CN107676451A - 增速型液力偶合器的变频调速技术 - Google Patents

Abstract

一种增速型液力偶合器的变频调速技术，属于液力偶合器技术领域。本发明的目的是不改变增速型液力偶合器整体结构，保持增速型液力偶合器整体结构不动。将增速型液力偶合器改造成通过液力联轴器连接的增速齿轮箱。这是增速型液力偶合器的变频调速技术。本发明的理论创新点是，在增速型偶合器泵轮与涡轮间工作油腔内充液量保持最大和负载特性不变的条件下，改变液力偶合器输入转速，也就改变了液力偶合器的输入、输出特性，从而达到调节液力偶合器输出功率和转速的目的。这就是增速型液力偶合器变频调速技术改造的理论基础。本发明的积极效果是解决增速型液力偶合器偏离额定工况，效率低，能耗高的弊端，通过本发明实现增速型液力偶合器变频调速改造，达到节电20%的目的，为企业节能降耗服务。

Description

增速型液力偶合器的变频调速技术

技术领域

本发明属于液力偶合器技术领域。

背景技术

发电厂锅炉电动给水泵多为增速型液力偶合器驱动与调速。增速型液力偶合器的主要作用一是增速，二是调速。其主体结构基本是偶合器箱体、增速齿轮、输入轴驱动的润滑油泵与工作油泵、电动辅助油泵、泵轮、涡轮、工作油腔、勺管、调速机构、工作油路***、润滑油路***、油箱、工作油冷油器、润滑油冷油器、双筒滤网等组成。

增速型液力偶合器的调速方法是容积调速法。所谓容积调速法（勺管调速）是指液力偶合器泵轮转速和负载特性都不变的条件下，改变液力偶合器泵轮与涡轮间工作油腔内充液量，也就改变了液力偶合器的输入输出特性，从而达到调节液力偶合器输出功率和转速的目的，这就是液力偶合器容积调速法。也就是勺管调速法。

电动机与前置泵、液力偶合器及给水泵间的功率传递是由联轴器完成的。增速型液力偶合器的功率的传递方式是，电动机以1490r/min定速传递给增速型液力偶合器输入轴，经增速齿轮增速至泵论设计转速传递至泵轮，泵轮在泵轮轴的驱动下以泵轮设计转速定速运行，泵轮与涡轮间由工作油传递功率，电动机的转矩通过增速齿轮传递给泵轮，泵轮使工作油加速并将泵轮力矩转换成工作油的动能，工作油推动涡轮转动将动能转换成涡轮力矩拖动给水泵运行。液力偶合器输出功率和转速是通过泵轮与涡轮间工作油腔内的充液量调节的，工作油腔的充液量是通过调节勺管位置进行控制的。

增速型液力偶合器输出效率等于转速比。额定输出满载运行时，增速型液力偶合器运行效率最高，因此增速型液力偶合器只适用于满载运行工况。在役发电机组负荷是根据电网需要进行调度的，年平均负荷率一般在60～75%之间。在役运行的增速型液力偶合器勺管开度一般均在60%以下，从未开到过100%，始终远离100%，经常在60%以下低效率区间运行。液力偶合器效率以97.63%计，勺管平均开度以60%计，液力偶合器运行效率只有58.58%，其节电空间达39%。增速型液力偶合器这一传统传动技术，在偏离满载运行条件下，效率低、能耗高，是其最大弊端。

发明内容

本发明的目的是不改变增速型液力偶合器整体结构，保持增速型液力偶合器整体结构不动。将增速型液力偶合器改造成通过液力联轴器连接的增速齿轮箱。这是增速型液力偶合器的变频调速技术。

本发明的理论创新点是，在增速型偶合器泵轮与涡轮间工作油腔内充液量保持最大和负载特性不变的条件下，改变液力偶合器输入转速，也就改变了液力偶合器的输入、输出特性，从而达到调节液力偶合器输出功率和转速的目的。这就是增速型液力偶合器变频调速技术改造的理论基础。

本发明从根本上改变了液力偶合器功率传递方式。具体是将增速型液力偶合器改成通过液力联轴器连接的增速齿轮箱。解决方案是保持泵轮与涡轮工作油腔充油量最大。勺管固定在100%，泵轮与涡轮相对固定，滑差率最低，效率最高，此时液力偶合器成了液力联轴器。增速型液力偶合器成了通过液力联轴器连接的增速齿轮箱。电动机与高压断路器之间增加一台变频器及其工频旁路***。电动机以变频调速方式传递功率给通过液力联轴器连接的增速齿轮箱，进而通过液力联轴器连接的增速齿轮箱传递功率给给水泵。

本发明的核心技术是将增速型液力偶合器改造成通过液力联轴器连接的增速齿轮箱。亦即将液力偶合器改造成液力联轴器。在高压断路器与电动机之间配套一台高压变频器，通过改变变频器频率，以实现通过液力联轴器连接的增速齿轮箱输入轴的变频调速运行，实现通过液力联轴器连接的增速齿轮箱的变频调速运行，进而实现给水泵的变频调速运行。

本发明的积极效果是解决增速型液力偶合器偏离额定工况，效率低，能耗高的弊端，通过本发明实现增速型液力偶合器变频调速改造，达到节电20%的目的，为企业节能降耗服务。

附图说明

图1是本发明前置泵、电动机、增速型液力偶合器、给水泵连接简图；

图2是本发明增速型液力偶合器结构示意图；

图3是本发明增速型液力偶合器内部泵轮与涡轮结构示意图。

具体实施方式

将增速型液力偶合器改造成通过液力联轴器连接的增速齿轮箱。具体实施方式是保持泵轮与涡轮工作油腔内充油量最大，滑差率最低，效率最高，即勺管固定在100%。此时，泵轮与涡轮相对固定，液力偶合器成了液力联轴器（附图三）。增速型液力偶合器成了通过液力联轴器连接的增速齿轮箱（附图二）。

本发明在具体实施方式【0012】解决方案的基础上，在电动机2与高压断路器6之间增加一台变频器7及其工频旁路***8，实现电动机的变频调速，实现通过液力联轴器连接的增速齿轮箱的变频调速，进而实现给水泵的变频调速。

本发明电动机2与高压断路器6之间增加一台变频器7及其工频旁路***8，高压电源5与高压断路器6 连接；电动机2一端与前置泵1连接，另一端与增速齿轮箱3的输入轴9连接，增速齿轮箱3后端连接在给水泵4上；增速齿轮箱3内部的勺管12开度100%，同时增速齿轮箱3内部的泵轮11和涡轮12内液体充满。

以下对本发明做进一步详细描述：

本发明的理论创新点是，在增速型偶合器泵轮与涡轮间工作油腔内充液量保持最大和负载特性不变的条件下，改变液力偶合器输入转速，也就改变了液力偶合器的输入、输出特性，从而达到调节液力偶合器输出功率和转速的目的。这就是增速型液力偶合器变频调速改造的理论基础。这一理论创新填补了液力传动技术的空白。结束了增速型液力偶合器不能与变频器结合应用的历史，开创了增速型液力偶合器与变频器联合应用节能降耗的新纪元。

本发明从根本上改变了液力偶合器功率传递方式，详见附图一、附图二、附图三。具体是将增速型液力偶合器改成通过液力联轴器（附图三）连接的增速齿轮箱（附图二）。解决方案是保持泵轮（附图二、三之10）与涡轮（附图二、三之11）工作油腔充油量最大（附图二、三勺管12固定在100%），泵轮（附图二、三之10）与涡轮（附图二、三之11）相对固定，滑差率最低，效率最高，即勺管（附图二、三之12）固定在100%，此时液力偶合器成了液力联轴器（附图三）。增速型液力偶合器成了通过液力联轴器连接的增速齿轮箱（附图一之3、附图二）。电动机(附图一之2)与高压断路器(附图一之6)之间增加一台变频器（附图一之7）及其工频旁路***（附图一之8），电动机（附图一之2）以变频调速方式传递功率给通过液力联轴器连接的增速齿轮箱（附图一之3），进而通过液力联轴器连接的增速齿轮箱（附图一之3）传递功率给给水泵（附图一之4）。

本发明的核心技术是将增速型液力偶合器改造成通过液力联轴器连接的增速齿轮箱（附图二）。亦即将液力偶合器改造成液力联轴器（附图三）。在高压断路器（附图一之6）与电动机（附图一之2）之间配套一台高压变频器（附图一之7），通过改变变频器频率，以实现通过液力联轴器连接的增速齿轮箱输入轴（附图一、附图二之9）的变频调速运行，实现通过液力联轴器连接的增速齿轮箱（附图一之3、附图二）的变频调速运行，进而实现给水泵（附图一之4）的变频调速运行。

在增速型液力偶合器泵轮与涡轮间工作油腔内充液量保持最大和负载特性不变的条件下，改变增速型液力偶合器输入转速，也就改变了增速型液力偶合器的输入、输出特性，从而达到调节增速型液力偶合器输出功率和转速的目的。在这一创新理论指导下：

将增速型液力偶合器改造成通过液力联轴器连接的增速齿轮箱。具体实施方式是保持泵轮与涡轮工作油腔内充油量最大，滑差率最低，效率最高，即勺管固定在100%。此时，泵轮与涡轮相对固定，液力偶合器成了液力联轴器（附图三）。增速型液力偶合器成了通过液力联轴器连接的增速齿轮箱（附图二）。

在高压断路器与电动机之间配套一台高压变频器及其工频旁路***，通过改变变频器频率，以实现增速型液力偶合器通过液力联轴器连接的增速齿轮箱的变频调速运行，进而实现给水泵的变频调速运行。

输入轴驱动的润滑油泵、工作油泵（附图二），随输入轴变频调速运行而变频调速运行，为保持润滑油压与工作油量，通过计算与测试，确定变频器最低设定频率，设定电动给水泵组最低运行转速，以确保变频运行工况，润滑油压在正常允许范围内，确保变频运行工况，工作油量满足传递功率的需要。

原电动辅助油泵作为变频调速运行的启动油泵。电动辅助油泵自动停止（润滑油压达到设定值）后，由经变频器设定的电动机最低转速，保持润滑油压在允许范围内。

本发明的应用，是在同一台液力偶合器工频定速输入容积调速运行方式的基础上；增加一个变频调速输入变频调速运行方式，使同一台液力偶合器具有容积调速（勺管调速）和变频调速两种运行方式。且两种运行方式可以切换运行的工变频切换型液力偶合器。

本发明已成功应用于通辽霍林河坑口发电有限责任公司，2号机（600MW）1、2号给水泵增速型液力偶合器变频调速改造中。这一应用是本发明在国内600MW机组电动给水泵变频调速改造的首创。安全可靠，方便灵活，节电显著，改造工作量最少，工期最短，性价比最高，投资回收期最短。

本发明的特点是：

（1）同一台液力偶合器，具有工频定速（即电动机1490r/min定速运行）输入，容积调速（用勺管进行调速）时，是调速型液力偶合器运行方式；变频调速（电动机变频调速运行）输入，勺管固定在100%时，是增速齿轮箱运行方式，两种运行方式可以切换运行，一运一备互为备用的新型高效特种传动新技术。

（2）变频调速时，勺管固定在100%，泵轮与涡轮工作油腔内充液量固定在最佳充液量，滑差率最低，效率最高，涡轮与泵轮成为液力联轴器，相对固定，起联轴器作用，增速型液力偶合器此时成了通过液力联轴器连接的增速齿轮箱。

（3）在变频调速范围内，增速型液力偶合器始终保持增速型液力偶合器通过液力联轴器连接的增速齿轮箱运行方式不变，始终保持恒高效运行不变。

（4）适应两种原动机驱动方式，即工频定速驱动和变频调速驱动，两种驱动方式可以相互切换。工频定速驱动对应于增速型液力偶合器，变频调速驱动对应于增速型液力偶合器通过液力联轴器连接的增速齿轮箱。

（5）满载运行时，宜采用工频定速输入（容积调速）增速型液力偶会器方式运行；负荷率在90%及以下运行时，宜采用变频调速输入增速齿轮箱运行方式运行。

本发明适用于150MW 200MW 300MW 600MW汽轮机组电动给水泵液力偶合器变频调速技术改造。改造后节电率随负荷率不同，一般可达15～30%。

Claims (5)

1.一种增速型液力偶合器的变频调速技术，其特征在于：在增速型液力偶合器泵轮与涡轮间工作油腔内充液量保持最大和负载特性不变的条件下，改变增速型液力偶合器输入转速，也就改变了增速型液力偶合器的输入、输出特性，从而达到调节增速型液力偶合器输出功率和转速的目的；这是本发明的理论基础。

2.根据权利要求1所述的增速型液力偶合器的变频调速技术，其特征在于：将增速型液力偶合器改造成通过液力联轴器连接的增速齿轮箱；具体实施方式是保持泵轮与涡轮工作油腔内充油量最大，滑差率最低，效率最高，即勺管固定在100%；此时，泵轮与涡轮相对固定，液力偶合器成了液力联轴器；增速型液力偶合器成了通过液力联轴器连接的增速齿轮箱。

3.根据权利要求1所述的增速型液力偶合器的变频调速技术，其特征在于：在高压断路器与电动机之间配套一台高压变频器及其工频旁路***；通过改变变频器频率，以实现增速型液力偶合器通过液力联轴器连接的增速齿轮箱的变频调速运行，进而实现给水泵的变频调速运行。

4.根据权利要求1所述的增速型液力偶合器的变频调速技术，其特征在于：输入轴驱动的润滑油泵、工作油泵，随输入轴变频调速运行而变频调速运行；为保持润滑油压与工作油量，通过计算与测试，确定变频器最低设定频率，设定电动给水泵组最低运行转速，以确保变频运行工况下，润滑油压在正常允许范围内，确保变频运行工况，工作油量满足传递功率的需要。

5.根据权利要求1所述的增速型液力偶合器的变频调速技术，其特征在于：原电动辅助油泵作为变频调速运行的启动油泵；电动辅助油泵自动停止（润滑油压达到设定值）后，由经变频器设定的电动机最低转速，保持润滑油压在允许范围内。