【原】液力耦合器知识学习（比较不错的资料）

集控零米 2021-08-11

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分享！液力耦合器原理及油路流程详解

1.液力偶合器

液力偶合器用来对高速的工业机器进行无级调速控制，偶合器的主体部分与增速齿轮合并在同一个箱体中，箱体的下部分作为油箱。

2.液力偶合器基础知识

2.1.液力偶合器的主要构造：

液力偶合器主要由泵轮、涡轮和转动外壳组成。

它们形成了两个腔室，工作腔：泵轮和涡轮之间的腔室；副油腔：涡轮与转动外壳腔室。

一般泵轮和涡轮内装有20～40片径向辐射形叶片，副油腔壁上亦装有叶片或开有油孔、凹槽。

2.2.液力偶合器的泵轮和涡轮的作用

泵轮：偶合器的泵轮是指和电动机轴连接的主动轴上的工作轮，其功用是将输入的机械功转换为工作液体的动能，即相当于离心泵叶轮，故称为泵轮。

涡轮：偶合器的涡轮是指和被驱动设备连接的从动轴上的工作轮，其功用是将工作液体的动能还原成机械功，并通过被动轴驱动负载。

泵轮与涡轮具有相同的形状、相同的有效直径（循环圆的最大直径）只是轮内径向辐射形叶片数不能相同，一般泵轮与涡轮的径向叶片数差1～4片，以避免引起共振。

2.3.液力偶合器中工作油的动力传递：

在泵轮与涡轮间的腔室中充有工作油，形成一个循环流道；在泵轮带动的转动外壳与涡轮间又形成了一个油室。若主轴以一定转速旋转，工作油腔中的工作液体由于泵轮叶片在旋转离心力的作用下，将工作油从靠近轴心处沿着径向流道向泵外周处外甩升压，在出口处以径向相对速度与泵轮出口圆周速度组成合速，冲入涡轮外圆处的进口径向流道，并沿着涡轮径向叶片组成的径向流道流向涡轮，靠近从动轴心处，由于工作油动量距的改变去推动涡轮旋转。在涡轮出口处又以径向相对速度与涡轮出口圆周速度组成合速，冲入泵轮的进口径向流道，重新在泵轮中获取能量，泵轮转向与涡轮相同，如此周而复始，构成了工作油在泵轮合涡轮间的自然环流，从而传递了动力。

2.4.偶合器的油循环：

2.5.偶合器的调速原理、调速的基本方法：

在泵轮转速固定的情况下，工作油量愈多，传递动转距也愈大。反过来，如果动转距不变，那么工作油量愈多，涡轮的转速也愈大（因为泵轮的转速是固定的），从而可以通过改变工作油油量的多少来调节涡轮的转速去适应泵的转速、流量、扬程及功率。通过充油量的调节，液力偶合器的调速范围可达0.2～0.975。

在液力偶合器中，改变循环圆内充油量的方法基本上有：

A.调节循环圆的进油量；

B.调节循环圆的出油量；

C.调节循环油的进出油量。

调节工作油的进油量是通过工作油泵和调节阀来进行的。调节工作油的出油量是通过旋转内套里的勺管位移来实现的。但是采用前二种调节方法，在发电机组要求迅速增加负荷或迅速减负荷时，均不能满足要求。只有采用第三种方法，在改变工作油进油量的同时，移动勺管位置，调节工作油的出油量，才能使涡轮的转速迅速变化。

2.6.偶合器种产生轴向推力的原因，为什么要设置双向推力轴承？

轴向推力产生的原因是：

由于工作轮受力面积不均衡，在次压力作用下必然会引起轴向作用力。
液体在工作腔中流动时，要产生动压力，动压力的大小与旋转速度有关。
由于泵轮和涡轮间存在滑差，因此在循环圆和转动内套的腔内液体动压力值是有差异的，也会引起轴向推力。
工作腔内充液量的改变，也会引起推力的变化。而偶合器在额定工作下工作时轴向推力很小。
在偶合器稳定运行时，两个工作轮承受的推力大小相等、方向相反。工作过程中随负荷的变化，推力的大小和方向都可能发生变化，因此要设置双向推力轴承。

2.7.勺管是如何调节涡轮转速的？

勺管用改变工作腔内充液量的方法来改变偶合器特性，获得不同的涡轮转速，调节工作机械的转速，常用的方法是在旋转内套与涡轮间的副油腔中，安置一个导流管，即勺管。勺管的管口迎着工作液的旋转方向。勺管由操纵机构控制，在副油腔中做径向移动。当勺管移到最大半径位置时，将不断地把工作腔中供入的油全部排出，偶合器处于脱离状态。

当勺管处在最小半径位置时，偶合器则处于全充油工作状态。这样当勺管径向移动每一个位置，即可得到一个相应的不同充液度，从而达到调节负荷的目的。

液力偶合器有那些损失？

机械损失：轴承密封损失，外部转子摩擦鼓风损失，以及为了冷却起见，需向液力偶合器通入若干工作流体，从而造成系统、泵轮能量消耗等（这种损失也称为空载损失）。

液力损失：在泵轮和涡轮间的流道中，由于涡流和流体的内部摩擦和进入工作轮入口处的冲击损失等所造成的能量损失。

2.8.转速比和滑差率

涡轮和泵轮的转速之比叫转速比，即：i=n’/n=η

它实际上反映了液力偶合器的传动效率，也就是说涡轮转速越接近泵轮转速，传动效率越高（但不可能为1），所以偶合器很少在低转速比下工作。

滑差率也叫转差率，它反映了液力偶合器的传动损失，即：s=(n-n’)/n=1-η

式中：

i——转速比

s——滑差率

n’——泵轮转速

n——涡轮转速

η——传动效率或转速比

2.9.偶合器装易熔塞的作用：

易熔塞是偶合器的一种保护装置。正常情况汽轮机油的工作温度不允许超过100℃，油温过高极易引起油质恶化。同时油温过高，偶合器工作条件恶化，联轴器工作极不稳定，从而造成偶合器损坏及轴承损坏事故。

为防止工作油温过高而发生事故，在偶合器旋转内套上装有几个易熔塞，内装低熔点金属。当偶合器工作腔内油温升至一定温度时，易熔塞金属被软化后吹损，工作油从孔中排出，工作油泵输出的油通过控制阀进入工作腔，不断带走热量，使偶合器中油温不再继续上升，起到了保护作用。

2.10.液力偶合器的特点：

可实现无级变速。通过改变勺管位置来改变涡轮的转速，使泵的流量、扬程都得到改变，并使泵组在较高效率下运行。
可满足锅炉点火工况要求。锅炉点火时要求给水流量很小，定速泵用节流降压来满足，调节阀前、后压差可达12MPA以上。利用液力偶合器，只需降低输出转速即可满足要求，既经济又安全。
可空载起动且离合方便。使电机不需要有较大富裕量，也使厂用母线减少启动时的受冲击时间。
隔离振动。偶合器泵轮与涡轮间扭距是通过液体传递的，是柔性联接。所以主动轴与从动轴产生的振动不可能相互传递。
过载保护。由于偶合器是柔性传动，工作时有滑差，当从动轴上的阻力扭距突然增加时，滑差增大，甚至制动，但此时原动机仍继续运转而不致受损。因此，液力偶合器可保护系统免受动力过载的冲击。
无磨损，坚固耐用，安全可靠，寿命长。
液力偶合器缺点：运转时有一定的功率损失。除本体外，还增加一套辅助设备，价格较贵。

2.11.偶合器勺管卡涩的原因有那些？如何处理？

偶合器调速是靠勺管的径向移动改变工作腔的充油量来实现的。勺管卡涩就使偶合器的调速受阻，其卡涩原因如下：
偶合器油中带水，引起扇形齿轮轴上的两只滚动轴承严重锈蚀而不能转动，以致勺管不能升降。
电动执行机构限位调整不当，从而使勺管导向键受过载应力导致局部变形，卡死在勺管键槽内，迫使勺管无法移动。
勺管与勺管套配合间隙过小，容易卡涩。
勺管表面氮化层剥落。

处理方法如下：

严格监视偶合器油质，定期化验。如油质不合格应立即滤油或换油，并检查出进入油系统的水源。
调换导向键，将电动机执行机构转角限定在安全位置。
将勺管与勺管套配合间隙放大至0.015mm。并适当减少勺管套与排油腔体孔的配合过盈量，增加勺管与勺管套的配合研磨工序，减少卡涩现象。
氮化层剥落应及时调换勺管。

2.12.导致液力偶合器的易熔塞熔化的原因有那些：

给水泵故障，转子卡涩或卡死，此时偶合器的涡轮不能转动，而泵轮仍以原速运转，电动机所提供的功率绝大部分转化成热量进入油中，使工作油温突然升高，引起易熔熔化。
工作油进油量不足。工作腔中油的热量是靠工作油的循环冷却带走的。工作油控制阀开度与勺管位置不匹配，偶合器需要大流量工作油时控制阀开在小流量位置，偶合器内部大量热量不能及时带出，从而使循环圆中油温急剧升高，引起易熔塞熔化。
工作冷油器运行不当。冷油器不能较好地冷却工作油，造成油温升高，使易熔塞熔化。

2.13.电泵润滑油压降低地原因有那些？

润滑油泵故障，齿轮碎裂，油泵打不出油
辅助油泵出口逆止阀漏油，油系统溢油阀工作失常。
油系统存在泄漏现象。
油滤网严重阻塞，引起滤网前后压差过大。
油箱油位过低。
辅助油泵故障。主要有吸油部分漏空气，齿轮咬死，出口管段逆止阀前空气排不尽等，从而引起油泵不处油。

以某耦合器举例说明

型号：R16K550.1

厂商：VOITH TURBO

产地：奥地利

主要参数表

其它参数和保护定值表

1.概述

液力偶合器用来对高速的工业机器进行无级调速控制，偶合器的主体部分与增速齿轮合并在同一个箱体中，箱体的下部分作为油箱。偶合器与电机以及给水泵之间的动力传递由联轴器完成，输入转速由一对增速齿轮增速后传到泵轮轴，泵轮与涡轮之间由工作油传递扭矩。原动机的转矩使工作油在泵轮中加速，然后工作油在涡轮中减速并对涡轮产生一等量的转矩，工作油在泵涡轮间循环是靠两轮间滑差所产生的压差来实现，这就要求涡轮的转速要低于泵轮。因此，要传动动力，两轮之间必须有滑差。选用偶合器时，应保证在满载全充液的情况下有一低的满载滑差。输出转速可通过调节泵涡轮间工作腔室内的工作油充液量来调节，而工作腔室的充液量由勺管的位置所决定。由于滑差造成的功率损耗将使工作油温度升高，为了消除这些热量，必须冷却工作油。

2 油循环

工作油和润滑油都用同一种油。工作油泵（13）（离心泵）和润滑油泵（14）（齿轮泵）组合成一充油泵组，由偶合器的输入轴驱动。在给水泵组启动、停机、损坏时，给水泵组的润滑油由电动辅助润滑油泵（15）供应。

2.1 工作油循环

工作油循环是由一闭式循环叠加一开式循环所组成，从而能改变充液量。
在闭式循环回路中，压力油经过工作油控制阀向偶合器工作腔供油，做动力传送。工作腔的工作油由勺管吸出，在背压的作用下，工作油流过工作油冷油器散热后流经控制阀回到偶合器工作腔中。
开式循环由工作油泵、节流孔板、溢流阀组成。工作油从开路流向闭路使工作油腔注满。工作油泵供给的多余的工作油经过溢流阀返回油箱，当偶合器的充液量减少时，多余的工作油也是由此回到油箱。
起动时，润滑油和工作油循环间连接管孔板可使工作油循环快速充油。
工作油运行压力的设定与溢流阀有关。
如果闭式循环回路被破坏，偶合器油温升高到180℃，则易熔塞就要熔化，偶合器工作腔随之通过易熔塞孔向外排油。若是由于油循环短时间过热造成易熔塞熔化，（即冷油器故障或偶合器过载），偶合器的调节性能只有略微的改变。而其它特征为：油箱温度略有上升，驱动机器的启动时间略有增加，并几乎达到最大的输出功率。
只需拆下箱盖上的视孔盖，就可更换装在转动外壳上的易熔塞。

2.2润滑和控制油循环

润滑油泵送油通过逆止阀、减压阀、润滑油冷油器和双桶可切换滤网到达各轴承点、压力开关和齿轮润滑处。
用于勺管控制的工作油在调整节流孔板之前分离出来，控制油压约为3.0巴（0.3MPA），可由压力表显示。
润滑油压力设置在约为3.0巴（0.3MPA）。控制油压力和润滑油压力由减压阀和调整节流孔板整定。
为力保证各轴承在偶合器启动、停机和故障时都有润滑油润滑，由一电动辅助润滑油泵在电机启动前和停机后向各轴承供油。
电动辅助油泵由一电机驱动，从油箱内抽油通过逆止阀向循环回路供油。

2.3 外部供油

外部设备（即电机、被驱动机器或联轴器）的润滑油是由偶合器的润滑油回路提供的，其回油回到油箱。
偶合器与其他设备的润滑点进口处的法兰连接处都已装上了节流孔板，应按允许值对流率和润滑油压力进行设定。

3. 控制

液力偶合器通过执行机构调节勺管，进而控制偶合器的充液量，从而达到控制偶合器输出速率的目的。

凸轮盘控制输出速率的一个功能是使执行机构的调整角度线性化。

标准的凸轮盘设计为在旋转角度和执行机构公称值下，勺管在100％和最小值之间整定。根据调整范围和扭距特性，应对凸轮作修正。

3.1 勺管定位

勺管由执行机构转动凸轮盘来控制，从而调整偶合器的油量。控制阀由一个相对与凸轮盘并用弹簧压力固定的磙子操纵。

如果凸轮盘朝“全输出速度”方向移动，控制阀打开，压力油流入双动式定位圆柱腔室。与活塞相连的勺管朝“全输出速度”方向移动，偶合器的充液量增加。同时，在相对于勺管斜面的有弹簧加载的辊子挤压下，控制阀回到起始位置。勺管预置位置一旦到达，控制阀立即关闭，停止供油。

当凸轮盘朝“最小输出速度”方向移动，控制阀打开，油流入腔室，勺管朝“最小输出速度”方向移动。

3.1.1 勺管控制的设定和检查

在勺管最小和100％位置之间，凸轮盘的旋转角度约为120°。

用限位挡块限制行程。限制挡块不能与凸轮盘接触，可在凸轮盘轮毂上焊接一扁铁棒。

安装完执行机构后检查勺管100％位置的整定，为此可接通辅助润滑油泵，将凸轮盘整定在100％位置。勺管行程的指示器必须显示勺管在100％位置。

如有误，旋转防松螺母纠正显示位置（见相应简图）。转动定位螺丝，使导向螺栓移出键槽。导向螺栓有“-<-->+”标记。

根据勺管行程指示器方向－和＋的位置，转动导向螺栓，直至勺管行程指示器显示勺管在100％位置。

将定位螺丝插入键槽保证导向螺栓。定位螺丝不能触及键槽基面。旋紧防松螺母固定定位螺丝。

注意：完成这一措施后，检查全部调整范围导向螺栓的不固定性。

如果勺管位置必须限制，例如相对某一输出速度，为预防运行更慢，再次点焊上勺管凸轮盘。在勺管凸轮盘焊上的角度区域也焊上油流凸轮盘。行程作为勺管位置的原始条件必须保存。

3.2油流控制

环流控制阀的作用就是向偶合器提供足够的工作油以补偿损耗。环流控制阀由一凸轮盘控制。最大的油流量是按照输出计算值有工厂设定。

如果油温在某一运行点太低或太高，油流量通过环流控制阀进行改变。

环流控制阀的作用就是向偶合器提供足够的工作油以补偿损耗。环流控制阀由一凸轮盘控制。最大的油流量是按照输出计算值有工厂设定。

如果油温在某一运行点太低或太高，油流量通过环流控制阀进行改变。

5 工作油

仅允许合格人员执行下述维护工作
如果所用的工作液体在选油列表中未被提及，则应检查其与我方防护油（shell eniss w20）的相容性，或者彻底冲清偶合器。
工作油的粘度应尽可能低，以保证在注油、排油和调节期间，有满意的液力效率和放气性能。由于轴承，特别是重载齿轮，也是靠工作油进行润滑，所以工作油必须有优异的润滑性能。适合于液力偶合器的油，只是那些有添加剂产生的润滑性能和优异的放气性能的高性能低粘度油品。
对于金属件和密封件，油的化学性能必须是中性的并且是无毒的。
在允许的最高工作温度下以及大量混入空气条件下的耐老化性，必须达到足够的工作寿命。
根据上述标准试验的油品，可在所附的选油列表中查到。偶合器启动时，油的现场起始粘度不准超过250mm2/s(cST)(厘沦)。我们在运行液列表中所作的油品建议，其最低油温为10℃。如果油温过低，启动时应用加热棒对油箱作预热处理。
工作油不可使用混合油。允许的混合油必须由供油商说明澄清。
对于联轴器、执行机构一类的辅助装置，在调试前及以后的维护周期后，应检查润滑油剂量是否是制造商规定的，并在必要时添加润滑剂。

5.1偶合器注油

不计热交换器和管路中的油，需要1500升油。相应的安装计划确定热交换器的需油量，管路中的油量在现场确定。

建议对装置装上管子后，立即注入工作油。注油时，对油进行过滤。过滤网等级为25µm或更细。

通过视孔盖上的注油孔，向偶合器加油。当冷却器和管系统都注满油且排尽空气时，油位应达到油位指示器的最低与最高标记之间的平均值。

6 调试

6.1试运行准备

6.2试车

6.3停机和备用状态下所需措施

在液力偶合器一天或几天（甚至几星期）的停用期内，必须每天接通辅助润滑油泵电源至少运行5分钟。

防止偶合器进水和受潮，应对外露部件进行相应的防护处理。

采取防腐处理（油浸），每隔1至2个月应短时间起动偶合器，但不可使偶合器运转发热，因为这样有造成露点腐蚀的危险。

如在备用操作时使用执行机构，必须每隔2个月由滑脂嘴打入5g（克）锂皂基防磨轴承润滑脂，对控制块进行润滑。