调速型液力耦合器在锅炉风机中的应用

赵晓强，于连军，聂常贵

（中国石油克拉玛依石化公司热电厂，新疆 克拉玛依 834003）

锅炉风机是燃煤火力发电厂（热电厂）的主要辅机，也是燃煤锅炉的关键设备之一，主要包括排粉机、送风机、引风机。这些风机的驱动均用高压电机，能耗高，耗电总量约占电厂自用电的30～50%，占总发电量的3%左右。因此需对锅炉风机进行节能改造。

一、调速型液力耦合器原理及特点

1.调速型液力耦合器工作原理

调速型液力耦合器是以液体为介质传递功率的传动装置，在输入转速不变的情况下，通过改变耦合器工作腔液体的充满度来改变输出转速及力矩，即所谓的容积式调节。液力耦合器安装在异步电动机和风机之间。当电机通过液力耦合器的输入轴驱动耦合器的泵轮旋转时，进入泵轮叶片间的油在叶片的作用下沿径向离心运动，形成高压高速液流冲向涡轮叶片，使涡轮跟随泵轮作同向旋转，油在涡轮叶片中沿径向向心运动同时减压减速，然后在涡轮壁约束下又流入泵轮。在这种循环过程中泵轮将电机的机械能转变成油的动能和势能，而涡轮将油的动能和势能又转变成输出轴的机械能，从而实现能量的柔性传递。由于泵轮与转动的背壳和外壳相连，因此运转时，外壳腔中的油随转动的背壳及外壳一起以与泵轮相同的转速旋转，这可通过改变外壳腔中勺管的径向位置来控制腔内油环的厚度，即改变工作腔中的油量，从而改变传动能力，由此就可以在电机转速不变的条件下实现工作机的无级调速，提高效率。

2.调速型液力耦合器特点

(1)无级调速。

(2)空载启动。液力耦合器主动轴、被动轴之间没有机械联结，将流道中的油排空，能以接近空载的形式迅速启动电机，然后逐步增加耦合器的充油量，使风机或水泵逐步启动进入工况运行，可减少电机启动对电网冲击，因而可选用容量较小的电动机及电控设备，减少设备的投资，降低了电机启动电能耗。

(3)过载保护。由于液力耦合器是柔性传动，其泵轮与涡轮之间有转速差，故当从动轴阻力矩突然增加时，转速差增大，电机仍能继续运转而不烧毁，风机也可受到保护。

(4)隔离振动。液力耦合器转矩通过工作液体传递，是柔性连接。具有良好的隔振效果。

(5)使用方便，投资少。

(6)使用寿命长。耦合器中除轴承外无磨损元件，能长期无检修安全运行，提高了投资效益。

(7)无谐波影响。可保证电机始终在额定转速下运行，电机效率高，功率因数高，无谐波污染电网。

二、应用效益

1.提高风机安全、可靠性

锅炉风机采用调速型液力耦合器进行风机负荷调节后，未出现失速或喘振不良的工作状态。有效避免了因风道挡板调风道的各种弊端。

2.易操作性

液力耦合器的操作非常方便，可以根据锅炉风机负荷调节耦合器导管的插入深度实现风机转速调节以保障锅炉运行参数的稳定。耦合器投自动后，操作人员可以根据锅炉负荷的频率变换实现其自动调节，减少了人力操作。

3.节能效果

(1)节能原理。液力耦合器的节能原理如图1所示，在流体力学中，风机的流量与转速的1次方成正比，风压与转速的平方成正比，轴功率与转速的3次方成正比，如下式：

式中：Q——风量，m3/s；

H——风压，MPa；

N——总功率，kW；

n——转速，r/s。

如风机特性曲线所示，曲线1为风机在恒定转速n1下的风压—风量（H-Q）特性；曲线2为风门开度全开时风机的管网风阻特性。则A点为效率最高点，输出风量Q1为最大，此时的轴功率N1与Q1、H1的乘积面积AH1OQ1成正比。当风量从Q1减少到Q2时，如果采用传统风挡板调节方法相当于增加管网阻力，使管网阻力（H-Q）特性曲线变为3，最大效率工况点成为B，从图1可看出轴功率与面积BH2OQ2成正比，但减少非常少。如果采用液力耦合器调节，风机转速从n1降低到n2，得风压——风量(H-Q)特性曲线4。在满足同样风量的情况下，风压H2大幅度下降，功率即CH3OQ2的乘积面积显著减少，功率减小，节能效果显著。

(2)节能效益分析。根据热电厂每台锅炉的常规运行年平均负荷工况为81%额定负荷，电机电压均为6kV，其年利用率约为0.9，合为328.5天即7 884h；电价0.41元/kW·h，经计算，采用调速型液力耦合器后的风机节能效果为2台锅炉引风机和送风机年节约电费55万元。每台YOTpc700A调速型液力偶合器采购安装等成本为15万元/台，其回报期为26.2个月。

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