调速型液力偶合器的性能分析与应用

孙睿

（内蒙古大唐国际克什克腾煤制天然气有限责任公司，内蒙古 赤峰 025350）

在大功率长距离带式输送机的设计中，软起动技术的应用是多机驱动改善起动条件的主要手段，调速液压联轴器是一种理想的部件。原有的大功率、长距离带式输送机大多采用多电机驱动方式和转矩限制液力偶合器。同时启动电流过大，就对电网的影响增加，电阻压力增大。当电机直接启动的时候，输送机的起动加速度非常快，输送段速度张力装置的反应速度比较缓慢，输送带的垂度增加，碰撞和摩擦在多层输送带之间产生，所以导致输送带磨损力度大，传送带磨损不平衡，寿命减短问题产生。调速型液力偶合器通过在启动和停止过程中增加和减少速度控制，通过计算机编程控制管的位移，从而使皮带根据给定的加速度特性开始运行。电机卸载后，额定转速稳定，电机可以加载，因此启动对电网的影响很小。由于变速液压联轴器是采用非电气方式驱动的，因此在井下防爆场合的使用具有很大的优势。

1 调速型液力偶合器的工作原理

当在偶合器的工作腔中填充一定量的工作流体时，泵轮从马达获得机械能，并将其转化为液体能量，驱动涡轮旋转，涡轮将液体能量转换成机械能，以及工作动能，通过轴的输出工作，实现从原动机到工作机的能量传递。调速液力偶合器是通过改变液力偶合器工作腔内工作流体的充油量和电机的恒速来实现工作机械的无限调速和软起动（如图1所示）。当独立功率水平小于250千瓦时，采用自然冷却。该偶合器配有电动执行机构和电动机械手，并与负载变化信号连接。还可根据用户要求配备自动测速装置，可实现速度控制或自动控制。

2 液力偶合器的分类

图1 调速液力偶合器工作原理

主要有三种类型的液力偶合器：普通液力偶合器、限矩流体液力偶合器和调速流体液力偶合器。普通的液力偶合器结构简单，工作腔间距的限制小，空腔有效容积大，转动效率高，转矩限制液力偶合器在普通型的基础上增加了结构挡板或辅助腔。它比传统的液力偶合器更能有效地保护电机不受低转动比的影响，它更适用于电网负荷大的选煤厂，可能产生超负荷的问题。调速液力偶合器是由于调速液力偶合器的恒速，改变了管的宽度，改变了工作腔的满度，改变了输出速度和转距，从而实现了非极调速，改变了输出频率，实现了体积型接头，调速液力偶合器不能实现自冷却和散热，由于其自身的结构原因，输出速度大的时候调节范围小，转动功率大，需要有工作液的外部循环和冷却系统。

3 长距离带式输送机调速型液力偶合器多机驱动的应用

3.1 调速型液力偶合器在长距离带式输送机启停中的应用

（1）起步控制研究。在启动机器之前，将调速液压偶合器的导向管插入到最深的位置（以确保输入轴的输出轴的速度为0）以实现空载驱动电机。当电机转速达到额定转速时，电动执行机构被电动执行机构慢慢拉出，输出轴速度从0逐渐加速，旋转度不变，实现管带机的软启动。根据一定的加速度上升曲线，对长距离带式输送机的起动过程进行了分析。如图2所示，从图中可以看出，在管带机头驱动开始后，当皮带速度从0上升到一定程度之后，将有一段延迟时间，大约4~7秒，使带力有时间反应，然后再次加速，避免滑动，当一段时间后，带速度达到额定速度，然后开始平稳运行，以完成正常启动过程。

图2 加速度上升曲线图

（2）驻车制动器的研究。在停止电机之前，电动执行机构用来缓慢地将牵引管控制到最深的部分，并且输出轴从额定速度逐渐减速。当输出轴速度接近0时，电机立即停止，实现带式输送机的软停止。

3.2 变速液压偶合器在长距离带式输送机头尾多驱动同步控制中的应用

由于长距离带式输送机的机头与尾部之间的距离较远，胶带沿该方向具有一定的弹性和阻力，张力传递具有滞后的过程。当头部和尾部驱动轮同时转动时，尾部带的张力减小（头部被拧紧），胶带将在后驱动轮的表面上滑动。当后驱动过早启动时，也会导致胶带在后驱动轮在表面滑动，并磨损胶带；当尾部驱动轮太晚时，头部皮带张力过高，导致头驱动电机过载。因此，为了保证长距离管带的头部和尾部的驱动同步，后驱动轮的切割时间是非常重要的。通过设置时间延迟、增加张力等，变速液压偶合器采用皮带张力测量和控制的输入方法确定尾部驱动的输入时间和力大小。

4 调速型液力偶合器在天然气厂钾氨泵上的应用

天然气生产过程中需要大量的泵。钾氨泵就是其中之一，某天然气公司采用两台400kW钾氨泵并联，以满足需求，为了适应非条件性需求，节能降耗，保证钾氨泵安全经济运行，采用调速液力偶合器用于离心式压缩机变转速调节（如图3），综合来看，有以下经济效益。

（1）初始投资调速型液力偶合器可通过偶合调节而不使用变频电机。变频方案和调速液力偶合器的初始投资仅为变频电机方案的30%。

（2）环境适应性强，调速液力偶合器可用于室外、高寒、高热、粉尘、潮湿环境，环境要求低。

（3）结构比较简单，运行更加可靠。简单的结构导致成本降低，经济效益明显。

（4）可靠性高，使用寿命长。无故障运行时间为30000小时，主要部件为20年。

（5）对电网的影响很小。液压调速可使电机启动空载，减少电机启动，而且启动电流对电网的影响小，并保护电机在外部负载过载时不会受到损坏。

（6）电机的功率因数很高。当电机转速恒定时，100%的速比为0.9，在500/V比为0.65左右。

图3 调速液力偶合器

5 结语

调速型液力偶合器被应用到许多行业，液力偶合器的使用，减少了对电力电网的冲击，具有投资少环境适应能力强，结构简单，成本较低，可靠性较好等优点，启动更加的稳定，安全性更好，不仅延长了传送带的使用寿命，而且节约了运输机器的经济技术指标。调速型液力偶合器应用价值十分广泛，需要不断的发展和完善液力偶合器技术，为经济的发展做出贡献。