液力偶合器在淬火泵上的研究與應用

左先仁

（山鋼集團萊蕪分公司寬厚板事業部，萊蕪 271104）

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液力偶合器在淬火泵上的研究與應用

左先仁

（山鋼集團萊蕪分公司寬厚板事業部，萊蕪 271104）

摘 要：本文介紹調速型液力偶合器在萊鋼4300mm寬厚板熱處理生產線淬火泵上的研究、應用及產生的節能效果和效益，以期為該生產線節能機電設備的引進與應用提供新思路。

關鍵詞：調速 液力偶合器 淬火泵 變頻

引言

液力偶合器又稱液力聯軸器，是一種用來將動力源（通常是發動機或電機）與工作機連接起來傳遞旋轉動力的機械裝置。它是1905年德國Hermann博士的專利發明，曾應用于汽車中的自動變速器，同時在海事和重工業中也有廣泛應用。液力偶合器主要用于傳遞動力，可以實現傳動過程中的無級調速，減小動力源啟動時的沖擊負荷，還可以在傳動部件過載時保護動力源。

液力偶合器曾應用于早期的汽車半自動變速器及自動變速器中。液力偶合器的泵輪與發動機的飛輪相連接，動力由發動機曲軸傳入。有些時候，偶合器嚴格上講是飛輪的一部分。在這種情況下，液力偶合器又被稱為液力飛輪。渦輪與變速器的輸入軸相聯。液體在泵輪與渦輪間循環流動，使得力矩從發動機傳至變速器，驅動車輛前進。在這方面，液力偶合器的作用非常類似于手動變速器中的機械離合器。由于液力偶合器無法改變轉矩的大小，現已被液力變矩器所取代。

經過近幾年的飛速發展，國內液力偶合器行業取得了長足進步，特別在偶合器自動化控制集成技術、偶合器的自適應性及控制精度技術等方面，表現出了比較成熟的技術。現在市場主流偶合器主要包括無級調速液力偶合器、限矩型液力偶合器、電磁液力偶合器等。特別是無級調速液力偶合器，因其投資省、操作維護簡單，在一些大型工礦企業中對有節能改造需求的風機、泵類，已被廣泛應用。

1 應用背景

熱處理生產線水處理系統主要包括冷水池、給水泵組、給水過濾器、高位水塔、淬火冷卻裝置、NCC冷卻裝置、熱水池、熱水泵組、回水處理過濾器、冷卻塔等構成。具體工藝流程如圖1所示。

淬火機水塔供水泵設計有4臺，均為工頻運行。隨著熱處理產能的不斷釋放和新品種的不斷開發，水泵機組不能滿足淬火鋼板對供水流量的寬泛調節要求，產生了極大的能耗浪費。電耗指標與國內同類生產線對比，還有較大改善空間。鑒于目前企業生產經營困難，成本壓力巨大，降低電耗成本刻不容緩。

2 存在的問題

淬火機水塔供水泵配套電機功率均為710kW，工頻并聯運行。水泵機組的運行模式隨著不同的鋼種、鋼板厚度、長度不同而不同。

分析近幾年來的生產統計，淬火機高位水塔供水泵具體運行模式如下：

當需要淬火厚度為6～8mm鋼板時，高壓段供水量為2200～2800m3/h，低壓段供水量為1800m3/h，此時需要開啟一臺淬火機上塔泵。

當需要淬火厚度為10～80mm鋼板時，高壓段供水量為2500～3500m3/h，低壓段供水量為1800～2400m3/h，此時需要開啟兩臺淬火機上塔泵。

當需要淬火厚度為80mm以上鋼板時，高壓段供水量為3800～4600m3/h，低壓段供水量為4800m3/h，此時需要開啟三臺淬火機上塔泵。

因每種鋼板厚度規格、鋼種和長度不同，鋼板的冷卻時間和冷卻所需流量也有所不同。而四臺淬火機上塔泵均設計為工頻運行，總供給流量相對比較固定，無法實現寬泛靈活的流量調節功能。然而，為了保證淬火機淬火時穩定的水壓，淬火機高位水塔常常處于溢流狀態，造成了極大的能（電）耗浪費。

3 改造方案

3.1 總體思路

要降低淬火機高位水塔供水泵在非生產時間里的能耗，就應降低水泵輸出的水量。而水泵流量與泵轉速成正比關系，所以可通過降低水泵的轉速來實現最終的電耗降低。通過現場勘察和綜合分析研究，形成如下的總體方案。

在水泵與電機之間加裝液力偶合器。因加裝設備后，電機及設備基礎需做相應改變，需重新設計制造一件新的電機-偶合器聯合底座，原機組聯合底座電機側部分鋼構斷開，電機向后移動約1340mm（含聯軸器間隙10mm）。在電機移位方向上，新增兩只新的地腳孔，原地腳螺栓繼續使用，安裝、調整并固定新的電機-偶合器聯合底座，電機安放、偶合器、泵找正并聯接聯軸器；安放油站及冷卻器，聯接油管、水管、閥門管件及檢測儀表等輔助設備設施。設備安裝布置圖如圖2所示。

圖2 設備安裝布置圖

3.2 設備選型計算

選取泵輪有效直徑D=875mm。

綜上，液力偶合器的型號選取為DYgcd875，水泵輸入最高轉速變為990×0.97=961r/min。

3.3 設備工藝參數確定

偶合器采用中心剖分式箱體結構，內置工作油及潤滑油供油裝置；冷卻器選2LQFW-A19F列管式冷卻器，冷卻水流量為19m3/h，水壓為0.2～0.6MPa，油管及水管通徑均選DN50。電機與偶合器之間采用彈性套柱銷聯軸器；偶合器與水泵之間采用彈性套柱銷聯軸器；偶合器由最低速調節至最高速，或由最高速調節至最低速所需時間為25±5s。

4 效果

該項目實施完成后，淬火機上塔供水機組節能明顯，且系統運行穩定性大大提高，效果顯著。

（1）節電效果非常明顯，節電率達67.5%以上；

（2）負載軟啟啟動，系統運行整體穩定性得到提升；

（3）實現了流量供給與熱處理生產工藝節奏的無縫銜接，很好地滿足了熱處理鋼板的水冷工藝要求。

5 結論

（1）該項目的研究與應用成功，經濟效益顯著；

（2）與變頻器比較，該項目具有投資少，見效快、操作維護簡便的特點；

（3）該調速裝置尤其適用在不需過度頻繁調節的場合，設備故障率低，調節精度相對較高，能夠達到比較理想的節能效果，具有比較廣闊的應用前景。

參考文獻

［1］劉應誠，楊乃喬.液力偶合器應用與節能技術［M］.北京：化學工業出版社，2006.

［2］楊乃喬.調速型液力偶合器在風機上的應用與節能［J］.液壓氣動與密封，2005，（1）：27-28.

［3］孫國琴.發電廠風機、水泵變頻調速與液力偶合器調速運行比較［J］.上海應用技術學院學報：自然科學版，2007，（2）：128-131.

The Research and Application of Hydraulic Coupler in Quenching Pump

ZUO Xianren
（Shandong Steel Group Laiwu branch plate division， Laiwu 271104）

Abstract:This paper describes variable speed fluid couplings in Laigang 4300mm heavy plate heat treatment production line quenching pump research， application and produce the energy saving effect and benefit， in order to provide some new ideas on the introduction and application of the production line of energy-saving electromechanical equipment.

Key words:speed， hydraulic coupler， quenching pump，frequency conversion