調速型液力耦合器在鍋爐風機中的應用

趙曉強，于連軍，聶常貴

（中國石油克拉瑪依石化公司熱電廠，新疆 克拉瑪依 834003）

鍋爐風機是燃煤火力發電廠（熱電廠）的主要輔機，也是燃煤鍋爐的關鍵設備之一，主要包括排粉機、送風機、引風機。這些風機的驅動均用高壓電機，能耗高，耗電總量約占電廠自用電的30～50%，占總發電量的3%左右。因此需對鍋爐風機進行節能改造。

一、調速型液力耦合器原理及特點

1.調速型液力耦合器工作原理

調速型液力耦合器是以液體為介質傳遞功率的傳動裝置，在輸入轉速不變的情況下，通過改變耦合器工作腔液體的充滿度來改變輸出轉速及力矩，即所謂的容積式調節。液力耦合器安裝在異步電動機和風機之間。當電機通過液力耦合器的輸入軸驅動耦合器的泵輪旋轉時，進入泵輪葉片間的油在葉片的作用下沿徑向離心運動，形成高壓高速液流沖向渦輪葉片，使渦輪跟隨泵輪作同向旋轉，油在渦輪葉片中沿徑向向心運動同時減壓減速，然后在渦輪壁約束下又流入泵輪。在這種循環過程中泵輪將電機的機械能轉變成油的動能和勢能，而渦輪將油的動能和勢能又轉變成輸出軸的機械能，從而實現能量的柔性傳遞。由于泵輪與轉動的背殼和外殼相連，因此運轉時，外殼腔中的油隨轉動的背殼及外殼一起以與泵輪相同的轉速旋轉，這可通過改變外殼腔中勺管的徑向位置來控制腔內油環的厚度，即改變工作腔中的油量，從而改變傳動能力，由此就可以在電機轉速不變的條件下實現工作機的無級調速，提高效率。

2.調速型液力耦合器特點

(1)無級調速。

(2)空載啟動。液力耦合器主動軸、被動軸之間沒有機械聯結，將流道中的油排空，能以接近空載的形式迅速啟動電機，然后逐步增加耦合器的充油量，使風機或水泵逐步啟動進入工況運行，可減少電機啟動對電網沖擊，因而可選用容量較小的電動機及電控設備，減少設備的投資，降低了電機啟動電能耗。

(3)過載保護。由于液力耦合器是柔性傳動，其泵輪與渦輪之間有轉速差，故當從動軸阻力矩突然增加時，轉速差增大，電機仍能繼續運轉而不燒毀，風機也可受到保護。

(4)隔離振動。液力耦合器轉矩通過工作液體傳遞，是柔性連接。具有良好的隔振效果。

(5)使用方便，投資少。

(6)使用壽命長。耦合器中除軸承外無磨損元件，能長期無檢修安全運行，提高了投資效益。

(7)無諧波影響。可保證電機始終在額定轉速下運行，電機效率高，功率因數高，無諧波污染電網。

二、應用效益

1.提高風機安全、可靠性

鍋爐風機采用調速型液力耦合器進行風機負荷調節后，未出現失速或喘振不良的工作狀態。有效避免了因風道擋板調風道的各種弊端。

2.易操作性

液力耦合器的操作非常方便，可以根據鍋爐風機負荷調節耦合器導管的插入深度實現風機轉速調節以保障鍋爐運行參數的穩定。耦合器投自動后，操作人員可以根據鍋爐負荷的頻率變換實現其自動調節，減少了人力操作。

3.節能效果

(1)節能原理。液力耦合器的節能原理如圖1所示，在流體力學中，風機的流量與轉速的1次方成正比，風壓與轉速的平方成正比，軸功率與轉速的3次方成正比，如下式：

式中：Q——風量，m3/s；

H——風壓，MPa；

N——總功率，kW；

n——轉速，r/s。

如風機特性曲線所示，曲線1為風機在恒定轉速n1下的風壓—風量（H-Q）特性；曲線2為風門開度全開時風機的管網風阻特性。則A點為效率最高點，輸出風量Q1為最大，此時的軸功率N1與Q1、H1的乘積面積AH1OQ1成正比。當風量從Q1減少到Q2時，如果采用傳統風擋板調節方法相當于增加管網阻力，使管網阻力（H-Q）特性曲線變為3，最大效率工況點成為B，從圖1可看出軸功率與面積BH2OQ2成正比，但減少非常少。如果采用液力耦合器調節，風機轉速從n1降低到n2，得風壓——風量(H-Q)特性曲線4。在滿足同樣風量的情況下，風壓H2大幅度下降，功率即CH3OQ2的乘積面積顯著減少，功率減小，節能效果顯著。

(2)節能效益分析。根據熱電廠每臺鍋爐的常規運行年平均負荷工況為81%額定負荷，電機電壓均為6kV，其年利用率約為0.9，合為328.5天即7 884h；電價0.41元/kW·h，經計算，采用調速型液力耦合器后的風機節能效果為2臺鍋爐引風機和送風機年節約電費55萬元。每臺YOTpc700A調速型液力偶合器采購安裝等成本為15萬元/臺，其回報期為26.2個月。

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