CN204877899U - 一种直驱式变频节能调速系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种直驱式变频节能调速系统，涉及传动设备节能调速的技术领域，为解决采用现有的液力耦合器工作能耗较大，转化效率较低从而造成企业运行成本提高、能源浪费的问题。所述直驱式变频节能调速系统包括相互连接的电动机和直驱式耦合器，其中，该系统还包括变频器，变频器串接在电源和电动机之间；直驱式耦合器包括耦合输入轴与耦合输出轴，耦合输入轴与耦合输出轴通过联轴器实现连接。本实用新型提供的直驱式变频节能调速系统使从电动机输出的能量在直驱式耦合器内的传递过程中的传动效率达到了最高，从而提高了能源的利用率，减少能源浪费。

Description

一种直驱式变频节能调速系统

技术领域

本实用新型涉及传动设备节能调速领域，具体涉及一种直驱式变频节能调速系统。

背景技术

目前，我国电力电网提供的工业用电标准频率为50Hz，当采用通用三相异步电动机驱动负载时，同步转速n₀根据公式n₀＝60f/p，其中n₀:同步转速；f:电源频率；p:电动机磁极对数。在两级电动机中，含有一对磁极，其同步转速为n₀＝60*50/1＝3000r/min；在四极电动机中，含有两对磁极，其同步转速n₀＝3000/2＝1500r/min。所以，电动机能达到的最大转速只能到3000r/min。因此，为了使工频电源驱动电动机的输出转速满足实际工作转速大于3000r/min的场合需要，常采用的做法是在电动机的输出端和负载输入端之间增加增速设备，如：增速齿轮箱和增速液力偶合器等。由于增速液力耦合器不仅有增速的功能，同时其自身还带有可调节工作油压的勺管，通过改变勺管的位置可实现对增速液力耦合器的输出转速进行控制和调节，因此被广泛应用在工作转速大于3000r/min的火电厂的电动给水泵上。

现有的液力耦合器(以下简称液耦)采用的是以液体为工作介质的传动方式，如图1所示，其机械传递单元为由同半径的泵轮51和涡轮52组成的一个可使液体循环流动的密闭工作腔，泵轮51作为主动轮安装在液耦5的耦合输入轴21上，涡轮52作为从动轮安装在液耦5的耦合输出轴22上，泵轮51和涡轮52之间留有间隙并相向耦合布置，互不接触。泵轮51与涡轮52装合后形成环形工作腔，并在工作腔中填充有工作油液。泵轮51在电动机1的驱动下进行旋转并带动油液在离心力作用下甩向泵轮51边缘，在泵轮51的转速大于涡轮52的转速时，泵轮51外缘的液压大于涡轮52外缘的液压，从而当压差液体冲击涡轮52时并足以克服外阻力时，涡轮52开始转动，即将动能传给涡轮52。但在液耦5的动能传输过程中，由于液体是柔性介质，易造成液体滑差，从而使泵轮51不能将动能完全传输给涡轮52。因此液耦5的工作能耗较大，即液耦5的运行效率较低。

火电厂的电动给水泵采用上述液耦实现驱动，根据统计，火电厂中电动给水泵的耗电量占发电厂用电量的近30％，在电动机驱动给水泵的过程中，电动机首先驱动液耦，再由液偶将动能传递给给水泵。但根据上述分析，动能在泵轮和涡轮的传输过程中滑差损失会非常大，因此在液耦中大量的动能会造成浪费，从而大大提高了企业的生产成本，提高了供电厂的煤耗量。而对于已安装的液耦，由于其设备位置已定，前后连接系统较为复杂，因此拆除的成本较高，因而急需采取一种简单、可靠的方式来对液耦进行改造。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种直驱式变频节能调速系统，用于解决采用现有的液耦工作能耗较大，转化效率较低从而造成企业运行成本提高、能源浪费的问题。

为了实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种直驱式变频节能调速系统，包括相互连接的电动机和直驱式耦合器，其中，

所述直驱式变频节能调速系统还包括变频器，所述变频器串接在电源和所述电动机之间；

所述直驱式耦合器包括耦合输入轴与耦合输出轴，所述耦合输入轴的输出端与所述耦合输出轴的输入端通过联轴器实现连接。

其中，所述电动机包括电动输出轴，所述电动输出轴的输出端设置有驱动齿轮，所述耦合输入轴的输入端设置有增速齿轮，所述驱动齿轮与所述增速齿轮相啮合。

进一步地，所述直驱式变频节能调速系统还包括负载装置，所述负载装置上设置有负载输入轴，所述耦合输出轴的输出端与负载输入轴的输入端由联轴器连接。

优选地，所述负载装置为给水泵。

相对于现有技术，本实用新型所述的直驱式变频节能调速系统具有以下优势：通过将直驱式耦合器中的输入轴与输出轴采用联轴器进行刚性连接，从而消除了传统的液耦中泵轮与涡轮在传动的过程中由于液体滑差而造成能量损失的问题。本实用新型呈刚性连接的输入轴与输出轴保证了输出轴的转速与输入轴的转速一致，使从电动机输出的能量在直驱式耦合器内传递过程中的传动效率达到了最高，从而提高了能源的利用率，减少了企业运行成本，降低了电厂的供电煤耗，因此，对能源和环境均具有突出的贡献。另外，又设置有变频器来调节电动机的输出转速，在满足了原有液耦所有功能的前提下，变频器的安装还进一步提高节能的功效，同时具备电动机软启动功能，对保护齿轮等机械磨损有显著效果，从而减少设备维护成本。此外，本实用新型在改造原液耦时，只需部分改造，改造程序少、难度小、成本低，因此本实用新型具有较为广泛的应用前景。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本实用新型的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1示出了采用传统液耦实现传动方式的结构示意图；

图2示出了根据本实用新型的一种优选实施方式的结构示意图。

附图标记：

1-电动机，11-电动输出轴，

111-驱动齿轮，2-直驱式耦合器，

21-耦合输入轴，211-增速齿轮，

22-耦合输出轴，23-联轴器，

3-变频器，4-负载装置，

41-负载输入轴，5-液耦，

51-泵轮，52-涡轮。

具体实施方式

本实用新型提供了许多可应用的创造性概念，该创造性概念可大量的体现于具体的上下文中。在下述本实用新型的实施方式中描述的具体的实施例仅作为本实用新型的具体实施方式的示例性说明，而不构成对本实用新型范围的限制。

下面结合附图和具体的实施方式对本实用新型作进一步的描述。

请参阅图2，本实用新型的实施例提供一种直驱式变频节能调速系统，包括相互连接的电动机1和直驱式耦合器2，电动机1为直驱式耦合器2供能，电动机1将电能转化为动能输入直驱式耦合器2中，在直驱式耦合器2内主要通过耦合输入轴21与耦合输出轴22实现动能的传递，即转速的传递，为了减少动能在传递过程中的损耗，本实施例中耦合输入轴21与耦合输出轴22通过联轴器23实现刚性连接。即本实施例将原液耦的泵轮51和涡轮52拆除，然后用联轴器将耦合输入轴21与耦合输出轴22直接连接起来，使原液偶变成直驱式耦合器，由于本实施例提供的耦合系统缺少涡轮52和泵轮51组成的工作油腔，因此不能通过调节工作油腔中的充液量的传统方式来改变直驱式耦合器2的输出转速。在本实用新型提供的实施例中，为了达到上述调速的目的，在电源和电动机1之间串接有变频器3。通过变频器3来调节输入到电动机1中的电源电压和频率，控制从电源输入到电动机1中电能的大小，从而控制电动机1输出转速的目的。此外，正由于变频器3能调节输入到电动机1中的电源电压和频率，因此本实施例还具有节能的功效。值得一提的是，根据变频器3自身的特性，串接在供电电源和电动机1之间的变频器3还具有能对本系统过流、过压、欠压等情况的保护作用。本实施例中电动机1、直驱式耦合器2中的耦合输入轴21和耦合输出轴22、联轴器23以及变频器3均为现有技术中已知物，故其具体结构在此不再详述。

下面通过对传统液耦的传动效率与本实用新型实施例提供的直驱式耦合变频调速系统的传动效率进行了详细描述并做出对比。

传动效率η＝w₂/w₁，其中，w₁为输入功率，w₂为输出功率。

根据传统液耦涡轮52与泵轮51为同半径的特性可知，传统液耦的传动效率为η＝w₂/w₁＝n₂/n₁，其中n₂为涡轮52的转速，n₁为泵轮51的转速。通过调节勺管使传统液耦5在不同负荷率的情况下工作，并对泵轮及涡轮转速进行测定，经由计算得到，在不同负荷率的情况下传统液耦的传动效率见表1。

负荷率(％)	液力偶合器传动效率(％)
		90	93
80	87
		70	69
60	59
		50	49
40	39

表1

即在负荷率为60％时，传统液耦有41％的效率被转化为废热；在负荷率为80％时，传统液耦有13％的效率被转化为废热。而为了维持液耦的正常工作温度及对设备的保护，需消耗冷却液对液耦产生的废热实现降温处理，因此会进一步增加传统液耦的运行成本。且根据表1可知，传统液耦的负荷越低，其能源浪费就越大。

本实用新型实施例提供的直驱式变频节能调速系统，耦合输入轴21与耦合输出轴22为刚性连接，因此耦合输入轴21的转速与耦合输出轴22的转速相同，理论分析后直驱式耦合器2的传动速率应为η＝100％，但在传动过程中会有一定的机械损耗，根据检测得到本实用新型实施例的直驱式耦合器2的效率即使在负荷率较低的工况下，其传动效率也在η＝96％以上。上述对比数据说明了采用本实施例所述的直驱式变频节能调速系统，其刚性传动的设计克服了传统液耦5内液体滑差引起的能量损失的缺陷，提高了原耦合器的传动效率，从而大大减少了企业的运行成本，减少了能源浪费。另外，本实用新型实施例只需在原有的液耦的基础上进行改造，无需整个拆装，保留原有的液耦5与外部装置的连接，不改变原有的工作位置和电气连接，从而减小了改装的难度，减少了改装的程序和成本，通过简单、快捷的改装操作便能达到可靠的节能降耗的目的。

为了将电动机1输出的机械动能传递给直驱式耦合器2，并在直驱式耦合器2内实现增速效果，电动机1的电动输出轴11与直驱式耦合器2的耦合输入轴21相连，主要连接方式为在电动输出轴11的输出端固定安装有驱动齿轮111，在耦合输入轴21的输入端固定安装有增速齿轮211，驱动齿轮111与增速齿轮211啮合相连。其中，驱动齿轮111为内经是大直径的齿轮，增速齿轮211为内经是小直径齿轮，驱动齿轮111在电动机1的驱动下运转，带动啮合的增速齿轮211也进行运转，由于驱动齿轮111的直径大于增速齿轮211的直径，因此在驱动齿轮111旋转一圈的情况下，增速齿轮211旋转的圈数大于一圈，又由于增速齿轮211安装在耦合输入轴21上，耦合输入轴21与耦合输出轴22为刚性连接，因此实现了直驱式耦合器2输出转速增大的效果。

在直驱式耦合器2内传递的动能最终需传递到负载装置4上，为负载装置4的运行提供能量，因此将耦合输出轴22的一端与负载装置4的负载输入轴41的一端固定连接，连接方式可采用联轴器23实现。

值得一提的是，在本实施例的一个优选实施方式中，上述负载装置4优选为给水泵，直驱式耦合器2与给水泵相连并驱动给水泵工作。由于在火电厂中给水泵大量使用并消耗大批的电能，因此按照本实施例提供的直驱式变频节能调速系统进行改造能使整个给水泵及其传动系统均达到最佳的运行状态，从而大大降低了电动给水泵的耗电量，降低了供电煤耗以及单位生产总值的能源消耗。因此本实用新型实施例提供的直驱式变频节能调速系统对于火电厂的电动给水泵的改造是十分必要的。当然，上述负载装置4不限于给水泵，还可为风机、压缩机等装置。

应该注意的是，上述实施例对本实用新型进行说明而不是对本实用新型进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。

Claims (4)

1.一种直驱式变频节能调速系统，其特征在于，包括相互连接的电动机(1)和直驱式耦合器(2)，其中，

所述直驱式变频节能调速系统还包括变频器，所述变频器串接在电源和所述电动机之间；

所述直驱式耦合器(2)包括耦合输入轴(21)与耦合输出轴(22)，所述耦合输入轴(21)的输出端与所述耦合输出轴(22)的输入端通过联轴器(23)实现连接。

2.根据权利要求1所述的直驱式变频节能调速系统，其特征在于，所述电动机(1)包括电动输出轴(11)，所述电动输出轴(11)的输出端设置有驱动齿轮(111)，所述耦合输入轴(21)的输入端设置有增速齿轮(211)，所述驱动齿轮(111)与所述增速齿轮(211)相啮合。

3.根据权利要求1～2任意一项所述的直驱式变频节能调速系统，其特征在于，所述直驱式变频节能调速系统还包括负载装置(4)，所述负载装置(4)上设置有负载输入轴(41)，所述耦合输出轴(22)的输出端与所述负载输入轴(41)的输入端由联轴器连接。

4.根据权利要求3所述的直驱式变频节能调速系统，其特征在于，所述负载装置(4)为给水泵。