風(fēng)機(jī)水泵壓縮機(jī)變頻調(diào)速節(jié)能技術(shù)的講座(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(guó)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(wèn)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 。

2、在已經(jīng)采用液力耦合器調(diào)速的場(chǎng)合，進(jìn)行變頻調(diào)速節(jié)能改造時(shí) ，一定要認(rèn)識(shí)到這一點(diǎn)，對(duì)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(píng)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(lái)的其它好處一起綜合評(píng)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(zhǎng)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(chǎng)合不同可分為普通型(標(biāo)準(zhǔn)型或離合型)、限矩型 (安全型 )

3、、牽引型和調(diào)速型四類 。 用于風(fēng)機(jī)水泵調(diào)速節(jié)能的為調(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.下載可編輯 .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(wú)固體的部件聯(lián)系，為相對(duì)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(duì)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

4、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)能將推動(dòng)渦輪作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，對(duì)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(duì)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(guò)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(shì)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(shì)能在推動(dòng)渦輪旋轉(zhuǎn)時(shí)對(duì)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

5、。 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(duì)風(fēng)機(jī)或水泵的無(wú)級(jí)變速 。 工作油油量的變化是通過(guò)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).下載

6、可編輯 .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)，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(shuō) ，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/

7、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?i=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(duì)渦輪作功的 ，也就不能傳遞功率。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= 0.97 0.98 。 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0.4 0.98 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

8、。(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：.下載可編輯 .液力耦合器的轉(zhuǎn)差率除表示相對(duì)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 ，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(duì)于已確定工作腔尺寸和形狀的液力耦合器，轉(zhuǎn)矩系數(shù)

9、 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 (0.8 2.0) ×10 6 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1.7×10 6 min2/m 。(5) 調(diào)速效率 v(液力耦合器效率 )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)?mb=-mt，故有 ：.下載可編輯 .(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

10、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

11、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 ：.下載可編輯 .即：(4)因?yàn)椋?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(duì) 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).下載可編輯 .得出取得極大值得極值點(diǎn)為i = 2/3 = 0.66

12、7。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 = 0.97 0.98 , 代入式 (8) 及式 (9) 得：(10)以上通過(guò)理論分析，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.下載可編輯

13、.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 p pb-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

14、合器在風(fēng)機(jī)水泵調(diào)速中的節(jié)能效果下面通過(guò)一個(gè)具體的例子來(lái)說(shuō)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。.下載可編輯 .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(guò)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(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)，故此管路性能曲線與經(jīng)過(guò)最高效率點(diǎn)的相似拋物線相重合 (因?yàn)樗鼈兌际墙?jīng)過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)和最佳工況點(diǎn)的二次拋物線)。

15、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(guò)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(guò)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.下載可編輯 .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%

16、時(shí)，轉(zhuǎn)速應(yīng)下降到額定轉(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(lái)說(shuō)，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%

17、 。 當(dāng)然，這只是粗略的計(jì)算 ，實(shí)際上液力耦合器的冷卻水系統(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(duì)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).下載可編輯 .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

18、小 ，而轉(zhuǎn)差損失功率 p pb-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(jiǎn)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(jiǎn)化為 ：節(jié)電率 =100%

19、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 3.6%)/ 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 4 5% 計(jì)算的話 ，則節(jié)電率的計(jì)算也可以簡(jiǎn)化為 ：節(jié)電率 =100% 調(diào)速比 (12 15%) 。以上的簡(jiǎn)化或近似在工程中是完全允許的?？梢?，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4 5%計(jì)算，其節(jié)電率相差12 15% 。 所以當(dāng)采用變頻

20、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。.下載可編輯 .表 1 變頻器和液力耦合器的節(jié)能計(jì)算對(duì)比結(jié)果由表 1 可見，對(duì)于風(fēng)機(jī) (靜壓 pst=0) 來(lái)說(shuō)，液力耦合器調(diào)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(guò)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?cè)谶M(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(lái)。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

21、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(shì)：即工作腔內(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.下載可編輯 .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)

22、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)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) ：.下載可編輯 .(1) 可實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)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(wú)級(jí)

23、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(méi)有機(jī)械聯(lián)系，轉(zhuǎn)矩通過(guò)工作液體傳遞，是柔性連接 。當(dāng)主動(dòng)軸有周期性的震動(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(zhǎng)電動(dòng)機(jī)和風(fēng)機(jī)水泵的機(jī)械壽命。(4) 過(guò)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)

24、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(wú)其它磨損部件 ，故工作可靠 ，能長(zhǎng)期無(wú)檢修運(yùn)行 ，壽命長(zhǎng) 。(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(wú)級(jí)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

25、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 = 0.97 0.98 ，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(lái)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.下載可編輯 .(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。(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

26、耦合器最適用于較高轉(zhuǎn)速的風(fēng)機(jī)水泵調(diào)速的場(chǎng)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(chǎng)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)是：(1) 可實(shí)現(xiàn)平滑的無(wú)級(jí)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)

27、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(50 5hz) 或 20 1(50 2.5hz) 。 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 。.下載可編輯 .或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

28、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(duì)于泵或風(fēng)機(jī)的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行是很有利的 。 如萬(wàn)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(guò)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(wèn)題有兩個(gè)：一個(gè)是我國(guó)大功率電動(dòng)機(jī)供電電壓高(3 10kv) ，而功率開關(guān)器件耐壓水平不夠，造成電壓匹配上的問(wèn)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(duì)于200kw 500kw) ，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(wèn)題。這兩個(gè)問(wèn)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