液力偶合器在淬火泵上的研究与应用

左先仁

（山钢集团莱芜分公司宽厚板事业部，莱芜 271104）



液力偶合器在淬火泵上的研究与应用

左先仁

（山钢集团莱芜分公司宽厚板事业部，莱芜 271104）

摘 要：本文介绍调速型液力偶合器在莱钢4300mm宽厚板热处理生产线淬火泵上的研究、应用及产生的节能效果和效益，以期为该生产线节能机电设备的引进与应用提供新思路。

关键词：调速 液力偶合器 淬火泵 变频

引言

液力偶合器又称液力联轴器，是一种用来将动力源（通常是发动机或电机）与工作机连接起来传递旋转动力的机械装置。它是1905年德国Hermann博士的专利发明，曾应用于汽车中的自动变速器，同时在海事和重工业中也有广泛应用。液力偶合器主要用于传递动力，可以实现传动过程中的无级调速，减小动力源启动时的冲击负荷，还可以在传动部件过载时保护动力源。

液力偶合器曾应用于早期的汽车半自动变速器及自动变速器中。液力偶合器的泵轮与发动机的飞轮相连接，动力由发动机曲轴传入。有些时候，偶合器严格上讲是飞轮的一部分。在这种情况下，液力偶合器又被称为液力飞轮。涡轮与变速器的输入轴相联。液体在泵轮与涡轮间循环流动，使得力矩从发动机传至变速器，驱动车辆前进。在这方面，液力偶合器的作用非常类似于手动变速器中的机械离合器。由于液力偶合器无法改变转矩的大小，现已被液力变矩器所取代。

经过近几年的飞速发展，国内液力偶合器行业取得了长足进步，特别在偶合器自动化控制集成技术、偶合器的自适应性及控制精度技术等方面，表现出了比较成熟的技术。现在市场主流偶合器主要包括无级调速液力偶合器、限矩型液力偶合器、电磁液力偶合器等。特别是无级调速液力偶合器，因其投资省、操作维护简单，在一些大型工矿企业中对有节能改造需求的风机、泵类，已被广泛应用。

1 应用背景

热处理生产线水处理系统主要包括冷水池、给水泵组、给水过滤器、高位水塔、淬火冷却装置、NCC冷却装置、热水池、热水泵组、回水处理过滤器、冷却塔等构成。具体工艺流程如图1所示。

淬火机水塔供水泵设计有4台，均为工频运行。随着热处理产能的不断释放和新品种的不断开发，水泵机组不能满足淬火钢板对供水流量的宽泛调节要求，产生了极大的能耗浪费。电耗指标与国内同类生产线对比，还有较大改善空间。鉴于目前企业生产经营困难，成本压力巨大，降低电耗成本刻不容缓。

2 存在的问题

淬火机水塔供水泵配套电机功率均为710kW，工频并联运行。水泵机组的运行模式随着不同的钢种、钢板厚度、长度不同而不同。

分析近几年来的生产统计，淬火机高位水塔供水泵具体运行模式如下：

当需要淬火厚度为6～8mm钢板时，高压段供水量为2200～2800m3/h，低压段供水量为1800m3/h，此时需要开启一台淬火机上塔泵。

当需要淬火厚度为10～80mm钢板时，高压段供水量为2500～3500m3/h，低压段供水量为1800～2400m3/h，此时需要开启两台淬火机上塔泵。

当需要淬火厚度为80mm以上钢板时，高压段供水量为3800～4600m3/h，低压段供水量为4800m3/h，此时需要开启三台淬火机上塔泵。

因每种钢板厚度规格、钢种和长度不同，钢板的冷却时间和冷却所需流量也有所不同。而四台淬火机上塔泵均设计为工频运行，总供给流量相对比较固定，无法实现宽泛灵活的流量调节功能。然而，为了保证淬火机淬火时稳定的水压，淬火机高位水塔常常处于溢流状态，造成了极大的能（电）耗浪费。

3 改造方案

3.1 总体思路

要降低淬火机高位水塔供水泵在非生产时间里的能耗，就应降低水泵输出的水量。而水泵流量与泵转速成正比关系，所以可通过降低水泵的转速来实现最终的电耗降低。通过现场勘察和综合分析研究，形成如下的总体方案。

在水泵与电机之间加装液力偶合器。因加装设备后，电机及设备基础需做相应改变，需重新设计制造一件新的电机-偶合器联合底座，原机组联合底座电机侧部分钢构断开，电机向后移动约1340mm（含联轴器间隙10mm）。在电机移位方向上，新增两只新的地脚孔，原地脚螺栓继续使用，安装、调整并固定新的电机-偶合器联合底座，电机安放、偶合器、泵找正并联接联轴器；安放油站及冷却器，联接油管、水管、阀门管件及检测仪表等辅助设备设施。设备安装布置图如图2所示。

图2 设备安装布置图

3.2 设备选型计算

选取泵轮有效直径D=875mm。

综上，液力偶合器的型号选取为DYgcd875，水泵输入最高转速变为990×0.97=961r/min。

3.3 设备工艺参数确定

偶合器采用中心剖分式箱体结构，内置工作油及润滑油供油装置；冷却器选2LQFW-A19F列管式冷却器，冷却水流量为19m³/h，水压为0.2～0.6MPa，油管及水管通径均选DN50。电机与偶合器之间采用弹性套柱销联轴器；偶合器与水泵之间采用弹性套柱销联轴器；偶合器由最低速调节至最高速，或由最高速调节至最低速所需时间为25±5s。

4 效果

该项目实施完成后，淬火机上塔供水机组节能明显，且系统运行稳定性大大提高，效果显著。

（1）节电效果非常明显，节电率达67.5%以上；

（2）负载软启启动，系统运行整体稳定性得到提升；

（3）实现了流量供给与热处理生产工艺节奏的无缝衔接，很好地满足了热处理钢板的水冷工艺要求。

5 结论

（1）该项目的研究与应用成功，经济效益显著；

（2）与变频器比较，该项目具有投资少，见效快、操作维护简便的特点；

（3）该调速装置尤其适用在不需过度频繁调节的场合，设备故障率低，调节精度相对较高，能够达到比较理想的节能效果，具有比较广阔的应用前景。

参考文献

［1］刘应诚，杨乃乔.液力偶合器应用与节能技术［M］.北京：化学工业出版社，2006.

［2］杨乃乔.调速型液力偶合器在风机上的应用与节能［J］.液压气动与密封，2005，（1）：27-28.

［3］孙国琴.发电厂风机、水泵变频调速与液力偶合器调速运行比较［J］.上海应用技术学院学报：自然科学版，2007，（2）：128-131.

The Research and Application of Hydraulic Coupler in Quenching Pump

ZUO Xianren
（Shandong Steel Group Laiwu branch plate division， Laiwu 271104）

Abstract:This paper describes variable speed fluid couplings in Laigang 4300mm heavy plate heat treatment production line quenching pump research， application and produce the energy saving effect and benefit， in order to provide some new ideas on the introduction and application of the production line of energy-saving electromechanical equipment.

Key words:speed， hydraulic coupler， quenching pump，frequency conversion