液力耦合器工作原理

液力偶合器工作原理

一、工作原理

1、概述

液力偶合器又称液力联轴器，是以液体为工作介质，利用液体的动能的变化来传递能量的叶片式传动机械。

它具有空载启动电机，平稳无级变速等特点，用于电站给水泵的转速调节，可简化锅炉给水调节系统，减少高压阀门数量，由于可通过调速改变给水量和压力来适应机组的起停和负荷变化，调节特性好，调节阀前后压降小，管路损失小，不易损坏，使给水系统故障减少，当给水泵发生卡涩、咬死等情况时。对泵和电机都可起到保护作用，故现代电站中，机组锅炉给水泵普遍采用了带液力偶会器的调速给水泵。

2、用途

液力偶合器作为节能设备，可以无级变速运转，工作可靠，操作简便，调节灵活，维修方便。

采用液力偶合器便于实现工作机全程自动调节，以适应载荷的变化，可节约大量电能，广泛适用于电力、冶金、石化、工程机械、矿山、市政供水供气和纺织、轻工等行业，适用于各种需要变负荷运转的给水泵、风机、粉碎机等旋转式工作机

3、耦合器的基本结构

偶合器的基本结构主要部件：泵轮、涡轮、转动外壳、主动（输入）轴、从动（输出）轴及勺管。

泵轮与涡轮称为工作轮，两轮中均有叶片，两轮分别与输入、输出轴相联接，它们之间是有间隙的，泵轮和涡轮均有径向尺寸相同的腔形，所以，合在一起形成工作油腔室，工作油从泵轮内侧进入，并跟随动力机一起作旋转运动，油在离心力的作用下，被甩到泵轮的外侧，形成高速油流冲向对面的涡轮叶片，流向涡轮内侧逐步减速并流回到泵轮的内侧，构成了一个油的循环。

4、偶合器调速范围

调速型液力偶合器可以在主动轴转速恒定的情况下，通过调节液力偶合器内液体的充满程度实现从动轴的无级调速（调速范围为0到输入轴转速的

97%~98%），调节机构称为勺管调速机构，它通过调节勺管的工作位置来改变偶合器流道中循环液体的充满程度，实现对被驱动机械的无级调速，使工作机按负载工作范围曲线运行

5、偶合器工作原理

●工作液体在工作腔中的绝对流动是一个三维运动。

●转动外壳与泵轮联接后包围在涡轮之外，使工作液体能贮于泵轮之中。

●输入轴与动力机相联（如电机），输出轴与被驱动机相联（如给水泵）。

当偶合器工作油腔充满油时（见图1－1 (a)),能量最大，传递扭矩的能力最大，当偶合器工作油腔排空油时（见图1－1 (b)),能量最小，传递扭矩的能力最小。如果利用一件可在偶合器中作径向移动的勺管来调节工作油腔内的油层厚度，把勺管以下内侧的循环园中的油导走，以改变工作腔内的油量，则偶合器传递的扭矩将随着勺管的上下移动带来工作腔内的油量变化，这就实现了偶合器的调速功能。

二、滑差率S和效率η

液力偶合器内液体的循环是由于泵轮——涡轮流道间不同的离心力产生压差而形成，因此泵轮n B （n1) 和涡轮nt(n2)必须有转速差，这是液力偶合器的工作特性所决定的。泵轮转速nB 、涡轮nt的转速差称为滑差，

在额定工况下，滑差为输入转速的2%~3%。

1、滑差率S

●实际上，偶合器在运转中，其泵轮转速（n B表示）

●一定要稍大涡轮的转速（n t表示）只有这样，循环

●园泵轮出口油压才能高于涡轮入口油压，从而完成

●扭矩的传递。我们把泵轮、涡轮的转速差与泵轮转

●速之比称作液力偶合器的滑差，用S表示，即有：

● S=(nB-nt)/nB =1- nt/ nB (1)

●从(1)式中可以看出n t /n B为两轮的传动比，用i表示

●在偶合器的名牌上，我们引用额定滑差率的慨

●念，所谓额定滑差即为：偶合器传递额定负荷时的滑差乘以百分之百，用

S额％表示。

2、效率η

●液力偶合器在工作过程中的能量损失主要是液体在工作腔内流动的流动

损失和进入工作轮入口处的冲击损失，工作轮与空气摩擦损失以及轴承、密封、齿轮付等的机械损失，所以，液力偶合器的输出功率N2总是小于输入功率N1，二者的比值就是偶合器的传动效率η0

●η0 = N2/ N1= ηv×ηm×ηh (2)

●式中，ηv、ηm、ηh分别为容积效率、机械效率和液力效率。

2.1ηv(容积效率）

从泵轮中流出的工作液体，绝大部分进入涡轮，并有很少一部分可能通过工作轮之间的轴向间隙直接流向泵轮人口，另有很少一部分从涡轮与转动外壳间的间隙流出，而未流人涡轮，这就引起了容积损失。但是，这一损失量是相当小的，若忽略这一损失，则ηv＝1。

2.2 ηm（机械效率）

●机械效率ηm为工作轮输入扭矩与输出扭矩之比，其中 :

●泵轮机械效率：ηBm =MB-Y/M B (3)

● MB-Y——泵轮对液体的作用扭矩

● MB——原动机对泵轮的输入扭矩

●涡轮机械效率：ηTm=MT/MY-T (4)

● MT——涡轮输出扭矩

● MY-T——液体对涡轮的作用扭矩

2.3 ηh:液力效率

ηh:它包括了液体流动时的内摩擦损失，液体与工作轮壁间的摩擦损失及液体流入工作轮时的冲击损失等。

考虑了以上三种失后(2)式变为：

η0 = N2/ N1=（MT×nT）/（MB× nT ）

=( MY-T/MB-Y)×(ηBm×ηTm)×(nT/ nB) (5)

比较式（2）和（5）的：

ηv= MY-T/MB-Y

ηm= ηBm×ηTm

ηh= nT/ nB

若我们认为ηv、ηm均很小，趋于1，则(5)变为:

η0= nT/ nB=i

即有结论：偶合器传动效率等于其传动比——i。

●图1－2所示是液力偶合器效率特性曲线，它是通过坐标原点的一条直线，

在A点以后，以虚线示表。在nT/nB之比为1时，效率等于0，这是因为当偶合器在高传动之比时，泵轮、涡轮转速相当接近，工作腔内液体的循环流动明显减弱，传递的有效扭矩极小，而摩擦损失的扭矩所占比重相对

增加，所以，效率明显低于传动比，在nT/nB＝0.97~0.99间η0达最大值，以后不在随涡轮转速的增加而增加，而是很快地下降为零。这说明，此时η0＝nT/nB的关系已不适用了，也说明了偶合器的效率永远不可能到1。

●带增速齿轮的液力偶合器的效率，还应考虑传动齿轮的传动效率,即ηm

不能近似于1。

●以上分析可知，从偶合器工作轮本身来讲，应该长期处于高传动比下

工作，才能获得最佳经济效益

三、偶合器的发热量与冷油器的配置