CN103486247A - 液力偶合器变频调速方法 - Google Patents

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Abstract

一种液力偶合器变频调速方法，属于新型高效机电联合特种传动技术领域。本发明的目的是使液力偶合器和变频器联合使用，成为一个新型高效机电联合特种传动技术，达到克服液力偶合器弊端、发挥变频器优势的液力偶合器变频调速方法。本发明变频调速是指通过给水泵组电动机变频调速，实现液力偶合器输入轴变频调速，实现增速齿轮副变频调速，实现泵轮变频调速，进而实现液力偶合器输出轴及给水泵的变频调速。本发明有效的将变频器与液力偶合器联合使用，解决了液力偶合器不能变频调速问题，实现了液力偶合器和变频器机电联合新型高效节能使用，克服了液力偶合器的弊端，发挥了变频器的优势。

Description

液力偶合器变频调速方法
 
技术领域
本发明属于新型高效机电联合特种传动技术领域。
背景技术
国内外液力偶合器的主体结构是偶合器箱体，增速齿轮副（大齿轮啮合小齿轮），输入轴通过齿轮驱动或直接驱动的润滑油泵和工作油泵，电动辅助润滑油泵，泵论，涡轮，勺管，调速机构，工作油系统，润滑油系统，油箱，工作油冷油器，润滑油冷油器，双筒滤网等组成。
电动机与液力偶合器及发电厂锅炉给水泵间的转矩传递是由联轴器完成的。电动机输入转速，由液力偶合器增速齿轮副的小齿轮，增速至泵论设计转速传递至泵轮轴，泵轮在泵轮轴的驱动下以泵轮转速定速运行。泵轮与涡轮间由工作油传递转矩，电动机的转矩通过输入轴、增速齿轮副大小齿轮及泵轮轴传递给泵轮，泵轮使工作油加速并将泵轮转矩转换成工作油的动能，工作油推动涡轮转动，将工作油的动能转换成涡轮的转矩，涡轮通过输出轴驱动锅炉给水泵运行。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，工作油腔内的充液量通过调节勺管位置进行控制，勺管由调速机构自动或手动调控。
工作油在泵轮与涡轮间的循环是由泵轮与涡轮间滑差所产生的压差实现的。液力偶合器的功率损耗就是泵论与涡轮间的滑差率。由滑差率产生的功率损耗致使油温升高，油温随涡轮与泵轮的转速比成反比增高，涡轮与泵轮的转速比越低，滑差率越高效率越低，滑差率越高油温越高，这是在役运行中用于发电厂锅炉给水泵的液力偶合器普遍存在的问题。
目前国内外液力偶合器调节方式，主要有进口调节式、出口调节式、进出口调节式三种，三种调节方式统属于容积调速方法。所谓容积调速方法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调速方法。
以容积调速方法调速的液力偶合器，其传递效率等于涡轮转速与泵轮转速之比，且随转速比变化而变化。其最高效率点为满载工况点，偏离满载工况，效率随转速比降低而降低。这说明传统液力偶合器，只适应高转速比，满载工况运行；低转速比运行时效率低能耗高，这是传统液力偶合器无法解决的弊端。
发电厂给水泵组的连接方式是脱氧器水箱供水给前置泵，经前置泵升压后的脱氧水供给给水泵，给水泵再升压后供给锅炉，电动机一端驱动前置泵，另一端通过液力偶合器驱动给水泵。
发明内容
本发明的目的是使液力偶合器和变频器联合使用，成为一个新型高效机电联合特种传动技术，达到克服液力偶合器弊端、发挥变频器优势的液力偶合器变频调速方法。
本发明变频调速是指通过给水泵组电动机变频调速，实现液力偶合器输入轴变频调速，实现增速齿轮副变频调速，实现泵轮变频调速，保持泵轮与涡轮工作油腔内充液量为最大值，实现涡轮变频调速，进而实现液力偶合器输出轴及给水泵的变频调速；
其具体解决方案是：
a、在驱动液力偶合器输入轴的电动机与电源断路器之间安装有变频器；
b、保持泵轮与涡轮工作油腔内的充液量为最大值，即液力偶合器泵轮与涡轮间工作油腔内充液量最大和负载特性都不变；
c、润滑油泵和工作油泵采用润滑油系统和工作油系统单独电动机驱动方式供油；或将输入轴通过齿轮或直接驱动的润滑油泵和工作油泵，改为箱体外单独电动机驱动的供油方式供油。
本发明驱动液力偶合器输入轴的电动机与电源断路器之间安装的变频器并联安装有工频旁路系统。
本发明的液力偶合器变频调速方法，其中：
a、单独电动机驱动的润滑油泵：通过逆止门、截止门与润滑油冷油器入口管连接，通过润滑油冷油器、双筒滤网，向润滑油系统供润滑油，电动辅助润滑油泵作备用；
b、单独电动机驱动的工作油泵：两台并联配置单独电动机驱动的工作油泵一运一备，通过逆止门、截止门，出口管直接与原工作油泵出口管连接，向工作油系统供工作油；
c、或箱体外单独电动机驱动箱体内原配同轴驱动的润滑油泵和工作油泵分别向润滑油系统和工作油系统供油，由电动辅助润滑油泵作润滑油泵的备用泵，另设置一台单独电动机驱动的备用工作油泵与工作油泵并联，作为工作油泵的备用泵。
本发明使同一台液力偶合器，具有工变频两种运行方式，两种运行方式切换运行，一运一备互为备用。
本发明前置泵适应给水泵电动机工变频切换运行方式，给水泵电动机工频运行时，前置泵定速运行；给水泵电动机变频运行时，前置泵变速运行。
本发明有效的将变频器与液力偶合器联合使用，解决了液力偶合器不能变频调速问题，实现了液力偶合器和变频器机电联合新型高效节能使用，克服了液力偶合器的弊端，发挥了变频器的优势，结束了液力偶合器不能变频调速的历史，开创了液力偶合器与变频器机电联合新型高效节能降耗的新纪元。使同一台液力偶合器，具有工变频两种运行方式，两种运行方式可以切换运行，一运一备互为备用。
附图说明
图1是本发明液力偶合器和变频器机电联合新型高效给水泵组连接示意简图；
图中1是电源母线，2是断路器，3是变频器，31是工频旁路系统，4是电动机，5是液力偶合器，6是给水泵，7是前置泵，8、81、82是隔离刀闸,9是脱氧器水箱，10是锅炉；
图2是本发明单独电动机驱动润滑油泵和工作油泵供油方式系统图；
图中13是工作油泵，14是润滑油泵，15是电动机，26是双筒滤网，28是润滑油冷油器，34是工作油冷油器，51是输入轴，52是增速齿轮副，55是输出轴， 56是泵轮，57是涡轮， 58是电动辅助润滑油泵；
图3是本发明单独电动机驱动润滑油泵和工作油泵供油方式系统图；
图中13是工作油泵，14是润滑油泵，15是电动机，26是双筒滤网，28是润滑油冷油器，34是工作油冷油器，51是输入轴，52是增速齿轮副，55是输出轴， 56是泵轮，57是涡轮， 58是电动辅助润滑油泵；
图4是箱体外单独电动机驱动箱体内原配润滑油泵和工作油泵结构图。
图中13是备用工作油泵，15是电动机，26是双筒滤网，28是润滑油冷油器，34是工作油冷油器，51是输入轴，52是增速齿轮副，53是工作油泵，54是润滑油泵，55是输出轴， 56是泵轮，57是涡轮， 58是电动辅助润滑油泵。
具体实施方式
本发明液力偶合器变频调速方法的核心技术是，保持液力偶合器泵轮与涡轮间工作油腔内充液量最大和负载特性都不变的条件下，通过驱动液力偶合器电动机的变频调速，实现液力偶合器输入轴变频调速，实现增速齿轮副变频调速，实现泵轮变频调速，进而实现液力偶合器输出轴及给水泵的变频调速，改变液力偶合器泵轮转速，也就改变了液力偶合器输入、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地调速方法，即液力偶合器变频调速方法。
本发明液力偶合器变频调速方法的具体实施方案是：
a、在驱动液力偶合器输入轴的电动机与电源断路器之间安装有变频器；
b、保持泵轮与涡轮工作油腔内充液量为最大值，即液力偶合器泵轮与涡轮间工作油腔内充液量最大和负载特性都不变；
c、解除输入轴通过齿轮或直接驱动润滑油泵和工作油泵供油方式；采用润滑油系统和工作油系统单独电动机驱动润滑油泵和工作油泵供油方式；或将输入轴通过齿轮或直接驱动的润滑油泵和工作油泵，改为箱体外单独电动机驱动的供油方式。
本发明驱动液力偶合器输入轴的电动机与电源断路器之间安装的变频器并联安装有工频旁路系统。
本发明液力偶合器工变频运行方式，随电动机工变频运行方式同步切换运行。
其具体实施方案是：单独电动机驱动的润滑油泵14通过逆止门、截止门与润滑油冷油器28入口管连接，通过润滑油冷油器28、双筒滤网26，向润滑油系统供润滑油，电动辅助润滑油泵58作备用；两台并联配置单独电动机驱动的工作油泵13一运一备，通过逆止门、截止门，出口管与原工作油泵出口管连接，向工作油系统供工作油，见附图2、附图3；或将输入轴51通过齿轮驱动的润滑油泵54和工作油泵53改为箱体外单独电机15驱动方式供油，由电动辅助润滑油泵58作润滑油泵的备用泵，另设置一台单独电动机15驱动的工作油泵13与原工作油泵53并联，作为工作油泵的备用泵，见附图4。
本发明驱动液力偶合器5输入轴的电动机4与电源断路器2之间安装的变频器3并联安装有工频旁路系统31，见附图1。
以下结合附图对本发明做进一步描述：
本发明液力偶合器变频调速时，泵轮56与涡轮57工作油腔内充液量保持在最大，涡轮57与泵轮56滑差最低、相对固定起联轴器作用，此时液力偶合器相当于增速齿轮箱，见附图4。
本发明适应工变频两种驱动方式，断路器2合闸，旁路隔离刀闸8合闸，变频器输入端隔离刀闸81断开、变频器输出端隔离刀闸82断开状态，为工频驱动方式；断路器2合闸，旁路隔离刀闸8断开，变频器输入端隔离刀闸81合闸、变频器输出端隔离刀闸82合闸状态，为变频驱动方式，两种驱动方式可以相互切换，见附图1。
本发明使电动机同轴驱动的前置泵7适应给水泵电动机4工变频切换运行方式，给水泵电动机4工频运行时，前置泵7定速运行；给水泵电动机4变频运行时，前置泵7变速运行，达到既能保持给水泵必需汽蚀余量又能节电地目的，见附图1。
本发明液力偶合器变频调速运行时，泵轮56与涡轮57工作油腔内充液量保持在最大，涡轮57与泵轮56转速比最高，转差率最低，效率为液力偶合器最高效率，泵轮变频调速范围内始终保持高效率不变。
本发明液力偶合器变频调速方法，是通过改变变频器3输出频率，从而改变电动机4转速实现的。变频调速效率等于变频器3效率与液力偶合器5最高效率之积。输出转速相同时的变频运行效率与工频运行效率之差，即是节电率，输出转速低于额定转速75%时，节电率可达20%左右。
满载运行时，宜采用工频运行方式；负荷率在95%及以下运行时，宜采用变频运行方式。
表1液力偶合器变频运行与工频运行效率比较
Figure 2013104891231100002DEST_PATH_IMAGE001
适用范围
适用于发电厂通过液力偶合器驱动的电动给水泵的节能升级改造；也适用于液力偶合器生产厂家根据市场需求生产新型高效特种液力偶合器。 
应用前景
这一液力偶合器变频调速方法，是新型高效特种传动技术，将有广泛应用前景。可以应用于200MW、300MW、600MW在役发电机组通过液力偶合器驱动的电动给水泵的节能技术改造；也可应用于300MW 、600MW、 1000MW新建发电机组电动给水泵的传动与调速，是电动给水泵最新调速技术。无论用于生产技术改造还是用于新建机组设计配套，其节电效果肯定，推广应用后企业效益可观，社会效益显著。

Claims (5)

1.一种液力偶合器变频调速方法，其特征在于：变频调速是指通过给水泵组电动机变频调速，实现液力偶合器输入轴变频调速，实现增速齿轮副变频调速，实现泵轮变频调速，保持泵轮与涡轮工作油腔内充液量为最大值，实现涡轮变频调速，进而实现液力偶合器输出轴及给水泵的变频调速；
其具体解决方案是：
a、在驱动液力偶合器输入轴的电动机与电源断路器之间安装有变频器；
b、保持泵轮与涡轮工作油腔内的充液量为最大值，即液力偶合器泵轮与涡轮间工作油腔内充液量最大和负载特性都不变；
c、润滑油泵和工作油泵采用润滑油系统和工作油系统单独电动机驱动方式供油；或将输入轴通过齿轮或直接驱动的润滑油泵和工作油泵，改为箱体外单独电动机驱动的供油方式供油。
2.根据权利要求1所述的液力偶合器变频调速方法，其特征在于：驱动液力偶合器输入轴的电动机与电源断路器之间安装的变频器并联安装有工频旁路系统。
3.根据权利要求1所述的液力偶合器变频调速方法，其特征在于：
a、单独电动机驱动的润滑油泵：通过逆止门、截止门与润滑油冷油器入口管连接，通过润滑油冷油器、双筒滤网，向润滑油系统供润滑油，电动辅助润滑油泵作备用；
b、单独电动机驱动的工作油泵：两台并联配置单独电动机驱动的工作油泵一运一备，通过逆止门、截止门，出口管直接与原工作油泵出口管连接，向工作油系统供工作油；
c、或箱体外单独电动机驱动箱体内原配同轴驱动的润滑油泵和工作油泵分别向润滑油系统和工作油系统供油，由电动辅助润滑油泵作润滑油泵的备用泵，另设置一台单独电动机驱动的备用工作油泵与工作油泵并联，作为工作油泵的备用泵。
4.根据权利要求1所述的液力偶合器变频调速方法，其特征在于：使同一台液力偶合器，具有工变频两种运行方式，两种运行方式切换运行，一运一备互为备用。
5.根据权利要求4所述的液力偶合器变频调速方法，其特征在于：前置泵适应给水泵电动机工变频切换运行方式，给水泵电动机工频运行时，前置泵定速运行；给水泵电动机变频运行时，前置泵变速运行。
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