CN103867682B - 一种水介质偶合器及其内释压方法 - Google Patents

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Abstract

一种水介质偶合器及其内释压方法，包括：位于输入端连接电机的输入联轴器组件，转壳与泵轮连接，使涡轮置于其中，形成于转壳与泵轮之间的环状密闭辅室，中空状涡轮轴，在偶合器腔体，即在由泵轮和转壳内部形成的空间内使用水介质，其特征在于，所述涡轮轴为中空状，内置有设置于涡轮轴中空部分的内释压阀，当偶合器因超载发热而使水被加热汽化、压力升高并超过预定值时，所述内释压阀能自动释放气体或蒸汽，阻止汽压的进一步上升。所述水介质偶合器及其内释压方法特别适用于煤矿等企业对偶合器防燃、防爆要求较高的刮板输送机、皮带输送机、转载机、刨煤机、破碎机等。

Description

一种水介质偶合器及其内释压方法
技术领域
本发明涉及液力传动及自动化领域，特别是，本发明涉及一种水介质偶合器及其内释压方法，所述水介质偶合器及其内释压方法特别适用于煤矿等企业对偶合器防燃、防爆要求较高的刮板输送机、皮带输送机、转载机、刨煤机、破碎机等。
背景技术
在煤矿等矿业企业中，需使用大量的刮板输送机设备。刮板输送机等设备的作用不仅是运送煤和物料，而且还用于采煤机的运行轨道，因此，刮板输送机等成为现代化采煤工艺中不可缺少的主要设备。由于刮板输送机的启动频繁，启动、工作负荷变动大，堵转现象严重，且因其所处空间狭窄，环境恶劣，目前，广泛使用了限矩型液力或水介质偶合器。所述限矩型水介质偶合器通常安装在电机和刮板机中间，这样可以柔性地传递力矩，由此实施过载保护，达到均衡负荷、缓和冲击和振动的目的。
另外，针对煤矿井下的输送机、转载机等设备，则通常使用限矩型液力偶合器传动装置。此类设备在机械过载时易熔塞易熔合金熔化而喷洒出高温矿物油液，容易引发火灾和瓦斯爆炸的恶性事故，为防止这类恶性事故的发生，近年来这类偶合器正在改为用水或水基难燃液作为工作介质。这类偶合器简称水介质偶合器。
包括水介质偶合器的液力偶合器的泵轮和涡轮组成一个可使液体循环流动的密闭工作腔，泵轮装在输入轴上，涡轮装在输出轴上。动力机(内燃机、电动机等)带动输入轴旋转时，液体被离心式泵轮甩出。这种高速液体进入涡轮后即推动涡轮旋转，将从泵轮获得的能量传递给输出轴。最后液体返回泵轮，形成周而复始的流动。液力偶合器靠液体与泵轮、涡轮的叶片相互作用产生动量矩的变化来传递扭矩。
液力偶合器的特点是：能消除冲击和振动；输出转速低于输入转速，两轴的转速差随载荷的增大而增加；过载保护性能和起动性能好，载荷过大而停转时输入轴仍可转动，不致造成动力机的损坏；当载荷减小时，输出轴转速增加直到接近于输入轴的转速，使传递扭矩趋于零。液力偶合器的传动效率等于输出轴转速与输入轴转速之比。一般液力偶合器正常工况的转速比在0.95以上时可获得较高的效率。液力偶合器的特性因工作腔与泵轮、涡轮的形状不同而有差异。它一般靠壳体自然散热，不需要外部冷却的供油系统。如将液力偶合器的液体介质放空，偶合器就处于脱开状态，能起离合器的作用。
根据国家能源部的规定，今后将不再允许油介质偶合器在煤矿井下使用。据调查，在全国年产约5万台限矩型液力偶合器中，煤炭井下用水介质偶合器约占2/3以上。但是，水介质的使用又提出了偶合器的防爆安全可靠性的新问题。
众所周知，无论是油介质或是水介质的，定充液量的偶合器都装有易熔合金保护塞，其目的在于在负荷过载或卡住时，随着介质的温升至一定值，可以引起易熔合金的熔化，从而使工作腔排液，由此起到停止功率传输、切断动力的作用，保护电动机的安全运行。
虽然工作腔排液的同时也实现了偶合器的过压防爆保护，但是由于易熔合金要通过传导热引起熔化，反应时间比较长。这对于水介质偶合器来说，易使偶合器发生过压爆炸事故。这一方面因为水的饱和蒸汽压比较高，另一方面，压力又是以波的形式迅速传到偶合器的全部内壁面上的。因此，当负载急速制动，水温迅速升高时，这种过压保护功能就可能丧失，致使偶合器发生过压爆炸事故。为此，水介质偶合器都要在易熔塞之外再加装过压保护防爆塞，另外，根据相关规定，易熔塞和防爆塞都必须成对安装，以确保杜绝这类过压爆炸事故的发生。
显然可见，过压爆炸事故关系到人身安全，是液力传动装置中最为严重的故障之一，其危害等级按可靠性标准按照GB7826-87规定属于最高的IV级，因此水介质偶合器的防爆可靠性是一个必须加以关注和解决的重要问题。
另外，由于水介质偶合器腔内的高压水蒸气，使得采用普通油封难以起到密封效果，这也导致轴承的润滑情况不良。据调查，水介质偶合器的连续使用时间通常不超过3个月，有的甚至仅个把月。这不仅严重影响煤矿连续生产，而且还加大产煤成本，成为煤炭等行业的一大负担。
迄今为止，为解决水介质偶合器爆炸的问题，本领域以往采用下述方法：
一是采用增加易熔塞和易爆塞的冗余设计，提高其可靠性；
二是更合理地设计易熔塞和易爆塞。易熔塞是一种带螺纹的塞子，中央钻孔，孔中填满易熔合金，当与之接触的工作液温度升高到此合金的熔点时，合金熔化，工作液带着熔化的合金向外喷射，直至工作液放空，电机空转。易爆塞也是一种带螺纹的塞子，是一种组合件，其中夹了一片易破的金属，当与之接触的工作液压力升高到预定的数值时，该金属片破裂，工作液喷出、放空，使电机得保护)的安装位置。因此，易爆塞的安装应尽量避开最大直径处一圈相对静止水，即避开位于死角、不参与内部循环的静止水，而设置循环水温高的地方，以提高热传导率，改善易爆塞的环境，进而提高可靠性。
三是采用线接触式限压阀用于释放内部压力。由于内释压阀是通过偶合器内部释放的水蒸气，其工作压力较低，仅为水蒸气的压力；而线接触式限压阀是在偶合器外部释放的水及水蒸气，其本质上与易爆塞的原理一致，其工作压力较高，不仅包含水蒸气的压力，还包括工作水循环时的离心压力。为此，该方法虽可解决内部汽化压力问题，但是在排气时也须不断将水排除，同时须不断补液，非常麻烦。
总观上述，如何从根本上解决水介质偶合器腔内高压水蒸气的释压，也即避免水介质偶合器的过压爆炸的问题，是本领域亟待解决的问题。
发明内容
为解决上述问题，本发明的目的在于：提供一种水介质偶合器及其内释压方法，上述水介质偶合器及其内释压方法能够将水介质偶合器腔体内高压水蒸气自动释放而不会造成工作水被排放的防爆。使得水介质偶合器具有防爆的高可靠性，更长的使用寿命，更低的制造成本和更少的环境污染。
本发明的一种水介质偶合器的技术方案如下：
一种水介质偶合器，包括：位于输入端连接电机的输入联轴器组件，位于输入端连接电机的输入联轴器组件，转壳与泵轮连接，使涡轮置于其中，形成于转壳与泵轮之间的环状密闭辅室，设置于转壳5的易熔塞，涡轮轴，在偶合器腔体，即在由泵轮和转壳内部形成的空间内使用水介质，
其特征在于，
所述涡轮轴1为中空状，其与输入联轴器组件连接端的中空部分内置有内释压阀19，
所述泵轮9根部设置有连通辅室11的阻尼孔，使得在起动时辅室11内的水在离心力的作用下通过泵轮9与辅室11连接处的通孔缓慢进入泵轮，起到延长启动时间的作用。
根据本发明，当偶合器因超载发热而使水被加热汽化、压力升高并超过预定值时，所述内释压阀19能自动释放气体或蒸汽，阻止汽压的进一步上升。
根据本发明，所述辅室11为形成于转壳5与输入联轴器组件12之间、位于输入联轴器组件12与内释压阀19连接部外周的环状密闭腔室。
所述泵轮9根部设置有连通辅室11的阻尼孔，使得在起动时辅室11内的水在离心力的作用下通过泵轮9与辅室11连接处的阻尼孔缓慢进入泵轮，起到延长启动时间的作用。
涡轮轴1为中空状，内置有涡轮轴1的中空部分的内释压阀19，当偶合器因超载发热而使水被加热汽化、压力升高并超过预定值时，所述内释压阀19能自动释放气体或蒸汽，阻止汽压的进一步上升。
根据本发明，水介质偶合器由输入联轴器组件连接电机，带动泵轮9旋转。在泵轮的带动下，偶合器腔体内的水受到离心力的作用开始由泵轮9根部沿着泵轮9的叶片方向向外运动，增速增压后甩向涡轮6，在涡轮6中降压降速释放能量后沿叶片方向向内重新返回到泵轮9的根部，实现了水介质能量的传递，即将泵轮的功率传递到涡轮，实现驱动负载。
根据本发明，电机轴用平键与输入联轴器组件12连接，用螺栓连接在辅室11本体上，通过螺栓最终固定在转壳5上。转壳5与泵轮9通过螺栓连接。涡轮6通过螺栓与涡轮轴1相连接。涡轮轴1上安装有轴承，用于支撑泵轮9和转壳5。
停机时，偶合器内的工作水会通过泵轮9根部的大通孔进入辅室11，启动时辅室11内的水在离心力的作用下通过泵轮9与辅室11连接处的阻尼孔缓慢进入泵轮，起到延长启动时间的作用。
根据本发明所述的一种水介质偶合器，其特征在于，
其中涡轮轴1内部开有4-8个通气孔，与所述内释压阀19端盖上设置的4-8个通气孔相通。
根据本发明所述的一种水介质偶合器，其特征在于，
所述弹簧压力调节螺母25套接于弹簧24外周，内释压阀的压力设定值可以通过旋转弹簧压力调节螺母25改变弹簧24的预紧力来实现。
根据本发明所述的一种水介质偶合器，其特征在于，
膜片12周缘固定于阀体23内，阀体23用于固定膜片12的内侧形成喇叭口形周向凹槽，以降低膜片12带动阀芯8移动时的阻力。
根据本发明所述的一种水介质偶合器，其特征在于，
阀芯21与阀体23内侧接触的外周为多角形，所述多角形的多个外端形成圆弧面结构。
优选的是，阀芯21与阀体23内侧接触的外周为六角形，所述多角形的六个外端形成圆弧面结构。
根据本发明所述的一种水介质偶合器，其特征在于，
涡轮轴1设置端部设置有卡簧槽，用卡簧固定内释压阀19，两者之间设有防止气体泄漏的密封。
根据本发明所述的一种水介质偶合器，其特征在于，
内释压阀的压力设定为低于易熔塞熔化温度T对应的饱和水蒸气的压力，内释压阀的压力对应的温度范围设定为(100，T1)，T1取煤炭标准(MT/T208-1995)规定的熔化温度T＝115±5℃上限。
优选的是，内释压阀的压力对应的温度范围设定为T-(0.5-3)℃，T＝115±5℃。
优选的是，内释压阀的压力对应的温度范围设定为T-1℃，T＝115±5℃。
根据本发明所述的一种水介质偶合器，其特征在于，
所述内释压阀阀体23内由输出部向输入部依次设置有端盖20、阀芯21、环状设置于阀芯21法兰状外缘的膜片22、弹簧24及弹簧压力调节螺母25，所述内释压阀阀体23通过定位套筒13和卡簧14固定在涡轮轴1内部。
当水介质偶合器在运行工作中发生超载或者卡阻时，在偶合器腔体即由泵轮9和转壳5内部形成的空间内形成分层：最外层I为水、中间层II为水蒸气、最内层III为空气。
根据本发明所述的一种水介质偶合器，其特征在于，
其中涡轮轴1内部开有4-8个通气孔，与所述内释压阀19端盖上设置的4-8个通气孔相通。
优选的是，其中涡轮轴1内部开有6个通气孔，与所述内释压阀19端盖上设置的6个通气孔相通。
其中涡轮轴1内部开有6个通气孔，与所述内释压阀19端盖上设置的6个通气孔相通。
根据本发明所述的一种水介质偶合器，其特征在于，所述偶合器壁厚为4-7mm。
本发明的一种水介质偶合器内释压方法的技术方案如下：
一种水介质偶合器内释压方法，所述水介质偶合器包括：位于输入端连接电机的输入联轴器组件，位于输入端连接电机的输入联轴器组件，转壳与泵轮连接，使涡轮置于其中，形成于转壳与泵轮之间的环状密闭辅室，设置于转壳5的易熔塞，涡轮轴，在偶合器腔体，即在由泵轮和转壳内部形成的空间内使用水介质，其特征在于，
所述涡轮轴1为中空状，其与输入联轴器组件连接端的中空部分内置有内释压阀19，
所述辅室11为形成于转壳5与输入联轴器组件12之间的环状密闭腔室，
所述泵轮9根部设置有连通辅室11的通孔，使得在起动时辅室11内的水在离心力的作用下通过泵轮9与辅室11连接处的通孔缓慢进入泵轮，起到延长启动时间的作用，内释压阀的压力设定为低于易熔塞熔化温度T对应的饱和水蒸气的压力，
当偶合器因超载发热而使水被加热汽化、压力升高并超过预定值时，所述内释压阀19能自动释放气体或蒸汽，阻止汽压的进一步上升。
根据本发明所述的一种水介质偶合器内释压方法，其特征在于，
其中涡轮轴1内部开有4-8个通气孔，与所述内释压阀19端盖上设置的4-8个通气孔相通。
根据本发明所述的一种水介质偶合器内释压方法，其特征在于，
所述弹簧压力调节螺母25套接于弹簧24外周，内释压阀的压力设定值可以通过旋转弹簧压力调节螺母25改变弹簧24的预紧力来实现。
根据本发明所述的一种水介质偶合器内释压方法，其特征在于，
膜片22周缘固定于阀体23内，阀体23用于固定膜片12的内侧形成喇叭口形周向凹槽，以降低膜片22带动阀芯21移动时的阻力。
根据本发明所述的一种水介质偶合器内释压方法，其特征在于，
阀芯21与阀体23内侧接触的外周为六角形，所述六角形的六个外端形成圆弧面结构。
根据本发明所述的一种水介质偶合器内释压方法，其特征在于，
所述内释压阀阀体23内由输出部向输入部依次设置有端盖20、阀芯21、环状设置于阀芯21法兰状外缘的膜片22、弹簧24及弹簧压力调节螺母25，所述内释压阀阀体23通过定位套筒13和卡簧14固定在涡轮轴1内部。
根据本发明所述的一种水介质偶合器内释压方法，其特征在于，
内释压阀的压力设定为低于易熔塞熔化温度T对应的饱和水蒸气的压力，内释压阀的压力对应的温度范围设定为(100，T1)，T1取煤炭标准(MT/T208-1995)规定的熔化温度T＝115±5℃上限。
优选的是，内释压阀的压力对应的温度范围设定为T-(0.5-3)℃，T＝115±5℃。
优选的是，内释压阀的压力对应的温度范围设定为T-1℃，T＝115±5℃。
根据本发明，所述内释压阀采用膜片放大的原理，将较小的压差转化为较大的推力，进而实现与外界连通后排放释压。同时采用圆柱形结构，能够安装在偶合器内部的膜片式内释压阀。通过调整其弹簧的预紧力，可以设定内释压阀的排放压力，确保水介质偶合器腔体内压力不超过该设定值。
根据本发明，阀芯21始终受到弹簧24的推力，当工作腔气压较小时，膜片22转化的推力不足以克服弹簧24的预紧力时，阀芯21紧紧压靠在密封垫上面，此时内释压阀处于关闭状态。阀芯21的端部形貌为很窄的环带，与密封垫配合具有较好的密封效果，可有效防止工作水及气体泄漏。内释压阀关闭时，将水介质偶合器的工作腔、内释压阀的工作腔与外界是隔断的。
根据本发明，当内释压阀工作腔的气压上升后通过膜片22转化的推力足以克服弹簧24的预紧力时，阀芯21向右移动，当其凸肩顶住阀体23的内壁时未最大行程，此时内释压阀开启状态。内释压阀工作腔内与外界连通，工作腔内的气体通过阀芯21的中间通道排向外界，进行释压。当工作腔内的气压下降到通过膜片22转化的推力不足以克服弹簧13的预紧力时，阀芯21紧紧压靠在密封垫上面，内释压阀又恢复到关闭状态。
根据本发明所述的一种水介质偶合器内释压方法，其特征在于，
涡轮轴1设置端部设置有卡簧槽，用卡簧固定内释压阀19，两者之间设有防止气体泄漏的密封。
根据本发明所述的一种水介质偶合器内释压方法，其特征在于，
内释压阀的压力设定为(T-(0.5-3)℃)，T＝115±5℃。
优选的是，内释压阀的压力设定为T-1℃，T＝115±5℃。
根据本发明所述的一种水介质偶合器内释压方法，其特征在于，
其中涡轮轴1内部开有6个通气孔，与所述内释压阀19端盖上设置的6个通气孔相通。
根据本发明的一种水介质偶合器内释压方法，泵涡轮轴1设置端部设置有卡簧槽，用卡簧固定内释压阀19，两者之间设有密封防止气体泄漏。
通过合理选择密封垫材料及合理设计阀芯端部的形貌具有较好的密封效果。进入内释压阀内的气体可以通过膜片22推动阀芯，当其压力作用在膜片22上的推力足以克服弹簧24的预紧力和阀芯的摩擦力时，阀芯打开，内释压阀进行排气泄压。
本发明所述的一种水介质偶合器内释压方法，其特征在于，
所述水介质偶合器在输入轴连接电机，带动涡轮6旋转，在泵轮的带动下，偶合器腔体内的水受到离心力的作用，由涡轮6根部沿着涡轮6的叶片方向向外运动，增速增压后甩向泵轮9，在泵轮9中降压降速释放能量后沿叶片方向向内重新返回到涡轮6的根部，实现了水介质能量的传递，即将泵轮的功率传递到涡轮，实现驱动负载。
根据本发明，当水介质偶合器在运行工作中发生超载或者卡阻时，偶合器腔体内形成分层：最外层I为水、中间层II为水蒸气、最内层III为空气。
当水介质偶合器在运行工作中发生超载或者卡阻时，由于泵轮与涡轮的转速差增大，摩擦力增加，电机的输出功率大部分或者全部转化为水的内能，将导致水温的急剧上升。由饱和水蒸气温度与压力的关系可知，当温度超过一定值时便有水蒸气产生，温度越高，饱和水蒸气的压力也越高。由于水、饱和水蒸气以及空气的密度不同，在离心力的作用下会形成了分层。如图1中所示，其中最外层I为水、中间层II为水蒸气、最内层III为空气。腔体内最内层的空气与中间层的水蒸气等高压气体，通过涡轮轴的通气孔进入内释压阀。当气体压力达到内释压阀的设定值时，通过膜片22将高压的气体排出偶合器外部，避免了腔体内的压力的持续升高引起的爆炸。
为了安全起见，一般将其压力设定为(T-1)度对应的饱和水蒸气的压力。
其内释压方法利用物质的离心力原理，并结合饱和水蒸气温度与压力的关系，在水介质温度上升到易熔塞的融化温度前，将偶合器腔体内建立起的饱和水蒸气压力从安装在偶合器腔体的中间轴部位的可调压内释压阀进行释放。
根据本发明，可以使水介质偶合器通过安装在涡轮轴内部的内释压阀，按照其预先设定好的压力进行释放高压气体，避免了水介质偶合器的非正常爆炸，提高了水介质偶合器的安全、可靠性。另外，由于内释压阀设定的排放压力对应的饱和蒸汽温度低于易熔塞的熔化温度，且排出的水蒸气具有较大的汽化潜热，对于比热容较小的水来说，可以起到明显的降温作用，防止了易熔塞熔化，提高了水介质偶合器的在机使用时间。再者，通过内释压阀预先把腔体内的压力进行释放，保证偶合器内部工作介质处于低温、低压的状态，不仅可以提高密封寿命，改善轴承的润滑情况，进一步延长水介质偶合器的在机使用时间，还可以通过降低偶合器本体的耐压强度，进一步降低水介质偶合器制造成本，降低能耗。
总上所述，水介质偶合器采用本发明方法内释压后，将使得水介质偶合器具有防爆的高可靠性，更长的使用寿命，更低的制造成本和更少的环境污染。
附图说明
图1内释压式水介质偶合器结构示意图。
图2a，b分别为涡轮轴结构示意图和剖视图。
图3为内释压阀示意图。
1涡轮轴，2油封，3油封盖，4轴承，5转壳，6涡轮，7螺栓，8螺母，9泵轮，10螺栓，11辅室，12输入联轴器组件，13定位套筒，14卡簧，15油封，16轴承，17易爆塞，18易熔塞，19内释压阀。
20端盖，21阀芯，22膜片，23阀体，24弹簧，25弹簧压力调节螺母。
具体实施方式
实施例1
一种水介质偶合器，所述水介质偶合器顺序包括：位于输入端连接电机的输入联轴器组件，用于传输的转壳，设置于转壳内用于传输的涡轮及泵轮，形成于转壳与输入联轴器组件之间的环状密闭辅室，贯通输入端和输出端的中空状涡轮轴，在偶合器腔体，即在由泵轮和转壳内部形成的空间内使用水介质。输入联轴器部件12由输入联轴器及相关的弹性连接件组成。
所述涡轮轴1为中空状，其与输入联轴器组件连接端的中空部分内置有内释压阀19，所述辅室11为形成于转壳5与输入联轴器组件12之间的环状密闭腔室，所述泵轮9根部设置有连通辅室11的通孔，使得在起动时辅室11内的水在离心力的作用下通过泵轮9与辅室11连接处的通孔缓慢进入泵轮，起到延长启动时间的作用，内释压阀的压力设定为低于易熔塞熔化温度T对应的饱和水蒸气的压力，转壳5外周缘设置易爆塞和易熔塞。
当偶合器因超载发热而使水被加热汽化、压力升高并超过预定值时，所述内释压阀19能自动释放气体或蒸汽，阻止汽压的进一步上升。如升至0.03～0.04MPa时就把空气或水汽放了，不使其继续升高。
其中涡轮轴1内部开有6个通气孔，与所述内释压阀19端盖上设置的6个通气孔相通。
功率传递部由转壳5、涡轮6、泵轮9、辅室11构成。电机轴用平键与输入联轴器组件12连接，用螺栓连接在辅室11本体上，通过螺栓最终固定在转壳5上。转壳5与泵轮9通过螺栓连接。涡轮6通过螺栓与涡轮轴1相连接。涡轮轴1上安装有轴承，用于支撑泵轮9和转壳5。停机时，偶合器内的工作水会通过泵轮9根部的大通孔进入辅室11，启动时辅室11内的水在离心力的作用下通过泵轮9与辅室11连接处的阻尼孔缓慢进入泵轮，起到延长启动时间的作用。
所述内释压阀阀体23内由输出部向输入部依次设置有端盖20、阀芯21、环状设置于阀芯21法兰状外缘的膜片22、弹簧24及弹簧压力调节螺母25。通过定位套筒13和卡簧24固定在涡轮轴1内部。所述弹簧压力调节螺母25套接于弹簧24外周，内释压阀的压力设定值可以通过旋转弹簧压力调节螺母25改变弹簧24的预紧力来实现。
另外，膜片22周缘固定于阀体1内，阀体1用于固定膜片22的内侧形成喇叭口形周向凹槽，以降低膜片22带动阀芯8移动时的阻力。
阀芯8与阀体23内侧接触的外周为六角形，所述六角形的六个外端形成圆弧面结构。以减轻工作阻力。所述内释压阀阀体23通过定位套筒13和卡簧14固定在涡轮轴1内部。
根据本发明，所述内释压阀采用膜片放大的原理，将较小的压差转化为较大的推力，进而实现与外界连通后排放释压。同时采用圆柱形结构，能够安装在偶合器内部的膜片式内释压阀。通过调整其弹簧的预紧力，可以设定内释压阀的排放压力，确保水介质偶合器腔体内压力不超过该设定值。
根据本发明，阀芯21始终受到弹簧24的推力，当工作腔气压较小时，膜片22转化的推力不足以克服弹簧24的预紧力时，阀芯21紧紧压靠在密封垫上面，此时内释压阀处于关闭状态。阀芯21的端部形貌为很窄的环带，与密封垫配合具有较好的密封效果，可有效防止工作水及气体泄漏。内释压阀关闭时，将水介质偶合器的工作腔、内释压阀的工作腔与外界是隔断的。
根据本发明，当内释压阀工作腔的气压上升后通过膜片22转化的推力足以克服弹簧24的预紧力时，阀芯21向右移动，当其凸肩顶住阀体23的内壁时未最大行程，此时内释压阀开启状态。内释压阀工作腔内与外界连通，工作腔内的气体通过阀芯21的中间通道排向外界，进行释压。当工作腔内的气压下降到通过膜片22转化的推力不足以克服弹簧24的预紧力时，阀芯21紧紧压靠在密封垫上面，内释压阀又恢复到关闭状态。
另外，涡轮轴1设置端部设置有卡簧槽，用卡簧固定内释压阀19，两者之间设有防止气体泄漏的密封。内释压方法利用物质的离心力原理，并结合饱和水蒸气温度与压力的关系，在水介质温度上升到易熔塞的融化温度前，将偶合器腔体内建立起的饱和水蒸气压力从安装在偶合器腔体的中间轴部位的可调压内释压阀进行释放。为了安全起见，一般将其压力设定为(T-1)度对应的饱和水蒸气的压力。
内释压阀的压力设定为(T-(0.5-3)℃)，T＝115±5℃。优选的是，内释压阀的压力设定为T-1℃，T＝115±5℃。
泵涡轮轴1设置端部设置有卡簧槽，用卡簧固定内释压阀19，两者之间设有密封防止气体泄漏。
通过合理选择密封垫材料及合理设计阀芯端部的形貌具有较好的密封效果。进入内释压阀内的气体可以通过膜片22推动阀芯，当其压力作用在膜片22上的推力足以克服弹簧24的预紧力和阀芯的摩擦力时，阀芯打开，内释压阀进行排气泄压。
操作时，所述水介质偶合器在输入轴连接电机，带动涡轮6旋转，在泵轮的带动下，偶合器腔体内的水受到离心力的作用，由涡轮6根部沿着涡轮6的叶片方向向外运动，增速增压后甩向泵轮9，在泵轮9中降压降速释放能量后沿叶片方向向内重新返回到涡轮6的根部，实现了水介质能量的传递，即将泵轮的功率传递到涡轮，实现驱动负载。
当水介质偶合器在运行工作中发生超载或者卡阻时，由于泵轮与涡轮的转速差增大，摩擦力增加，电机的输出功率大部分或者全部转化为水的内能，将导致水温的急剧上升。由饱和水蒸气温度与压力的关系可知，当温度超过一定值时便有水蒸气产生，温度越高，饱和水蒸气的压力也越高。由于水、饱和水蒸气以及空气的密度不同，在离心力的作用下会形成了分层。如图1中所示，其中最外层I为水、中间层II为水蒸气、最内层III为空气。腔体内最内层的空气与中间层的水蒸气等高压气体，通过涡轮轴的通气孔进入内释压阀。当气体压力达到内释压阀的设定值时，通过膜片22将高压的气体排出偶合器外部，避免了腔体内的压力的持续升高引起的爆炸。
根据本发明，可以使水介质偶合器通过安装在涡轮轴内部的内释压阀，按照其预先设定好的压力进行释放高压气体，避免了水介质偶合器的非正常爆炸，提高了水介质偶合器的安全、可靠性。另外，由于内释压阀设定的排放压力对应的饱和蒸汽温度低于易熔塞的熔化温度，且排出的水蒸气具有较大的汽化潜热，对于比热容较小的水来说，可以起到明显的降温作用，防止了易熔塞熔化，提高了水介质偶合器的在机使用时间。再者，通过内释压阀预先把腔体内的压力进行释放，保证偶合器内部工作介质处于低温、低压的状态，不仅可以提高密封寿命，改善轴承的润滑情况，进一步延长水介质偶合器的在机使用时间，还可以通过降低偶合器本体的耐压强度，进一步降低水介质偶合器制造成本，降低能耗。
本发明的水介质偶合器及其内释压方法，实施简单，可靠性高，特别适用于煤炭行业的挂板机运输机用水介质偶合器，在煤炭、冶金、化工等行业具有较大的推广价值。

Claims (10)

1.一种水介质偶合器，包括：位于输入端连接电机的输入联轴器组件，转壳与泵轮连接，使涡轮置于转壳中，形成于转壳与泵轮之间的环状密闭辅室，设置于转壳的易熔塞，涡轮轴，在偶合器腔体，即在由泵轮和转壳内部形成的空间内使用水介质，其特征在于，
所述涡轮轴(1)为中空状，在靠近输入联轴器组件的中空部分内置有内释压阀(19)，
所述内释压阀的压力设定为低于易熔塞熔化温度T对应的饱和水蒸气的压力，
所述泵轮(9)根部设置有连通辅室(11)的阻尼孔，使得在起动时辅室(11)内的水在离心力的作用下通过泵轮(9)与辅室(11)连接处的阻尼孔缓慢进入泵轮，起到延长启动时间的作用。
2.如权利要求1所述的一种水介质偶合器，其特征在于，
其中涡轮轴(1)内部开有通气孔，与所述内释压阀(19)端盖上设置的通气孔相通。
3.如权利要求1所述的一种水介质偶合器，其特征在于，
膜片由压板压靠在阀芯的凸肩上，弹簧一端抵接、安装在阀芯的阀座内，所述弹簧压力调节螺母(25)套接于弹簧(24)外周并与阀体内周螺接，内释压阀的压力值的设定可以通过旋转弹簧压力调节螺母(25)改变弹簧(24)的预紧力来实现。
4.如权利要求1所述的一种水介质偶合器，其特征在于，
内释压阀的压力设定为低于易熔塞熔化温度T对应的饱和水蒸气的压力，内释压阀的压力对应的温度范围设定为(100，T1)，T1取煤炭标准(MT/T208-1995)规定的熔化温度T＝115±5℃上限。
5.如权利要求1所述的一种水介质偶合器，其特征在于，
所述内释压阀阀体(23)通过定位套筒(13)和定位套筒(13)内的卡簧(14)固定在涡轮轴(1)内部。
6.一种水介质偶合器内释压方法，所述水介质偶合器包括：位于输入端连接电机的输入联轴器组件，转壳与泵轮连接，使涡轮置于其中，形成于转壳与泵轮之间的环状密闭辅室，设置于转壳的易熔塞，涡轮轴，在偶合器腔体，即在由泵轮和转壳内部形成的空间内使用水介质，其特征在于，
所述涡轮轴(1)为中空状，其与输入联轴器组件连接端的中空部分内置有内释压阀(19)，
所述辅室(11)为形成于转壳(5)与输入联轴器组件(12)之间的环状密闭腔室，
所述泵轮(9)根部设置有连通辅室(11)的通孔，使得在起动时辅室(11)内的水在离心力的作用下通过泵轮(9)与辅室(11)连接处的通孔缓慢进入泵轮，起到延长启动时间的作用，
内释压阀的压力设定为低于易熔塞熔化温度T对应的饱和水蒸气的压力，
当偶合器因超载发热而使水被加热汽化、压力升高并超过预定值时，所述内释压阀(19)自动释放气体或蒸汽，阻止汽压的进一步上升。
7.如权利要求6所述的一种水介质偶合器内释压方法，其特征在于，
其中涡轮轴(1)内部开有通气孔，与所述内释压阀(19)端盖上设置的通气孔相通。
8.如权利要求6所述的一种水介质偶合器内释压方法，其特征在于，
膜片由压板压靠在阀芯的凸肩上，弹簧一端抵接、安装在阀芯的阀座内，
所述弹簧压力调节螺母(25)套接于弹簧(24)外周并与阀体内周螺接，内释压阀的压力设定值可以通过旋转弹簧压力调节螺母(25)改变弹簧(24)的预紧力来实现。
9.如权利要求6所述的一种水介质偶合器内释压方法，其特征在于，
所述内释压阀阀体(23)内由输出部向输入部依次设置有端盖(20)、阀芯(21)、环状设置于阀芯(21)法兰状外缘的膜片(22)、弹簧(24)及弹簧压力调节螺母(25)，所述内释压阀阀体(23)通过定位套筒(13)和卡簧(14)固定在涡轮轴(1)内部。
10.如权利要求6所述的一种水介质偶合器内释压方法，其特征在于，内释压阀的压力设定为低于易熔塞熔化温度T对应的饱和水蒸气的压力，内释压阀的压力对应的温度范围设定为(100，T1)，T1取煤炭标准(MT/T208-1995)规定的熔化温度T＝115±5℃上限。
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