HYZ750-2B 液力偶合器冷却系统改造的研究与应用

冉 建，余建勇，毛建伟

（川西钻探公司，四川成都 610051）

0 引言

川西钻探公司有10 个钻井队使用HYZ750-2B 液力偶合器共计30 台，均采用柴油机与偶合器联合水冷系统进行散热。液力偶合器的液力油利用柴油机的冷却水来冷却，冷却效果差，液力油油温经常高达110 ℃，严重影响液力偶合器动力输出，同时也增加了柴油机的散热负荷，影响柴油机的正常运转。

1 改造原因分析

改造前，HYZ750-2B 液力偶合器采用柴油机与偶合器联合水冷系统进行散热（（图1））。利用12V190 柴油机的低温循环水来冷却其液力传动油，主要存在以下两个问题。

图1 联合水冷系统原理

（1）因190 系列柴油机一般采用半开式叶轮水泵，在中冷水系统中串联偶合器的散热器后，增加了循环水系统阻力，引起中冷水系统的流量减少，导致柴油机散热效果下降。

（2）经过偶合器的冷却水温度较高，对柴油机的中冷器、机油冷却器冷却效果不好，增加了柴油机的散热负荷，影响柴油机的正常运转。液力偶合器的液力油利用柴油机的冷却水来冷却，冷却效果很差，液力油油温经常高达110 ℃，严重影响液力偶合器动力输出，甚至无法使用。

经计算，柴油机自身的冷却水很难同时满足对柴油机本身及HYZ720-2B 液力偶合器的降温需要。

冷却水循环量Vw可由式（1）求得：

式中 Vw——冷却水循环量，L/s

γw——水的比重，可近似取γw=1000 kg/m3

cw——水的比热，可近似取cw=4.187 kJ/（kg·℃）

柴油机燃油所发出的热量只有35%～45%转变为有效功，有20%～30%的热量被冷却水带走，25%～40%的热量被废气带走。也就是说，冷却柴油机本身就需要水泵的循环量为（G12V190PZLG-3的标定功率为810 kW），则Vw1=Qw1/Δtw1γw1cw1=13.4 L/s。

根据偶合器大小及原散热器估算其散热量约为130 kW，那么所需冷却水的循环量VW2=QW2/ΔtW2γW2cW2=3.5（L/s）。

所需冷却水循环总量VW=VW1+VW2=16.9 L/s。

但是12V190 柴油机的半开式叶轮离心泵排量仅为1000 L/min、即16.7 L/s，小于所需冷却水循环总量16.9 L/s。

2 独立风冷系统的设计

2.1 散热器

（1）偶合器所需冷却空气流量Vf=QW/Δtaγacpηf=17 667 m3/h，取风机空气流量Qf=18 000 m3/h。

（2）风机大小确定。根据油散芯子迎风尺寸及油散结构，并参考风机厂家提供资料，确定风机叶轮直径600 mm，风筒直径为630 mm。

（3）风机风速v=Qf/S=16.04 m/s。

（4）风压P=v2×1600=161 Pa。

2.2 防爆电机

（1）功率。单位时间重量流量为5.64 kg/s，则功率P 为1.49 kW，取系数1.5，则电机功率约2.2 kW。

（2）转速。根据叶片角度、直径、风量、风速、电机功率最终确定电机转速为1460 r/min。

2.3 提高风扇冷却效率的措施

一直以来，通过风扇来加强通风、强化冷却的方法效率不高，一般不超过35%，浪费较大。而影响冷却风扇效率的主要因素包含机械效率、液力效率和容积效率，其中容积效率最容易得到改善。

（1）安装护风罩可提高风扇的风压和风量，引导气流均匀流过散热器芯部，避免气流回流或涡流出现，从而提高冷却效率。

（2）尽量减少护风罩与风扇扇叶的径向间隙，因气流高速通过风扇扇叶时，扇叶前后存在压差，通过扇叶后的气流会通过此间隙回流，从而降低冷却效率。

3 冷却系统的改造

3.1 独立风冷系统联接与安装

为减少工作量，减少对偶合器本体的改变或破坏，新设计的独立风冷系统可安装在改造前水冷散热器的位置。将独立风冷系统放在偶合器上，并确认与四周机件无干涉后紧固底座螺栓，最后将偶合器的出油口、进油口和风冷油冷器的进油口、出油口用高压软管连接，形成循环的油道。

3.2 柴油机低温循环系统的恢复

HYZ750-2B 液力偶合器的散热器进出口是串接在190 柴油机“低温循环系统”回路上中冷器出水口和机油冷却器进水口之间的（图2）。如果进行改造，拆除偶合器的散热器之后，第一要务就是连接好柴油机中冷器与机油冷却器，恢复190 柴油机的“低温循环系统”，保证柴油机的正常运转。连接过程务必做到无渗漏、少弯道，减小水道摩阻，减轻低温水泵的负荷。

图2 偶合器与柴油机冷却水通道的联结示意

4 应用效果

先后将两个队共6 台HYZ750-2B 液力偶合器液力油联合水冷系统改造为独立风冷系统后进行试运转，液力油油温控制在60～70 ℃（环境温度35 ℃），既保障了液力偶合器的使用和动力输出，也减小了柴油机的散热负荷，工况运转更好、更合理（图3）。

图3 改造后的偶合器现场试运行

5 结束语

通过改造，液力偶合器冷却效果得到了较大的改善，减少了故障的发生，提高了可靠性，保障了它的正常使用和动力输出，同时也减小了柴油机的散热负荷，工况运转更好、更合理。为降低独立风冷系统能耗，未来可以通过加装油温感应器来控制风扇电路的通断，让油温达到设定温度时才启动风扇开始降温，这样在冬天或轻负荷偶合器的油温不太高时，独立风冷系统就不会启动，达到节能降耗的目的。