風(fēng)機(jī)水泵壓縮機(jī)變頻調(diào)速節(jié)能技術(shù)講座(五) 第一講 風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速節(jié)能技術(shù)(5)

1、風(fēng)機(jī)水泵壓縮機(jī)變頻調(diào)速節(jié)能技術(shù)講座（五） / 第一講 / 風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速節(jié)能技術(shù)（5）作 者：國家電力公司熱工研究院自動(dòng)化所， 徐甫榮四、 風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速和液力耦合器調(diào)速節(jié)能比較交流異步籠型電動(dòng)機(jī)以其優(yōu)異的性能和環(huán)境適應(yīng)能力而獲得了廣泛的應(yīng)用，但是其調(diào)速技術(shù)卻一直困擾著工程界。在變頻技術(shù)發(fā)明以前，人們只能采用電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速，而電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速又不適合大功率電機(jī)；繼而又發(fā)明了液力耦合器，解決了大功率電動(dòng)機(jī)的調(diào)速問題，并獲得了廣泛的應(yīng)用。但是，它們都屬于低效調(diào)速方式，其調(diào)速效率等于調(diào)速比。即便如此，當(dāng)其用在風(fēng)機(jī)水泵的調(diào)速時(shí)，與采用擋板和閥門的節(jié)流調(diào)節(jié)相比，也具有顯著的節(jié)能效果。在已經(jīng)采用液力耦合

2、器調(diào)速的場合，進(jìn)行變頻調(diào)速節(jié)能改造時(shí)，一定要認(rèn)識到這一點(diǎn)，對其節(jié)能潛力有一個(gè)正確的估計(jì)，以免達(dá)不到預(yù)期的效果。不要以節(jié)能效果作為評價(jià)其經(jīng)濟(jì)性的唯一指標(biāo)，而要與進(jìn)行變頻調(diào)速節(jié)能改造后帶來的其它好處一起綜合評價(jià)其經(jīng)濟(jì)效益，比如改善啟動(dòng)性能、提高調(diào)速精度、滿足工藝控制要求、提高產(chǎn)品質(zhì)量、增加生產(chǎn)效率、延長設(shè)備壽命、減少維修費(fèi)用和降低噪聲水平等等。1 液力耦合器的工作原理和主要特性參數(shù)1.1 液力耦合器的工作原理液力耦合器是一種以液體(多數(shù)為油)為工作介質(zhì)、利用液體動(dòng)能傳遞能量的一種葉片式傳動(dòng)機(jī)械。按應(yīng)用場合不同可分為普通型(標(biāo)準(zhǔn)型或離合型)、限矩型(安全型)、牽引型和調(diào)速型四類。用于風(fēng)機(jī)水泵調(diào)速節(jié)能

3、的為調(diào)速型，這里討論的僅限于調(diào)速型。調(diào)速型液力耦合器主要由泵輪、渦輪、旋轉(zhuǎn)外套和勺管組成，泵輪和渦輪均為具有徑向葉輪的工作輪，泵輪與主動(dòng)軸固定連接，渦輪與從動(dòng)軸固定連接；主動(dòng)軸與電動(dòng)機(jī)連接，而從動(dòng)軸則與風(fēng)機(jī)或水泵連接。泵輪與渦輪之間無固體的部件聯(lián)系，為相對布置，兩者的端面之間保持一定的間隙。由泵輪的內(nèi)腔p和渦輪的內(nèi)腔t共同形成的圓環(huán)狀的空腔稱為工作腔。若在工作腔內(nèi)充以油等工作介質(zhì)，則當(dāng)主動(dòng)軸帶著泵輪高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，泵輪上的葉片將驅(qū)動(dòng)工作油高速旋轉(zhuǎn)，對工作油做功，使油獲得能量(旋轉(zhuǎn)動(dòng)能)。同時(shí)高速旋轉(zhuǎn)的工作油在慣性離心力的作用下，被甩向泵輪的外圓周側(cè)，并流入渦輪的徑向進(jìn)口流道，其高速旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)動(dòng)能將

4、推動(dòng)渦輪作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，對渦輪做功，將工作油的旋轉(zhuǎn)動(dòng)能轉(zhuǎn)化為渦輪的旋轉(zhuǎn)動(dòng)能。工作油對渦輪做功后，能量減少，流出渦輪后再流入泵輪的徑向進(jìn)口流道，在泵輪中重新獲得能量。如此周而復(fù)始的重復(fù)，形成了工作油在泵輪和渦輪中的循環(huán)流動(dòng)。在這個(gè)過程中，泵輪驅(qū)動(dòng)工作油旋轉(zhuǎn)時(shí)就把原動(dòng)機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為工作油的動(dòng)能和壓力勢能，這個(gè)原理與葉片式泵的葉輪相同，故稱此輪為泵輪；而工作油在進(jìn)入渦輪后由其所攜帶的動(dòng)能和壓力勢能在推動(dòng)渦輪旋轉(zhuǎn)時(shí)對渦輪做功，又轉(zhuǎn)化為渦輪輸出軸上的機(jī)械能，這個(gè)原理與水輪機(jī)葉輪的作用相同，故稱此輪為渦輪。渦輪的輸出軸又與風(fēng)機(jī)或水泵相聯(lián)接，因此輸出軸又把機(jī)械能傳給風(fēng)機(jī)或水泵，驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)水泵旋轉(zhuǎn)。這樣就實(shí)現(xiàn)了電

5、動(dòng)機(jī)軸功率的柔性傳遞。只要改變工作腔內(nèi)工作油的充滿度，即改變循環(huán)圓內(nèi)的循環(huán)油量，就可以改變液力耦合器所傳遞的轉(zhuǎn)矩和輸出軸的轉(zhuǎn)速，從而實(shí)現(xiàn)了電動(dòng)機(jī)在定速旋轉(zhuǎn)的情況下對風(fēng)機(jī)或水泵的無級變速。工作油油量的變化是通過一根可移動(dòng)的勺管(導(dǎo)流管)位置的改變而實(shí)現(xiàn)的：勺管可以把其管口以下的循環(huán)油抽走，當(dāng)勺管往上推移時(shí)，在旋轉(zhuǎn)外套中的油將被抽吸，使工作腔內(nèi)的工作油量減少，渦輪減速，從而使風(fēng)機(jī)或水泵減速；反之，當(dāng)勺管往下推移時(shí)，風(fēng)機(jī)或水泵將升速。1.2 液力耦合器的主要特性參數(shù)表示液力耦合器性能的特性參數(shù)主要有轉(zhuǎn)矩m、轉(zhuǎn)速比i、轉(zhuǎn)差率s、轉(zhuǎn)矩系數(shù)、和調(diào)速效率v等。(1)轉(zhuǎn)矩m當(dāng)忽略液力耦合器的軸承及鼓風(fēng)損失時(shí)，

6、其輸入轉(zhuǎn)矩m1等于傳遞給泵輪的轉(zhuǎn)矩mb，即m1=mb。其輸出轉(zhuǎn)矩m2與渦輪的阻力矩大小相等，方向相反，即m2=-mt。若忽略工作液體的容積損失等，則由動(dòng)量矩定律及作用力與反作用力定律可以證明mb=-mt，因此有m1=m2。著就是說，液力耦合器不能改變其所傳遞的力矩，其輸出力矩m2等于其輸入力矩m1。(2)轉(zhuǎn)速比i液力耦合器運(yùn)行時(shí)其渦輪轉(zhuǎn)速nt與泵輪轉(zhuǎn)速nb之比，稱為液力耦合器的轉(zhuǎn)速比i，即：i= nt/nb液力耦合器在正常工作時(shí)，其轉(zhuǎn)速比i必然小于1。因?yàn)槿鬷=1，就意味著泵輪與渦輪之間不存在轉(zhuǎn)速差，兩者同步轉(zhuǎn)動(dòng)，而當(dāng)泵輪與渦輪同步轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，工作油的旋轉(zhuǎn)動(dòng)能是不能對渦輪作功的，也就不能傳遞功率。

7、液力耦合器在設(shè)計(jì)工況點(diǎn)的轉(zhuǎn)速比in是表示液力耦合器性能的一個(gè)重要指標(biāo)，in表示渦輪轉(zhuǎn)速為最大值時(shí)的轉(zhuǎn)速比，通常 in= 0.970.98。從液力耦合器的調(diào)速效率特性可知，in表示了液力耦合器調(diào)速效率的最高值。液力耦合器在工作時(shí)，其轉(zhuǎn)速比一般在0.40.98 之內(nèi)，當(dāng)其小于0.4時(shí)，由于轉(zhuǎn)速比小，工作腔內(nèi)充油量少，工作油升溫很快，工作腔內(nèi)氣體量大，這時(shí)工作中常會(huì)出現(xiàn)不穩(wěn)定狀況。(3)轉(zhuǎn)差率s液力耦合器工作時(shí)，其泵輪與渦輪的轉(zhuǎn)速差與泵輪轉(zhuǎn)速之比的百分?jǐn)?shù)，稱為轉(zhuǎn)差率，即：液力耦合器的轉(zhuǎn)差率除表示相對轉(zhuǎn)速差的大小外，還表示在液力耦合器中功率的傳動(dòng)損失率。由液力耦合器的輸入、輸出力矩相等，即m1=m2，

8、可得：(1)即： (2)(4)轉(zhuǎn)矩系數(shù)轉(zhuǎn)矩系數(shù)是液力耦合器得一個(gè)重要技術(shù)指標(biāo)，它表示液力耦合器通流部分的完善程度。轉(zhuǎn)矩系數(shù)越大，表示液力耦合器得動(dòng)力儲(chǔ)存也越大，亦即其傳遞功率和轉(zhuǎn)矩得能力越大。轉(zhuǎn)矩系數(shù)的值主要是由液力耦合器工作腔的幾何尺寸及形狀、以及工作腔流道表面的粗糙度等因素所決定的。對于已確定工作腔尺寸和形狀的液力耦合器，轉(zhuǎn)矩系數(shù)僅隨轉(zhuǎn)速比而變，即f(i)，在額定工況點(diǎn)的轉(zhuǎn)速比in時(shí)，液力耦合器的轉(zhuǎn)矩系數(shù)值約為(0.82.0)×106 min2/m，gb5837-86 規(guī)定，調(diào)速型液力耦合器的轉(zhuǎn)矩系數(shù)值因滿足1.7×106 min2/m 。(5)調(diào)速效率v(液力耦合器效

9、率)液力耦合器的調(diào)速效率又稱為傳動(dòng)效率。它等于液力耦合器的輸出功率p2與輸入功率p1之比，因?yàn)閙b=-mt，故有：(3)在忽略液力耦合器的機(jī)械損失和容積損失等時(shí)，液力耦合器的調(diào)速效率等于調(diào)速比。當(dāng)液力耦合器工作時(shí)的轉(zhuǎn)速比越小，其調(diào)速效率也越低，這是液力耦合器的一個(gè)重要工作特性。2 液力耦合器在風(fēng)機(jī)水泵調(diào)速中的節(jié)能效果2.1 液力耦合器在風(fēng)機(jī)水泵調(diào)速中的功率損耗由上可知，液力耦合器的調(diào)速效率等于調(diào)速比，所以液力耦合器屬低效調(diào)速裝置。液力耦合器在帶動(dòng)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載調(diào)速工作時(shí)，轉(zhuǎn)速比越小，其調(diào)速效率越低，轉(zhuǎn)差功率損耗也越大；但是在帶動(dòng)葉片式風(fēng)機(jī)水泵類平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載調(diào)速工作時(shí)，情況就不是這樣了。這是因?yàn)槿~片

10、式風(fēng)機(jī)水泵的軸功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比，這時(shí)液力耦合器所傳遞的功率也迅速減小，轉(zhuǎn)差功率損耗p也就是一個(gè)很小的量了。當(dāng)風(fēng)機(jī)與水泵由液力耦合器驅(qū)動(dòng)調(diào)速工作時(shí)，風(fēng)機(jī)或水泵的輸入軸與液力耦合器的從動(dòng)軸相連接，故風(fēng)機(jī)水泵的轉(zhuǎn)速等于液力耦合器渦輪的轉(zhuǎn)速，即n=nt ,而其軸功率p等于渦輪軸傳遞的功率，即p=pt 。根據(jù)葉片式風(fēng)機(jī)水泵的比例定律可知，風(fēng)機(jī)水泵的軸功率p與其轉(zhuǎn)速的三次方成正比，即p=kn3t。當(dāng)液力耦合器在最大轉(zhuǎn)速比i=in時(shí)，pt=ptn=kn3t，max 兩式相除得：或改寫成： 即： (4)因?yàn)?， 即代入式(4)得：(5)由式(4)和式(5)可求出液力耦合器得轉(zhuǎn)差功率損失p與轉(zhuǎn)速比的關(guān)系

11、為：(6)為求出最大轉(zhuǎn)差功率損耗時(shí)的轉(zhuǎn)速比，可將式(6)的p對i求導(dǎo)數(shù)，再令導(dǎo)數(shù)為零，求出其極值點(diǎn)，即可求出其極大值或極小值：(7)得出取得極大值得極值點(diǎn)為 i = 2/3 = 0.667 。把極大值代入式(7)可求出液力耦合器的最大轉(zhuǎn)差功率損耗pmax為：(8)注意：式(8)中的ptn為nt=nt,max時(shí)液力耦合器渦輪所傳遞的功率，等于風(fēng)機(jī)或水泵在最高轉(zhuǎn)速時(shí)的軸功率。pmax亦可用相應(yīng)的液力耦合器泵輪傳遞的功率pbn(等于風(fēng)機(jī)或水泵最高轉(zhuǎn)速時(shí)電動(dòng)機(jī)的輸出功率)表示，由ptn/pbn=in得：(9)通常，液力耦合器的 in = 0.970.98 ,代入式(8)及式(9)得：(10)以上通過理

12、論分析，導(dǎo)出了液力耦合器的渦輪傳遞功率pt、泵輪傳遞功率pb、以及轉(zhuǎn)差功率損失p的計(jì)算公式；證明了液力耦合器的最低轉(zhuǎn)差功率損失pmax發(fā)生再轉(zhuǎn)速比i = 2/3處。而不是轉(zhuǎn)速越低，pmax越大。由以上推導(dǎo)的公式可以作出葉片式風(fēng)機(jī)水泵在采用液力耦合器調(diào)速時(shí)的調(diào)速效率、泵輪傳遞功率、渦輪傳遞功率、轉(zhuǎn)差損失功率與轉(zhuǎn)速比的關(guān)系曲線，如圖1所示。圖1 葉片式風(fēng)機(jī)水泵在采用液力耦合器調(diào)速時(shí)的調(diào)速效率、泵輪傳遞功率、渦輪傳遞功率、轉(zhuǎn)差損失功率與轉(zhuǎn)速比的關(guān)系曲線從圖1中可以直觀地看出：隨著轉(zhuǎn)速比的減小，液力耦合器泵輪和渦輪所傳遞的功率也迅速減小，而轉(zhuǎn)差損失功率ppb-pt，因而當(dāng)液力耦合器泵輪所傳遞的功率pb

13、和渦輪所傳遞的功率pt都變得很小時(shí)，轉(zhuǎn)差損失功率p也是一個(gè)很小的量了。2.2 液力耦合器在風(fēng)機(jī)水泵調(diào)速中的節(jié)能效果下面通過一個(gè)具體的例子來說明葉片式風(fēng)機(jī)水泵在采用液力耦合器調(diào)速，即使工作在低轉(zhuǎn)速比時(shí)，盡管其調(diào)速效率很低，但與節(jié)流調(diào)節(jié)相比，也還具有顯著的節(jié)能效果。圖2某離心式通風(fēng)機(jī)的性能曲線圖2所示為某離心式通風(fēng)機(jī)的性能曲線，設(shè)此風(fēng)機(jī)系統(tǒng)在未經(jīng)節(jié)流調(diào)節(jié)和液力耦合器調(diào)節(jié)時(shí)，管路性能曲線經(jīng)過最高效率點(diǎn)，即q = 190×103m3/h，p = 280×9.81pa；由于管路靜壓pst=0，管路性能曲線經(jīng)過坐標(biāo)原點(diǎn)，故此管路性能曲線與經(jīng)過最高效率點(diǎn)的相似拋物線相重合(因?yàn)樗鼈兌际墙?jīng)

14、過坐標(biāo)原點(diǎn)和最佳工況點(diǎn)的二次拋物線)。下面分析比較將流量調(diào)節(jié)到風(fēng)機(jī)額定流量的50%時(shí)，即95×103m3/h時(shí)，采用節(jié)流調(diào)節(jié)和液力耦合器調(diào)節(jié)時(shí)各自所需的原動(dòng)機(jī)功率。先看節(jié)流調(diào)節(jié)，從圖1-13可直接讀出：當(dāng)q=190×103m3/h時(shí)，風(fēng)機(jī)的軸功率為158 kw，當(dāng)通過節(jié)流調(diào)節(jié)使q = 95×103m3/h時(shí)，風(fēng)機(jī)的軸功率為115 kw。而通過液力耦合器調(diào)速時(shí)，風(fēng)機(jī)的性能曲線要發(fā)生變化，但管路性能曲線不變，故變速前后的運(yùn)行工況點(diǎn)均位于管路性能曲線上，而管路性能曲線上的各點(diǎn)又都是相似工況點(diǎn)，相互之間的參數(shù)關(guān)系遵守比例定律：; ;故當(dāng)流量下降到額定值的50%時(shí)，轉(zhuǎn)速應(yīng)下

15、降到額定轉(zhuǎn)速的50%，降速后風(fēng)機(jī)所需的軸功率為：若再考慮到液力耦合器的損耗功率，就得到實(shí)際所需的原動(dòng)機(jī)功率。由式(3)可知，液力耦合器的調(diào)速效率等于調(diào)速比，當(dāng)轉(zhuǎn)速比i=0.5時(shí)，調(diào)速效率也等于0.5，這就意味著從液力耦合器輸入的功率只有一半為有效功率，而另一半則要損耗掉！因此，原動(dòng)機(jī)的輸出功率應(yīng)為19.75+19.75 =39.5kw?？梢?，當(dāng)把風(fēng)量調(diào)節(jié)到額定風(fēng)量的50%時(shí)，盡管在液力耦合器中要產(chǎn)生較大的損耗，但它較之節(jié)流調(diào)節(jié)來說，所損耗的原動(dòng)機(jī)功率仍然要少得多，比節(jié)流調(diào)節(jié)少消耗115-39.5=75.5kw，其節(jié)約的功率還是相當(dāng)可觀的，節(jié)電率達(dá)65.7%。當(dāng)然，這只是粗略的計(jì)算，實(shí)際上液力耦

16、合器的冷卻水系統(tǒng)和油泵系統(tǒng)等輔助設(shè)備以及液力耦合器的機(jī)械損失和容積損失也要消耗一定的功率(一般為額定傳動(dòng)功率的3%4%)，故實(shí)際節(jié)約的功率比上述計(jì)算結(jié)果要少一些，約在70kw左右，實(shí)際節(jié)電率約為60%。3 風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速和液力耦合器調(diào)速對比計(jì)算根據(jù)上述分析可知：液力耦合器的調(diào)速效率等于調(diào)速比，其轉(zhuǎn)差損耗變成油溫的升高散發(fā)掉了，加上液力耦合器的機(jī)械損失和容積損失等于額定傳動(dòng)功率的3%4%(取3.6%)，所以液力耦合器屬于低效的調(diào)速方式。從圖2中可以直觀地看出：隨著轉(zhuǎn)速比的減小，液力耦合器泵輪和渦輪所傳遞的功率也迅速減小，而轉(zhuǎn)差損失功率ppb-pt，因而當(dāng)液力耦合器泵輪所傳遞的功率pb和渦輪所傳遞的

17、功率pt都變得很小時(shí)，轉(zhuǎn)差損失功率p也是一個(gè)很小的量了。由于液力耦合器的調(diào)速效率等于調(diào)速比，而變頻器的效率在94%97%，所以用變頻器代替液力耦合器的節(jié)電率的計(jì)算就變得十分簡單：節(jié)電率 = 1-變頻器損耗-調(diào)速比液力耦合器的機(jī)械損失和容積損失等于額定傳動(dòng)功率的3%4%(取3.6%)/調(diào)速比。也就是“節(jié)電率=變頻器效率-調(diào)速比 + 3.6% pec/調(diào)速比” ！ 一般可以認(rèn)為變頻器的損耗和液力耦合器的機(jī)械損失和容積損失相當(dāng)，則節(jié)電率的計(jì)算可以簡化為：節(jié)電率=100%調(diào)速比。如果要保留液力耦合器的話，節(jié)電率=變頻器效率 - 調(diào)速比 - 液力耦合器的機(jī)械損失和容積損失等于額定傳送功率的3%4%(取3

18、.6%)/調(diào)速比 -液力耦合器因?yàn)閬G轉(zhuǎn)而損失的效率約3%4%/調(diào)速比。為了與上式有可比性，均按實(shí)際傳送功率的45%計(jì)算的話，則節(jié)電率的計(jì)算也可以簡化為：節(jié)電率=100% 調(diào)速比(1215%)。以上的簡化或近似在工程中是完全允許的。可見，去不去掉液力耦合器的節(jié)電率的差別，若“液力耦合器的機(jī)械損失和容積損失”一加一減以及“液力耦合器因?yàn)閬G轉(zhuǎn)而損失的效率”均按實(shí)際傳送功率的45%計(jì)算，其節(jié)電率相差1215%。所以當(dāng)采用變頻器取代液力耦合器進(jìn)行節(jié)能改造時(shí)，為了取得最大的經(jīng)濟(jì)效益， 應(yīng)當(dāng)去掉液力耦合器。 表1 變頻器和液力耦合器的節(jié)能計(jì)算對比結(jié)果 由表1可見，對于風(fēng)機(jī)(靜壓pst=0)來說，液力耦合器調(diào)

19、速也有顯著的節(jié)電效果；在液力耦合器調(diào)速的基礎(chǔ)上進(jìn)行變頻調(diào)速節(jié)能改造，盡管在低轉(zhuǎn)速時(shí)也有很高的節(jié)電率，但是因?yàn)樵诘退贂r(shí)，由于傳遞功率也已經(jīng)變得很小了，所以其最大節(jié)電量也不會(huì)超過額定傳送功率 (pec)的18%(發(fā)生在三分之二額定轉(zhuǎn)速時(shí))。所以我們在進(jìn)行變頻調(diào)速節(jié)能改造工程的節(jié)能計(jì)算時(shí)，一定要把這兩個(gè)容易混肴的概念區(qū)別開來。值得注意的是：(1) 在進(jìn)行有關(guān)液力耦合器調(diào)速的節(jié)能計(jì)算時(shí)，要用液力耦合器的實(shí)際輸出轉(zhuǎn)速進(jìn)行計(jì)算，而不能用液力耦合器的轉(zhuǎn)速設(shè)定值進(jìn)行計(jì)算。因?yàn)橐毫︸詈掀鞯霓D(zhuǎn)速設(shè)定值(勺管油位)表示液力耦合器工作腔內(nèi)油量的多少，它與液力耦合器的輸出轉(zhuǎn)速不存在固定的線性關(guān)系，只是表示一種趨勢：即工

20、作腔內(nèi)油位升高，輸出轉(zhuǎn)速增加，而它們之間具體的數(shù)量關(guān)系，每一臺(tái)液力耦合器都不同。表2是某實(shí)際工程中液力耦合器的勺管油位給定值和實(shí)際轉(zhuǎn)速表2某實(shí)際工程中液力耦合器的勺管油位給定值和實(shí)際轉(zhuǎn)速(2) 設(shè)計(jì)采用液力耦合器調(diào)速的風(fēng)機(jī)，在設(shè)備配套選型時(shí)，往往采用不同額定轉(zhuǎn)速的電動(dòng)機(jī)和風(fēng)機(jī)配套，其原因是采用液力耦合器調(diào)速時(shí)不必采用額定轉(zhuǎn)速相同(或接近)的電動(dòng)機(jī)和風(fēng)機(jī)配套，因?yàn)樵趩?dòng)時(shí)，可以先啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)，然后再由液力耦合器“掛檔”，并根據(jù)不同的工藝要求，使風(fēng)機(jī)在不同的轉(zhuǎn)速下運(yùn)行。當(dāng)采用變頻器代替液力耦合器時(shí)，一旦因變頻器故障而退出運(yùn)行，為了使生產(chǎn)不受影響，需要將風(fēng)機(jī)切換到工頻運(yùn)行，但是由于電動(dòng)機(jī)和風(fēng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)

21、速不同，因此不能直接投工頻運(yùn)行。如果系統(tǒng)有備用設(shè)備時(shí)，可以將備用設(shè)備投入使用，以保證生產(chǎn)的正常進(jìn)行。4 液力耦合器調(diào)速和變頻調(diào)速的主要優(yōu)缺點(diǎn)比較4.1 液力耦合器調(diào)速的主要優(yōu)缺點(diǎn)液力耦合器用于葉片式風(fēng)機(jī)水泵的變速調(diào)節(jié)時(shí)，具有以下優(yōu)點(diǎn)：(1)可實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速。在液力耦合器輸入轉(zhuǎn)速不變的情況下，可以輸出無級連續(xù)變化的、且變化范圍很寬的轉(zhuǎn)速。當(dāng)轉(zhuǎn)速變化較大時(shí)，與節(jié)流調(diào)節(jié)相比較，有顯著的節(jié)能效果。(2)可實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的空載啟動(dòng)，降低啟動(dòng)電流。因而可選用容量較小的電動(dòng)機(jī)及電控設(shè)備，減少設(shè)備的投資。(3)可隔離震動(dòng)。液力耦合器的泵輪和渦輪之間沒有機(jī)械聯(lián)系，轉(zhuǎn)矩通過工作液體傳遞，是柔性連接。當(dāng)主動(dòng)軸有周期性的震

22、動(dòng)(如扭震等)時(shí)，不會(huì)傳到從動(dòng)軸上，具有良好的隔震效果。能減緩沖擊負(fù)荷，延長電動(dòng)機(jī)和風(fēng)機(jī)水泵的機(jī)械壽命。(4)過載保護(hù)。由于液力耦合器是柔性傳動(dòng)，其泵輪和渦輪之間有轉(zhuǎn)速差，故當(dāng)從動(dòng)軸阻力矩突然增加時(shí)，轉(zhuǎn)速差增大，甚至當(dāng)風(fēng)機(jī)或水泵等負(fù)載機(jī)器制動(dòng)時(shí)，原動(dòng)機(jī)或電動(dòng)機(jī)仍能繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)而不致被燒毀，風(fēng)機(jī)與水泵也可受到保護(hù)。同時(shí)裝在液力耦合器上的易熔放油塞還能及時(shí)地把流道熱油自動(dòng)排空，切斷轉(zhuǎn)矩的傳遞。(5) 除軸承外無其它磨損部件，故工作可靠，能長期無檢修運(yùn)行，壽命長。(6)工作平穩(wěn)，可以和緩地啟動(dòng)、加速、減速和停車。(7)便于控制。液力耦合器是無級調(diào)速，便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，適用于各種伺服系統(tǒng)控制。(8)能用于

23、大容量風(fēng)機(jī)與水泵的變速調(diào)節(jié)，目前單臺(tái)液力耦合器傳遞的功率已達(dá)20mw以上。液力耦合器的主要缺點(diǎn)是：(1)和節(jié)流調(diào)節(jié)相比，增加了初投資，增加了設(shè)備安裝空間。大功率的液力耦合器除本體設(shè)備外，還要一套諸如冷油器等輔助設(shè)備和管路系統(tǒng)。(2)由于液力耦合器的最大轉(zhuǎn)速比為in = 0.970.98，故液力耦合器輸出的最大轉(zhuǎn)速要比輸入轉(zhuǎn)速低。因此在選擇風(fēng)機(jī)與水泵時(shí)，要按照液力耦合器的最大輸出轉(zhuǎn)速確定其容量，而不能用電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速來確定風(fēng)機(jī)與水泵的容量。此外考慮到液力耦合器的轉(zhuǎn)差損失(2%3%)、升速齒輪損失(1.5%3%)、機(jī)械損失和容積損失及油泵功率消耗(總計(jì)小于1%)等因素，電動(dòng)機(jī)的容量亦要稍增大些。

24、(3)當(dāng)液力耦合器的轉(zhuǎn)矩一定而轉(zhuǎn)速比較低時(shí)，不僅液力耦合器的體積和重量將增加，而且調(diào)速的延遲時(shí)間增大，反應(yīng)變慢，當(dāng)轉(zhuǎn)速比小于0.4時(shí)，還會(huì)使工作不穩(wěn)定，因此液力耦合器最適用于較高轉(zhuǎn)速的風(fēng)機(jī)水泵調(diào)速的場合。(4)液力耦合器在運(yùn)轉(zhuǎn)中隨著負(fù)載的變化，其輸出轉(zhuǎn)速也要相應(yīng)的變化，所以不能保持精確的轉(zhuǎn)速比，因此不適用于要求精確轉(zhuǎn)速的場合。(5)液力耦合器一旦發(fā)生故障，被拖動(dòng)的負(fù)載也就不能工作。(6)雖然液力耦合器用于風(fēng)機(jī)水泵調(diào)速時(shí)具有顯著的節(jié)能效果，但是由于液力耦合器的調(diào)速效率等于轉(zhuǎn)速比，特別是在低速段產(chǎn)生的轉(zhuǎn)差損耗還是很大的，因此液力耦合器仍屬低效調(diào)速裝置。4.2 變頻調(diào)速的主要優(yōu)缺點(diǎn)變頻調(diào)速的主要優(yōu)點(diǎn)

25、是：(1)可實(shí)現(xiàn)平滑的無級調(diào)速，且調(diào)速精度高，轉(zhuǎn)速(頻率)分辯率高。(2)調(diào)速效率高。變頻調(diào)速的特點(diǎn)是在頻率變化后，電動(dòng)機(jī)仍在該頻率的同步轉(zhuǎn)速附近運(yùn)行，基本上保持額定轉(zhuǎn)差率，轉(zhuǎn)差損失不增加。變頻調(diào)速時(shí)的損失，只是在變頻裝置中產(chǎn)生的變流損失，以及由于高次諧波的影響，使電動(dòng)機(jī)的損耗有所增加，相應(yīng)效率有所下降。所以變頻調(diào)速是一種高效調(diào)速方式。(3)調(diào)速范圍寬，一般可達(dá)10:1(505hz)或201(502.5hz)。并在整個(gè)調(diào)速范圍內(nèi)均具有較高的調(diào)速裝置效率v。所以變頻調(diào)速方式適用于調(diào)速范圍寬，且經(jīng)常處于低轉(zhuǎn)速狀態(tài)下運(yùn)行的負(fù)載。(4)功率因數(shù)高，可以降低變壓器和輸電線路的容量，減少線損，節(jié)省投資?；?/p>

26、在同樣的電源容量下，可以多裝風(fēng)機(jī)或水泵負(fù)載。(5)變頻裝置故障時(shí)可以退出運(yùn)行，改由電網(wǎng)直接供電(工頻旁路)。這對于泵或風(fēng)機(jī)的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行是很有利的。如萬一變頻裝置發(fā)生故障，就退出運(yùn)行，不影響泵與風(fēng)機(jī)的繼續(xù)運(yùn)行；又如在接近額定頻率(50hz)范圍工作時(shí)，由變頻裝置調(diào)速的經(jīng)濟(jì)性并不高，變頻裝置可退出運(yùn)行，由電網(wǎng)直接供電，改用節(jié)流等常規(guī)的調(diào)節(jié)方式。(6)變頻裝置可以兼作軟起動(dòng)設(shè)備，通過變頻器可將電動(dòng)機(jī)從零速起動(dòng)連續(xù)平滑加速直致全速運(yùn)行。變頻軟起動(dòng)是目前最好的軟起動(dòng)方式，變頻器是目前最好的軟起動(dòng)設(shè)備。變頻調(diào)速的主要缺點(diǎn)是：(1)目前，變頻調(diào)速技術(shù)在高壓大容量傳動(dòng)中推廣應(yīng)用的主要問題有兩個(gè)：一個(gè)是我國大功率電動(dòng)機(jī)供電電壓高(310kv)，而功率開關(guān)器件耐壓水平不夠，造成電壓匹配上的問題；二是高壓大功率變頻調(diào)速裝置技術(shù)含量高、難度大，因而投入也高(尤其是對于200kw500kw)，而一般風(fēng)機(jī)水泵節(jié)能改造都要求低投入，高回報(bào)，從而造成經(jīng)濟(jì)效益上的問題。這兩個(gè)問題是它應(yīng)用于風(fēng)機(jī)水泵調(diào)速節(jié)能的主要障礙。(2) 因電流型變頻器輸出電流的