前言

前兩次咱們聊了風機泵類以及壓縮機的變頻節(jié)能改造，這次咱們聊聊液力耦合器調速的變頻節(jié)能改造,。

      液力耦合器是以液體為工作介質的一種非剛性聯(lián)軸器,。液力耦合器(見圖1)的泵輪和渦輪組成一個可使液體循環(huán)流動的密閉工作腔，泵輪裝在輸入軸上,渦輪裝在輸出軸上,。兩輪為沿徑向排列著許多葉片的半圓環(huán),，它們相向耦合布置，互不接觸,，中間有3mm到4mm的間隙,，并形成一個圓環(huán)狀的工作輪。驅動輪稱為泵輪,，被驅動輪稱為渦輪,，泵輪和渦輪都稱為工作輪。泵輪和渦輪裝合后,，形成環(huán)形空腔,，其內充有工作油液。

圖1.液力耦合器結構示意

       泵輪通常在內燃機或電機驅動下旋轉,，葉片帶動油液,，在離心力的作用下，這些油液被甩向泵輪葉片邊緣,。由于泵輪和渦輪的半徑相等,，故當泵輪的轉速大于渦輪轉速時，泵輪葉片外緣的液壓大于渦輪葉片外緣的液壓,，由于壓差液體沖擊渦輪葉片,，當足以克服外阻力時，使渦輪開始轉動,，即是將動能傳給渦輪,，使渦輪與泵輪同方向旋轉。油液動能下降后從渦輪的葉片邊緣又流回到泵輪,，形成循環(huán)回路,，其流動路線如同一個首尾相連的環(huán)形螺旋線。液力耦合器靠液體與泵輪,、渦輪的葉片相互作用產(chǎn)生動量矩的變化來傳遞扭矩,。在忽略不計葉輪旋轉時的風損及其他機械損失時，它的輸出(渦輪)扭矩等于輸入(泵輪)扭矩。

液力耦合器屬于機械調速方式,，在工業(yè)生產(chǎn)中和定頻控制相比具備一些優(yōu)點:

優(yōu)點：

·具有無級調速功能,，調速型液力耦合器可以在輸入端轉速不變的條件下，通過在運行中調節(jié)工作腔的充液量而改變輸出力矩和輸出轉速,。

·能降低電機的啟動電流和持續(xù)時間,，降低對電網(wǎng)的沖擊；

·傳遞功率與其輸入轉速的平方成正比,，輸入轉速高時,，能容量大，性能價格比高,。

·對環(huán)境的適應性強,，可以在寒冷、潮濕,、粉塵,、需防爆的環(huán)境下工作。

·價格低廉,，結構簡單,，操作維護簡便，不需要特別復雜的技術,，養(yǎng)護費用低,。

隨著調速技術的發(fā)展，其缺點如今也越來越明顯：

缺點：

·始終存在轉差率,，有轉差功率損失,，限矩型液力耦合器的額定效率約等于0.96，調速型液力耦合器與離心式機械匹配相對運行效率在0.85~0.97之間,。

·輸出轉速始終低于輸入轉速,，且輸出轉速不能像齒輪傳動那樣準確不變。

·調速范圍相對較窄,，常用匹配調速范圍 1~1/3,。

·調速型液力耦合器需要附加冷卻系統(tǒng)，增加投資費用和運行費用,。

        由于液力耦合器在運行時,，其轉矩、速比,、效率之間存在一定的關系,，效率低則能耗高，反之,，效率高則能耗低,，因此回避液力耦合器的低效率區(qū)間就是其節(jié)能改造的主要途徑,。

下面是一個典型的液力耦合器原始特性曲線，

圖2.典型的液力耦合器

       從上圖可見,，在泵輪轉速恒定（即輸入端工頻驅動）時,，傳遞的轉矩與速比（速比 ）呈反向變化關系,，速比大則轉矩小,，速比小，轉矩大,。由于這種轉矩的傳遞依賴于轉差,，所以，速比無限接近1,。 傳遞效率與速比呈正向變化關系,。

      所以在實際應用中， 如果一臺耦合器長期工作在速比遠小于1的狀態(tài),， 勢必造成其工作效率低下,，能耗較高。

       舉個例子,，如果一臺100KW工頻電機以額定轉速980rpm驅動一臺泵,， 輸出端要求大多是時間都運行在700rpm左右， 那么,，通過改變耦合器內的油液量則可以調整到700rpm工作,。在這種運行情況下，通過圖2的曲線我們可以粗略估算,，調速系統(tǒng)實際只有不到70%的效率,，其中有30KW都轉化為耦合器內部油液溫升， 通過散熱系統(tǒng)排出了,。而這浪費掉的30%的能量,，則是潛在的節(jié)能空間。所以在液力耦合器處于低轉速比的運行情況下,， 使用變頻器替代液力耦合器實現(xiàn)調速,，可以大幅度節(jié)能。

小結：

      咱們說完了閥門流量控制變頻改造 ,， 空壓機變頻改造,，以及液力耦合器變頻改造這三大類，是時候做一個小小的總結了,我們歸納了兩個問題：

如何評估節(jié)能項目的節(jié)電潛力,？

1.  考察工頻下閥門的常用開度

       風機（泵,，以及閥門調節(jié)型空壓機）的工藝常用開度Q/QN。該指標反映了該項目是否值得去做變頻改造,。如果正常運行時開度Q/QN 很大,，甚至接近100%,，那么就沒有節(jié)電潛力了，也就沒有個變頻改造的意義,，反之將有很大的節(jié)能空間,。液力耦合器考慮速比即可。 該數(shù)據(jù)可通過工廠歷史工藝記錄來查詢,。

2.  考察原設備特性曲線

       各流量下風門開度與電流（或功率）的對應關系：Q/QN  與I（或P）的數(shù)學關系,，該指標反映了風機本身的能耗特點，該數(shù)據(jù)的準確性決定了變頻控制后的風機單位時間可以節(jié)省出多少電,。該數(shù)據(jù)可通過查詢風機原始資料（特性曲線）獲得,。

3.  考察各開度值下風機的運行時長

       該指標反映了風機在某段（例如一年）時間的運行中，各瞬時節(jié)能節(jié)能情況在時間上的累計,。該數(shù)據(jù)意義在于節(jié)能效果的經(jīng)濟核算,。

評估變頻節(jié)能改造的可行性，除了節(jié)電率,， 還需要考慮什么,？

      輸出壓力，表現(xiàn)在水泵設備上就是揚程,。 如果通過調速手段將轉速減小,，則風壓，揚程會呈平方曲線下降,。比如,，垂直高度供水，原工頻電機閥門調整流量,，看似用水量很小可以用變頻調速,，降低運行頻率實現(xiàn)節(jié)能，但實際管網(wǎng)對于壓力的要求卻可能是很大的,，變頻降低轉速后會因為揚程變小而無法正常供水,。因此對于一些特殊的方案， 在變頻節(jié)能計算之余,， 還要核算風壓,、揚程，是否能滿足基本運行工況,，以便成功地實現(xiàn)節(jié)能改造,。

       好了，到這里我們變頻節(jié)能改造的話題該結束了,，預祝大家都能改造成功,， 大吉大利！