算输入轴功率为 124 kW，弗兰德公司按实际使用功率 124 kW 的 1.7 倍以上安全系数选取减速机，其额定输出功率为（机号 B3SH10）220 kW，本机的实际安全系数（计算输入功率与减速机额定输出功率比）为 1.77，符合系数为 1.7 以上选用条件，按这种方法选用的减速机理论上可以满足皮带机机的使用需求。启动电动机进行平衡试验，三台电动机启动时间相同，没有造成驱动力不平衡。与偶合器供货厂家联系，更换其传动方式，即将偶合器倒装，由于电动机出轴直径较大（Φ100 mm），具有较强的承载能力，如此可将偶合器的自重和运行时由动平衡原因产生的不稳定因素施加在电动机轴上，这样可以很大程度上降低减速机输入轴的径向受力，大幅度减小减速机输入轴的径向受力。更换 1 台液力耦合器后，设备稳定，未出现减速机高速轴断裂的情况，于是对其他类似减速机进行更换。

改装液力耦合器后，振动、温度等运行参数一切正常，运行平稳，未再出现减速机高速轴断裂的情况，减少了检修维护费用，减少了购买设备备件的费用，降低了人工成本，因带式输送机造成故障的故障率降低，保障了发电机组的安全稳定运行。磁力耦合器的节能效率在20％以上，自身不耗电，没有漏油污染，节能改造安装简单，现场改动小，能容忍较大对中误差，能空载启动，大幅度降低电机的启动电流，允许冲击性载荷，使用寿命可长达20a以上，并且隔离振动，无谐波、无电磁波干扰，环境适应性强，可在潮湿、粉尘、易燃易爆等恶劣环境正常工作。负载需要的能量决定了电机消耗的能量，根据实际应用数据，在全速运转时，调速型磁力耦合器的工作效率可达到96％以上，而由调速型磁力耦合器调速后的能耗，则降低到原有能耗的18％～75％。执行器产生机械控制指令控制调速型磁力耦合器的执行机构，通过改变磁转子和铜转子之间气隙的大小，来改变负载的速度，从而实现负载速度的变化，重复上述过程即可实现闭环控制。

液力耦合器的运行经济性分析。耦合器的滑差率耦合器在实际运转中，其泵轮转速一定要稍大于涡轮的转速，只有这样，在循环圆中泵轮出口油压才能高于涡轮入口油压，从而完成扭矩的传递。泵轮和涡轮的转速差与泵轮转速之比称为液力耦合器的滑差。液力耦合器在工作过程中的能量损失主要是液体在工作腔内流动的流动损失和进人工作轮人口处的冲击损失，工作轮与空气摩擦损失以及轴承、密封、齿轮付等的机械损失。轮，并有很少一部分通过工作轮之间的轴向间隙直接流向泵轮入口，另有很少一部分由涡轮与转动外壳之间的径向间隙流出，而未能流入涡轮，这就引起了容积损失，但这一量通常很小。因为耦合器在高转动之比时，泵轮，涡轮转速非常接近工作腔内液体的循环流动明显减弱，传动的有效扭矩极小，而摩擦损失所占比重相对增加所以效率值明显低于传动比。从泵轮中流出的工作液体，绝大部分进入涡多，故其转差损失功率比节流损失功率也小得多。叶片式风机采用液力调速耦合器调节流量时尽管液力耦合器的调节效率很低，即此时风机所需的轴功率较挡板节流调节时的轴功率小得。通过降低液力耦合器的设计转速，使液力耦合器运行在远离功耗最大的区域，使耦合器的整体效率提高，在维持原有给水泵转速的情况下，降低耦合器本身的功率损失。

综上所述，给水泵液力耦合器齿轮优化项目对于火力发电厂节能改造效果显著。该项目可以应用在设计功率超出实际使用功率的给水泵组上，偏差越大，改造效果越明显。相比于给水泵改变频控制以及工业汽轮机动力方案，在经济性、安全性等方面，提供了一种新的思路。

参考文献：

[1]丁兆国，李凯．变频器调速与液力耦合器调速的优缺点比较[J]．变频器世界，2021，(12)：132—138．

[2]赵国祥，马文静，曹永刚．永磁调速驱动器在闭式冷却水泵上的节能改造[J]．节能，2019，(4)：41—44．