HYZ750-2B 液力偶合器冷卻系統改造的研究與應用

冉 建，余建勇，毛建偉

（川西鉆探公司，四川成都 610051）

0 引言

川西鉆探公司有10 個鉆井隊使用HYZ750-2B 液力偶合器共計30 臺，均采用柴油機與偶合器聯合水冷系統進行散熱。液力偶合器的液力油利用柴油機的冷卻水來冷卻，冷卻效果差，液力油油溫經常高達110 ℃，嚴重影響液力偶合器動力輸出，同時也增加了柴油機的散熱負荷，影響柴油機的正常運轉。

1 改造原因分析

改造前，HYZ750-2B 液力偶合器采用柴油機與偶合器聯合水冷系統進行散熱（（圖1））。利用12V190 柴油機的低溫循環水來冷卻其液力傳動油，主要存在以下兩個問題。

圖1 聯合水冷系統原理

（1）因190 系列柴油機一般采用半開式葉輪水泵，在中冷水系統中串聯偶合器的散熱器后，增加了循環水系統阻力，引起中冷水系統的流量減少，導致柴油機散熱效果下降。

（2）經過偶合器的冷卻水溫度較高，對柴油機的中冷器、機油冷卻器冷卻效果不好，增加了柴油機的散熱負荷，影響柴油機的正常運轉。液力偶合器的液力油利用柴油機的冷卻水來冷卻，冷卻效果很差，液力油油溫經常高達110 ℃，嚴重影響液力偶合器動力輸出，甚至無法使用。

經計算，柴油機自身的冷卻水很難同時滿足對柴油機本身及HYZ720-2B 液力偶合器的降溫需要。

冷卻水循環量Vw可由式（1）求得：

式中 Vw——冷卻水循環量，L/s

γw——水的比重，可近似取γw=1000 kg/m3

cw——水的比熱，可近似取cw=4.187 kJ/（kg·℃）

柴油機燃油所發出的熱量只有35%～45%轉變為有效功，有20%～30%的熱量被冷卻水帶走，25%～40%的熱量被廢氣帶走。也就是說，冷卻柴油機本身就需要水泵的循環量為（G12V190PZLG-3的標定功率為810 kW），則Vw1=Qw1/Δtw1γw1cw1=13.4 L/s。

根據偶合器大小及原散熱器估算其散熱量約為130 kW，那么所需冷卻水的循環量VW2=QW2/ΔtW2γW2cW2=3.5（L/s）。

所需冷卻水循環總量VW=VW1+VW2=16.9 L/s。

但是12V190 柴油機的半開式葉輪離心泵排量僅為1000 L/min、即16.7 L/s，小于所需冷卻水循環總量16.9 L/s。

2 獨立風冷系統的設計

2.1 散熱器

（1）偶合器所需冷卻空氣流量Vf=QW/Δtaγacpηf=17 667 m3/h，取風機空氣流量Qf=18 000 m3/h。

（2）風機大小確定。根據油散芯子迎風尺寸及油散結構，并參考風機廠家提供資料，確定風機葉輪直徑600 mm，風筒直徑為630 mm。

（3）風機風速v=Qf/S=16.04 m/s。

（4）風壓P=v2×1600=161 Pa。

2.2 防爆電機

（1）功率。單位時間重量流量為5.64 kg/s，則功率P 為1.49 kW，取系數1.5，則電機功率約2.2 kW。

（2）轉速。根據葉片角度、直徑、風量、風速、電機功率最終確定電機轉速為1460 r/min。

2.3 提高風扇冷卻效率的措施

一直以來，通過風扇來加強通風、強化冷卻的方法效率不高，一般不超過35%，浪費較大。而影響冷卻風扇效率的主要因素包含機械效率、液力效率和容積效率，其中容積效率最容易得到改善。

（1）安裝護風罩可提高風扇的風壓和風量，引導氣流均勻流過散熱器芯部，避免氣流回流或渦流出現，從而提高冷卻效率。

（2）盡量減少護風罩與風扇扇葉的徑向間隙，因氣流高速通過風扇扇葉時，扇葉前后存在壓差，通過扇葉后的氣流會通過此間隙回流，從而降低冷卻效率。

3 冷卻系統的改造

3.1 獨立風冷系統聯接與安裝

為減少工作量，減少對偶合器本體的改變或破壞，新設計的獨立風冷系統可安裝在改造前水冷散熱器的位置。將獨立風冷系統放在偶合器上，并確認與四周機件無干涉后緊固底座螺栓，最后將偶合器的出油口、進油口和風冷油冷器的進油口、出油口用高壓軟管連接，形成循環的油道。

3.2 柴油機低溫循環系統的恢復

HYZ750-2B 液力偶合器的散熱器進出口是串接在190 柴油機“低溫循環系統”回路上中冷器出水口和機油冷卻器進水口之間的（圖2）。如果進行改造，拆除偶合器的散熱器之后，第一要務就是連接好柴油機中冷器與機油冷卻器，恢復190 柴油機的“低溫循環系統”，保證柴油機的正常運轉。連接過程務必做到無滲漏、少彎道，減小水道摩阻，減輕低溫水泵的負荷。

圖2 偶合器與柴油機冷卻水通道的聯結示意

4 應用效果

先后將兩個隊共6 臺HYZ750-2B 液力偶合器液力油聯合水冷系統改造為獨立風冷系統后進行試運轉，液力油油溫控制在60～70 ℃（環境溫度35 ℃），既保障了液力偶合器的使用和動力輸出，也減小了柴油機的散熱負荷，工況運轉更好、更合理（圖3）。

圖3 改造后的偶合器現場試運行

5 結束語

通過改造，液力偶合器冷卻效果得到了較大的改善，減少了故障的發生，提高了可靠性，保障了它的正常使用和動力輸出，同時也減小了柴油機的散熱負荷，工況運轉更好、更合理。為降低獨立風冷系統能耗，未來可以通過加裝油溫感應器來控制風扇電路的通斷，讓油溫達到設定溫度時才啟動風扇開始降溫，這樣在冬天或輕負荷偶合器的油溫不太高時，獨立風冷系統就不會啟動，達到節能降耗的目的。