液力偶合器的工作原理与节能应用

摘 要：本文介绍了液力偶合器的主要特性、应用特点和工作原理，以及液力偶合器调速的优点，详细分析了液力偶合器在风机、水泵调速应用中的节能效果。

关键词：偶合器；工作原理

一、液力偶合器的类型与工作原理

液力偶合器的工作介质是一种液体，这种液体主要以液压油为主。液力偶合器是基于费丁格尔原理的一种叶片型机械，它利用液体动能来进行能量的传递。液力偶合器根据其应用特点可分为3种基本类型：普通型、限矩型、调速型。调速型液力偶合器按结构可以亦可分为三种类型：进口调节型、复合调节型、出口调节型。

调速型液力偶合器的主要由泵轮、涡轮等这几部分组成，并且在泵轮与涡轮之间会有一定的间隙，通过液力偶合器的输入轴，电动机带动液力偶合器的主动泵轮工作，完成了对工作油的加速，然后液力偶合器的从动工作涡轮被液体动能带动工作起来，能量也就会被传送到液力偶合器的输出轴和负载从动机上，因此，我们控制输出轴的力矩和转速是通过控制工作油的量来实现的，随着工作油量减少，涡轮力矩和转速就会降低，当工作油量增加，涡轮力矩和转速就会增加。所以负载转速的无级调节可以通过液力偶合器实现。

电机通过液力偶合器的输入轴驱动它的主动泵轮，以加快工作油的速度，由油驱动涡轮把能量输送到输出轴从而到从动机上。通过这种方式，它可以通过控制泵涡轮腔体中所涉及的能量传递所需油量的多少，从而控制输出轴的转矩和转速。因此，液力偶合器能够实现负载转速的无级调节。

在液力偶合器的变速过程中，滑差损失将转换成热能，增加了工作油温度。限矩型和普通型这两种液力偶合器都设计了自冷却系统，因此我们不必担心。但是，对于调速型液力偶合器来说，因为它的滑差损失（发热）较大，必须配置相关的冷却系统。它的冷却系统能使升温的工作油进入冷却器，达到降温目的后，再回到偶合器的工作腔内，从而构成了冷却循环。

将一定量的工作液加入到液力偶合器的工作腔内，电动机可以将机械能转化成为液体动能，推动涡轮转动，再将它的液体动能转为机械能作用在从动工作机上，从而原动机到工作机之间的能量得到了转移。

二、液力偶合器的应用特点

（1）节电：对风机或水泵的速度进行调节可以达到节能目的。为了满足工作流量与节能要求，可以加入液力偶合器，从而可以方便地进行手动或自动调节。

（2）滑差损失：液力偶合器是一种速度调节装置，它存在着输入输出速度差，涡轮转速始终低于泵轮转速，这种速度差亦即滑差所产生的能量损耗，反映在工作油温度的升高， 由冷却器冷却水带走或散热带走的这部分能量即为滑差损失。

（3）空载启动：液力偶合器的输入轴和输出轴是两个独立的部分，它们之间是没有机械连接的，传递媒介是工作油。从动机会随着液力偶合器中的充油量的逐渐增加而逐步启动，这样，当电机启动时就相当于无载启动，平稳且安全。

（4）无谐波影响：使用液力偶合器进行速度调节，这样就可以配置工频电机，实现无谐波影响，提高其工作效率和功率因数。

（5）使用寿命长：偶合器可以在长期无检修的恶劣环境下安全运行，从而投资使用效益得到了提高。

三、液力偶合器的节能原理

液力偶合器可以使电机无载正常启动，因此选型时，不需要考虑电机的启动力矩。减小电机的功率裕度系数，电机的运行效率就得到提高，与此同时也节省了电能。

从动机如风机与水泵的特性曲线决定了通过速度调节所产生的损耗远比通过节流调节所产生的损耗小得多，通过使用液力偶合器调速从而达成节能是不言而喻的。

四、液力偶合器的节能应用

1.液力藕合器在变速调节中的优势。液力偶合器泵轮和涡轮随着转速比的减小，滑差损耗功率就成为一个很小的量了。用于叶片式风机水泵的变速调节时，可以选用小容量的电动机及电控设备，从而电动机实现空载启动是通过减小启动电流实现的；液力偶合器也可以进行无级调速，它的节能效果与转速变化正相关；液力偶合器很容易控制，能够自动控制其工作。液力偶合器也可实现过载保护，原动机或电动机不易被烧毁，风机与水泵也可以得到保护，这是由于液力偶合器是柔性传动的，它的泵轮和涡轮之间转速不同；液力偶合器工作平稳，可以缓慢地开启、加速、减速和停止；液力偶合器也能用于大容量风机与水泵的变速调节。

2.液力偶合器在节能减排方面的作用。大部分液力偶合器调速应用在中、大功率的风机与水泵上。在运行中，除有明显的节能效果外，液力偶合器调速还可以解决下面的问题：调速运行循环间断供风系统，则既节约能源又起到了环境保护的作用；风机改为调速运行时，可以无裕度的供给系统需要的流量和压头，同时可以大量的节约能源；有些风机的调速装置可按工艺流程进行流量调节或实行自动控制。综上所述，风机配备液力调速可很好地提高传动品质，满足系统工艺要求，并且能大幅度地节能减排。

3.液力偶合器在风机水泵调速中的节能效果。在低转速比情况下，液力偶合器运行时的调速效率也会比较低，但相对于节流调节，叶片式风机水泵采用液力偶合器调速，节能效果十分明显。根据液力偶合器的调速效率与调速比相等，液力偶合器的机械损失很小，它的容积损失也很小，所以节电效果显著。

五、结语

采用液力偶合器的调速方式，即便在低转速比时，相对于节流调节方法而言，液力偶合器的节能效果也很明显。并且因其投入资金比较少，见效速度比较快，很容易在老设备的改造过程中获得显著的节能效益。

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作者简介：陶涛（1964-11-10），男，籍贯：广西，工作单位：福伊特驱动技术系统（上海）有限公司顺德分公司，学历：大学本科，研究方向 节能。