液力變矩器傳動(dòng)在風(fēng)力發(fā)電機(jī)上的應(yīng)用交流用二_PowerPoi

1、流體動(dòng)力學(xué)和機(jī)械學(xué)完美的結(jié)合液力變矩傳動(dòng)在風(fēng)力發(fā)電機(jī)上的應(yīng)用傳動(dòng)及分類¾傳動(dòng)裝置及分類¾工業(yè)機(jī)械一般由原動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和工作機(jī)械三部分組成,原動(dòng)機(jī)一般為:¾1 電動(dòng)機(jī);¾2 內(nèi)燃機(jī)（汽油機(jī)、柴油機(jī)）;¾3 燃?xì)馔钙?¾4 蒸汽透平;¾5 水輪機(jī);¾6 風(fēng)力透平等;傳動(dòng)機(jī)構(gòu)并非只完成原動(dòng)機(jī)動(dòng)力的傳遞;當(dāng)原動(dòng)機(jī)特性不能滿足工作機(jī)械要求時(shí)，則可由傳動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)原動(dòng)機(jī)與工作機(jī)械之間的合理匹配;這一點(diǎn)，在工作中往往又是十分重要的。現(xiàn)有的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)按能量的傳遞方式可分為下面三種基本形式:¾機(jī)械傳動(dòng)基于機(jī)械原理包括：

2、90;1 齒輪傳動(dòng);¾2 帶傳動(dòng);¾3鏈傳動(dòng);¾4蝸輪蝸桿傳動(dòng);¾5 曲柄連桿機(jī)構(gòu);¾6 滾珠絲杠;¾7 等多種形式。原理,包括:¾1 各種繼電開關(guān)柜;¾2 自耦變壓器;¾3 星三角啟動(dòng)器;¾4 自整角機(jī);¾5 步進(jìn)電動(dòng)機(jī);¾6 直流調(diào)速器;¾7 變頻器等。¾電力傳動(dòng)基于電力拖動(dòng)及系統(tǒng)工作¾流體傳動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)以流體為工作介質(zhì)，包括:¾1 氣壓傳動(dòng);¾2 液壓傳動(dòng);¾3 液力傳動(dòng);¾4 液粘傳動(dòng);¾由

3、流體力學(xué)基本知識(shí)知，單位質(zhì)量液體具有的能頭可由下式來表征：¾vpH=+x2gg2（m）¾上式中2v流體的速度，m/s，v/2g稱為流體的動(dòng)力能頭；2p流體的壓力，N/m或Pa，p/g稱為流體¾的壓力能頭；z壓力測(cè)點(diǎn)相對(duì)于某一基準(zhǔn)水平面的幾何高¾度，m。又稱為位置能頭；3流體的密度，kg/m；¾g重力加速度，m/s2。¾¾在流體元件傳遞能量的過程中，相對(duì)位置高度變化很小，位置能頭（z）的變化可以忽略不計(jì).在流體元件中運(yùn)動(dòng)流體的能量變化主要表現(xiàn)為:2¾動(dòng)力能（v/2g ）v/2g¾壓力能（p/g）兩種形式，2

4、¾其中，氣壓傳動(dòng)和液壓傳動(dòng)則是主要依靠工作流體（空氣或油液）的壓力能的變化來傳遞能量的。液力傳動(dòng)的定義及分類主要依靠工作液體的動(dòng)能（v/2g）的變化來傳遞或交換能量的液體元件稱為液力元件，包括:¾1 各種型式的液力耦合器;¾2 液力變矩器;在傳動(dòng)系統(tǒng)中，若有一個(gè)以上環(huán)¾節(jié)是采用液力元件傳動(dòng)力，這樣的傳動(dòng)系統(tǒng)則稱為液力傳動(dòng)（見圖11）。¾2圖11 液力傳動(dòng)元件滿足不同工作機(jī)械傳動(dòng)性能要求液力傳動(dòng)的定義及分類液力傳動(dòng)元件一般軸向布置在原動(dòng)機(jī)和工作機(jī)之間實(shí)現(xiàn)動(dòng)力的傳輸.¾液力傳動(dòng)研究的主要內(nèi)容:¾1液力元件的傳動(dòng)特性;¾

5、2 液力元件的水力性能;¾3 液力元件與原動(dòng)機(jī)動(dòng)力特性的匹配;¾¾按獨(dú)立工作的元件區(qū)分，液力傳動(dòng)包括下面兩種主要的傳動(dòng)元件類型:¾1液力偶合器;¾2液力變矩器;¾液力偶合器按其結(jié)構(gòu)和性能的不同又分為:¾1普通型偶合器;¾2 限矩型偶合器;¾3調(diào)速型偶合器;等不同的類別.液力傳動(dòng)的定義及分類¾圖12中所示的液力制動(dòng)器可以看作是液力偶合器工作的一種特殊形式，同樣是基于液力傳動(dòng)原理工作，只是液力制動(dòng)器不是傳遞能量，而是吸收能量。液力傳動(dòng)的定義及分類¾液力變矩器與液力偶合器在結(jié)構(gòu)上的最大差別是

6、存在固定不動(dòng)的導(dǎo)輪，分類較為靈活,分類如下:¾1 可以按工作輪排列順序或數(shù)目分類;¾2 可以按渦輪的形式分類（軸流式、離心式和向心式渦輪變矩器）;¾3 有可調(diào)式和不可調(diào)式液力變矩器之分;¾4 有一類兼有偶合器和變矩器功能的綜合式液力變矩器;液力傳動(dòng)裝置¾液力傳動(dòng)還包括液力傳動(dòng)裝置，但它不是液力元件（偶合器、變矩器）與機(jī)械傳動(dòng)元件的簡(jiǎn)單組合¾是指液力元件與行星齒輪的適當(dāng)組合，功率的傳遞分流給液力元件和行星齒輪兩部分。BasicsFunction of WinDrive液力傳動(dòng)的基本工作原理¾液力傳動(dòng)可以看做是葉片泵與水輪機(jī)兩種

7、工作機(jī)械的組合，如圖13所示:液力傳動(dòng)的基本工作原理¾原動(dòng)機(jī)帶動(dòng)葉片泵對(duì)工作液體做功，具有一定能量的液體經(jīng)過管路沖擊水輪機(jī)旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)工作機(jī)械旋轉(zhuǎn)。¾在水輪機(jī)中消耗了能量的液體又回到葉片泵進(jìn)口，循環(huán)往復(fù)，從而實(shí)現(xiàn)原動(dòng)機(jī)的能量傳遞，取消不必要的導(dǎo)水管和水槽，就變成了著名的“費(fèi)丁格爾偶合器”。液力傳動(dòng)的基本工作原理一, 液力偶合器¾偶合器是一種利用液體來傳遞能量的液力元件（見圖14）。¾圖（a）是早期應(yīng)用的有內(nèi)環(huán)偶合器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖¾圖（b）是目前廣泛應(yīng)用的無內(nèi)環(huán)偶合器。¾上圖中“B”代表泵輪，“T”代表渦輪，分別與輸入軸和輸出軸剛性連接;

8、90;二者之間有一定的軸向間隙，泵輪和渦輪組成一個(gè)可使液體循環(huán)流動(dòng)的密閉工作腔;¾泵輪與渦輪及充注在其中的工作液體一起，是偶合器能夠?qū)崿F(xiàn)動(dòng)力傳遞的核心。¾下圖14的3為旋轉(zhuǎn)殼體，它與泵輪在外緣處剛性連接。起到防止液流外泄的作用。¾泵輪B與渦輪T在結(jié)構(gòu)布置上像兩個(gè)相對(duì)放置的水泵葉輪、葉輪的前、后蓋板變?yōu)閮?nèi)環(huán)2和4及外環(huán)1和5，只是葉片均為徑向平面布置，而且葉片數(shù)比較圖14 液力偶合器的結(jié)構(gòu)1.5外環(huán)；2.4內(nèi)環(huán)；3旋轉(zhuǎn)殼體；B泵輪；T渦輪¾與泵輪B剛性連接的輸入軸是由原動(dòng)機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)的.¾位于泵輪內(nèi)的工作液體受到泵輪葉片的作用，產(chǎn)生離心力，迫使工作

9、液向外緣流動(dòng)，從而使得工作液體的速度和壓力增大，這樣就把原動(dòng)機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)變成泵輪內(nèi)工作液體的動(dòng)能和壓力能.¾泵輪排出的液體進(jìn)入渦輪，沖擊渦輪的工作葉片，同時(shí)液體被迫沿渦輪葉片間流道向心流動(dòng)，液流的速度減小。¾液體的能量轉(zhuǎn)變成偶合器輸出軸（與渦輪T剛性相連）上的機(jī)械能。¾液體對(duì)渦輪做功降低能量后再次回到泵輪，并吸收能量，如此循環(huán)往復(fù)，就實(shí)現(xiàn)了泵輪與渦輪之間的能量傳遞。¾當(dāng)渦輪的轉(zhuǎn)速n升高到與泵輪的轉(zhuǎn)速nTB相等時(shí)，液體在工作腔內(nèi)將停止循環(huán)流動(dòng)，處于相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)，此時(shí)能量的傳遞也就終止.¾液力偶合器正常工作時(shí)渦輪轉(zhuǎn)速必然低于泵輪轉(zhuǎn)速.液力偶合器正常

10、工作時(shí)總是存在滑差。¾液力偶合器正常工作時(shí)渦輪轉(zhuǎn)速必然低于泵輪轉(zhuǎn)速.液力偶合器正常工作時(shí)總是存在滑差。¾偶合器可以將輸入軸上的轉(zhuǎn)矩大小不變地傳遞到輸出軸，具有類似機(jī)械傳動(dòng)的特性。¾液力偶合器工作特性中七個(gè)最基本的優(yōu)點(diǎn)是:¾1優(yōu)良的能容特性;¾2優(yōu)良的啟動(dòng)特性;¾3 優(yōu)良的隔離衰減扭振;¾4優(yōu)良的過載保護(hù);¾5 調(diào)速型偶合器無級(jí)調(diào)速是液力偶合器傳動(dòng)性能的最優(yōu)越之處;¾6泵輪輸入力矩與渦輪輸出力矩相等;¾7傳動(dòng)效率等于轉(zhuǎn)速比;二,液力變矩器¾簡(jiǎn)單的單級(jí)液力變矩器，其主要的工作部件有:

11、90;泵輪（B）;¾渦輪（T）;¾及導(dǎo)輪（D）;¾如下圖15所示，各工作輪中均有沿圓周分布的空間曲面形狀的葉片。¾下圖15中:¾（a）為簡(jiǎn)單的單級(jí)、單相向心渦輪液力變矩器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。¾（b）為一種導(dǎo)葉可調(diào)式離心渦輪液力變矩器的三個(gè)工作元件。液力變矩器-工作原理主要的工作部件有: 泵輪B；渦輪T；導(dǎo)輪D¾簡(jiǎn)單的單級(jí)液力變矩器如圖15所示:¾各工作輪中均有沿圓周分布的空間曲面形狀的葉片。渦輪導(dǎo)輪050100150渦輪轉(zhuǎn)速 %泵輪轉(zhuǎn)矩渦輪轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩¾下圖15 （a）為簡(jiǎn)單的單級(jí)、單相向心渦輪液力變矩器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖，（b

12、）為一種導(dǎo)葉可調(diào)式離心渦輪液力變矩器的三個(gè)工作元件¾以“B-T-D”型液力變矩器為例見圖15（a）。工作腔內(nèi)充滿著工作液體.¾液力變矩器工作時(shí)，原動(dòng)機(jī)通過輸入軸及泵輪輸入盤，帶動(dòng)泵輪旋轉(zhuǎn).¾位于泵輪內(nèi)的工作液體受到泵輪葉片作用而向外緣流動(dòng)，工作液的速度和壓強(qiáng)增大，泵輪把原動(dòng)機(jī)傳來的機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)楣ぷ饕旱膭?dòng)能和壓力能。¾由泵輪流出的高速工作液體，經(jīng)過一小段無葉片區(qū)的流道后，直接進(jìn)入渦輪，并沖擊渦輪葉片，使與渦輪相連的輸出軸旋轉(zhuǎn)。¾工作液通過渦輪后，速度減小，能量減小，液體的能量通過渦輪轉(zhuǎn)變?yōu)檩敵鲚S上的機(jī)械能。¾由渦輪流出的工作液體經(jīng)過一小

13、段無葉片區(qū)的流道進(jìn)入導(dǎo)輪。¾由于導(dǎo)輪直接或間接（如通過單向離合器）固定在不動(dòng)殼體上，它既不吸收能量也不輸出能量，只是通過導(dǎo)輪葉片對(duì)液流的作用來改變液流的動(dòng)量矩，以改變渦輪的力矩，達(dá)到”變矩“的目的，¾由導(dǎo)輪流出的工作液經(jīng)過一小段無葉片區(qū)又進(jìn)入泵輪。¾液力變矩器內(nèi)的工作液體，由泵輪渦輪導(dǎo)輪泵輪連續(xù)不斷地循環(huán)。¾泵輪連續(xù)不斷地吸收機(jī)械能并轉(zhuǎn)換為液體的能量。¾渦輪把液體能量再轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，從而將原動(dòng)機(jī)傳來的機(jī)械能傳給液力變矩器后面的工作機(jī)械。¾液力變矩器的主要特點(diǎn)體現(xiàn)在:¾1 它的變矩性能。¾2 帶給工作機(jī)械的自動(dòng)適應(yīng)性

14、能。¾3 影響原動(dòng)機(jī)的透穿性能。¾4 可調(diào)式液力變矩器的無級(jí)調(diào)速性能上。¾液力傳動(dòng)的應(yīng)用與發(fā)展概況¾自從1905年德國(guó)電氣工程師費(fèi)丁格爾研制成功第一臺(tái)液力傳動(dòng)裝置至今，已有上百年的歷史。¾首先在船舶工業(yè)中得到應(yīng)用與發(fā)展，目前液力傳動(dòng)在其他領(lǐng)域有了更廣泛的應(yīng)用，尤其在工作機(jī)械的主動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)中。¾液力元件不斷向高轉(zhuǎn)速、大功率方向發(fā)展，液力傳動(dòng)裝置的最大功率、轉(zhuǎn)速已經(jīng)可以達(dá)到50000kw，20000r/min。如圖17所示的Voith公司50000kw的液力偶合器傳動(dòng)裝置R.GS。圖16 液力減速（制動(dòng)）器結(jié)構(gòu)剖面圖17 Voith公司5

15、0MW的液力偶合器傳動(dòng)裝置R.GS¾液力傳動(dòng)的應(yīng)用概況如下。¾（1）車輛傳動(dòng)¾各種工程機(jī)械、運(yùn)輸車輛的主傳動(dòng)裝置，液力傳動(dòng)占主導(dǎo)地位。¾軍用車輛坦克、自行火炮。裝甲運(yùn)兵車、艦船動(dòng)力傳輸工程車輛叉車、裝載機(jī)、挖掘機(jī)、推土機(jī)等；¾工程車輛內(nèi)燃機(jī)車輛液力傳動(dòng)；¾汽車行業(yè)大客車、小客車、某些專門用途的車輛，如重型載重汽車等。¾風(fēng)力發(fā)電機(jī)¾造紙機(jī)械¾（2）工況調(diào)節(jié)液力調(diào)速占有一定的優(yōu)勢(shì)。¾電站工程: 鍋爐給水泵、鍋爐送引風(fēng)機(jī)、渣漿泵、燃?xì)廨啓C(jī)啟動(dòng)裝置；¾鋼鐵行業(yè): 煉鋼轉(zhuǎn)爐除塵風(fēng)機(jī)、煤煙輸運(yùn)風(fēng)機(jī)

16、等。¾主要是大功率（兆瓦級(jí)）的應(yīng)用領(lǐng)域。(3)在某些特殊的場(chǎng)合應(yīng)用¾液力傳動(dòng)元件也能發(fā)揮了獨(dú)特的功能。¾1 飛機(jī)攔阻也采用液力制動(dòng)器來實(shí)現(xiàn)（見圖18）¾2 美國(guó)研制的B-1型戰(zhàn)略轟炸機(jī)上，燃?xì)廨啓C(jī)的啟動(dòng)也采用液力傳動(dòng)元件。¾3 英國(guó)的MK-17B空中加油平臺(tái)則采用了調(diào)速液力偶合器的液力驅(qū)動(dòng)方案；¾4 采用可調(diào)式液力變矩器的多點(diǎn)式空中加油平臺(tái)軟管卷盤驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)也取得了重要的科研成果，此液力傳控系統(tǒng)要完成加油軟管拖拽/回繞的速度控制、對(duì)接向應(yīng)力提供等功能。圖18 控制加油與液力驅(qū)動(dòng)平臺(tái)模擬¾液力傳動(dòng)不斷推出新型的傳動(dòng)元件（見圖19

17、圖112），¾1 如閥控充液式液力偶合器與機(jī)械閉鎖離合結(jié)合的10MW級(jí)啟動(dòng)用偶合器;¾2 高效的自動(dòng)同步型獨(dú)立傳動(dòng)用偶合器;¾3 緊湊的變速多盤偶合器等;¾這些新型液力元件保留了原有的優(yōu)良特性. 同時(shí)兼有高效節(jié)能的特點(diǎn);¾在重載、大功率設(shè)備的調(diào)速驅(qū)動(dòng)方面，液力元件更表現(xiàn)出其優(yōu)越的傳動(dòng)性能，應(yīng)用的范圍逐步拓展到海洋鉆探、風(fēng)力發(fā)電等各個(gè)領(lǐng)域，隨著科學(xué)技術(shù)整體的推進(jìn)與發(fā)展，液力傳動(dòng)有著更廣泛的應(yīng)用前景。圖110 風(fēng)力發(fā)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)2 MW級(jí)¾液力傳動(dòng)工作者在元件內(nèi)部流場(chǎng)激光測(cè)速分析、¾CFD軟件對(duì)流場(chǎng)的數(shù)值模擬及仿真、¾有

18、限元強(qiáng)度計(jì)算、運(yùn)行特性計(jì)算機(jī)仿真、¾可調(diào)式液力元件調(diào)速控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性分析等方面均獲得了一定的應(yīng)用、研究成果，¾提高了人們對(duì)液力傳動(dòng)元件的進(jìn)一步認(rèn)識(shí)（見圖113、圖114）。我國(guó)液力傳動(dòng)¾我國(guó)液力傳動(dòng)是20世紀(jì)50年代未開始發(fā)展起來的，起步較晚.¾1978年引進(jìn)技術(shù)之后，取得了很大的進(jìn)步，在很多技術(shù)領(lǐng)域甚至一些高精尖的項(xiàng)目上都得到了應(yīng)用.¾但液力元件的規(guī)格品種、功率等級(jí)及生產(chǎn)規(guī)模都與國(guó)外存在較大的差距.¾在大功率,高轉(zhuǎn)速液力傳動(dòng)裝置方面與世界先進(jìn)水平的差距更大，應(yīng)用范圍也仍然有限。圖111四.可調(diào)式液力變矩器的應(yīng)用¾1 可

19、調(diào)式液力變矩器雖不屬于液力偶合器，但在某些應(yīng)用方面卻與調(diào)速型液力偶合器相似，并具有某些特殊用途，代表了當(dāng)今液力傳動(dòng)技術(shù)的最新科研水平。2 可調(diào)式液力變矩器¾可調(diào)式液力變矩器特點(diǎn)是:¾1 可以人為地控制工作腔內(nèi)液流流動(dòng)的某些約束條件而改變其外特性;¾2 可以在不調(diào)節(jié)原動(dòng)機(jī)的條件下根據(jù)需要改變工作機(jī)械的工作點(diǎn)。¾（一）可調(diào)式液力變矩器調(diào)節(jié)方式¾1, 泵輪輸入轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)方式:¾此種變矩器是一臺(tái)普通的三工作輪液力變矩器，采用的是改變泵輪輸入轉(zhuǎn)速的方法對(duì)液力變矩器進(jìn)行強(qiáng)制調(diào)節(jié)。¾這種方法簡(jiǎn)便，但在許多情況下可以獲得理想的控制效果（見下圖

20、346）。圖346 泵輪輸入轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)¾(1) 可以用調(diào)節(jié)原動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的方法來調(diào)節(jié)泵輪輸入轉(zhuǎn)速，如調(diào)節(jié)柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速或利用變頻器控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速等，其中變頻調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速最為方便，目前是非常成熟的調(diào)速技術(shù)；¾(2) 在原動(dòng)機(jī)和變矩器泵輪之間加裝液粘調(diào)速器（歐米茄離合器）也是實(shí)現(xiàn)泵輪輸入轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，但只能適用于某些特定的應(yīng)用場(chǎng)合。¾2 可調(diào)式液力變矩器調(diào)節(jié)¾可調(diào)式液力變矩器的循環(huán)圓內(nèi)具有可供調(diào)節(jié)的環(huán)節(jié)，通過一定的調(diào)節(jié)手段即可獲得變矩器不同的輸出特征，達(dá)到無級(jí)變速的目的。¾采用的調(diào)節(jié)方式有:¾1 可控節(jié)流環(huán);¾2 改變工作輪葉片角度，

21、目前常用的是調(diào)節(jié)工作輪葉片角度的方法:¾(1) 調(diào)本輪;¾(2) 調(diào)導(dǎo)輪。¾導(dǎo)葉可調(diào)式液力變矩器具有的效率和調(diào)節(jié)穩(wěn)定性，并且由于導(dǎo)輪是不轉(zhuǎn)動(dòng)的，所以結(jié)構(gòu)上較容易實(shí)現(xiàn)，因而應(yīng)用較多。¾3 機(jī)械變速箱加一般的液力變矩器這種方式適用于某些車輛傳動(dòng)，如轎車上用的液力自動(dòng)變速器AT等。渦輪導(dǎo)輪,¾液力變矩器的特征不允許采用改變循環(huán)圓中的工作腔內(nèi)充液量的方法進(jìn)行調(diào)節(jié)。這種方法在偶合器中是常用的。這種調(diào)節(jié)方法會(huì)破壞液流的現(xiàn)狀，缺乏必要的補(bǔ)償壓力，產(chǎn)生汽蝕，導(dǎo)致效率急劇下降，加速葉片的損壞。¾在某些場(chǎng)合下，應(yīng)用變矩器的部分充液特性可以實(shí)現(xiàn)某些特殊的工

22、況要求。¾4 部分充液調(diào)節(jié)¾在圖347中，工作腔中循環(huán)液流的流動(dòng)方向?yàn)锽（泵輪）T（渦輪）D（第一導(dǎo)輪）D（第二導(dǎo)輪）。通過調(diào)節(jié)節(jié)流閥1的開度來達(dá)到調(diào)節(jié)變矩器充液量的目的；¾在圖348中，曲線0為全充液特性曲線，曲線1至5為節(jié)流閥開度遞增的部分充液特征曲線，¾部分充液工作狀態(tài)下，輸出力矩較全充液狀態(tài)有較大幅度的下降并且十分平坦，利用這一特性，可以應(yīng)用于一些要求平穩(wěn)快速傳動(dòng)并且不必大力矩輸出的場(chǎng)合。¾例如，抓斗機(jī)械在空載時(shí)要求運(yùn)動(dòng)速度快且運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，這種情況就可以通過調(diào)節(jié)變矩器的充液量來達(dá)到工作要求。在第二象限的反轉(zhuǎn)制動(dòng)工況的高轉(zhuǎn)速比區(qū)，¾

23、;輸出接近于恒力矩，這與全充液時(shí)反轉(zhuǎn)制動(dòng)工況輸出力矩隨渦輪轉(zhuǎn)速的增大而迅速上升有很大的不同，這使得部分充液液力控制系統(tǒng)本身已經(jīng)可以用來實(shí)現(xiàn)近似恒力控制。¾利用這一特性，部分充液液力變矩器可以應(yīng)用于恒力加載試驗(yàn)臺(tái)、恒力拖拽等一些需要恒力矩輸出的場(chǎng)合。圖347 變矩器部分充液結(jié)構(gòu)圖348 部分充液輸出仿真靜態(tài)特性¾（二）可調(diào)式液力變矩器結(jié)構(gòu)組成¾圖349所示為國(guó)產(chǎn)的，在單級(jí)離心渦輪變矩器基礎(chǔ)上開發(fā)的雙導(dǎo)輪葉片安裝角可調(diào)節(jié)的變矩器，在大噸位抓斗挖泥船的調(diào)速控制中取得了成功的應(yīng)用¾圖350所示德國(guó)福伊特公司應(yīng)用于燃?xì)廨啓C(jī)啟動(dòng)上的一類可調(diào)式液力變矩器，此外，該公司

24、還提供針對(duì)不同啟動(dòng)工況要求用多種其他型號(hào)。¾ELZ型（見圖351）：雙渦輪結(jié)構(gòu)，提供更大的變矩系數(shù)，適合于低轉(zhuǎn)速、大扭矩輸出場(chǎng)合。¾ELZ型（見圖352），經(jīng)典設(shè)計(jì)，輸入端采用滾動(dòng)軸承，輸出端采用普通滑動(dòng)軸承，配以調(diào)速齒輪，用于燃?xì)廨啓C(jī)的啟動(dòng)更具有優(yōu)勢(shì)。圖351 Voith液力變矩器EL型圖352 Voith液力變矩器ELY型1輸入軸；2泵輪；3渦輪；4輸出軸；5可調(diào)導(dǎo)葉；6調(diào)節(jié)齒輪7充放控制閥；8工作油；9工作油回油；10潤(rùn)滑油回油；11軸向推力軸承；12徑向軸承圖353 Voith液力變矩器E型E型：結(jié)構(gòu)緊湊，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，固定導(dǎo)葉，通過減壓閥調(diào)節(jié)渦輪輸出轉(zhuǎn)速圖354 E型

25、變矩器的供油循環(huán)系統(tǒng)1變矩器；2油泵；3溢流閥；4齒輪箱；5靜亞調(diào)節(jié)；6超速離合器¾（三）可調(diào)式液力變矩器輸出特性¾泵輪輸入轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)的特性：如圖355所示：此種調(diào)節(jié)方式最為簡(jiǎn)便，其工作¾元件即為一臺(tái)普通的三工作輪液力變矩器，屬于定相工作的液力元件。¾在某一負(fù)載扭矩下，通過改變泵輪輸入轉(zhuǎn)速可以獲得第一、二象限較為平滑的輸出特性，對(duì)應(yīng)不同的泵輪輸入轉(zhuǎn)速，渦輪輸出特性不同，利用此輸出特性可實(shí)現(xiàn)改變渦輪轉(zhuǎn)速的無極調(diào)速目的。圖355 泵輪輸入轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)¾如圖356所示：¾）離心渦輪和軸流渦輪變矩器的反轉(zhuǎn)制動(dòng)工況與恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載在第二象限的工作點(diǎn)在較大

26、范圍內(nèi)是穩(wěn)定的，¾）向心渦輪變矩器在轉(zhuǎn)速比較大時(shí)，反轉(zhuǎn)制動(dòng)工況出現(xiàn)極值情況，在極值的左側(cè)，系統(tǒng)工況點(diǎn)則是不穩(wěn)定的。所以，使用向心渦輪變矩器作為泵輪輸入轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)用變矩器時(shí)，應(yīng)注意反轉(zhuǎn)工況的這一特點(diǎn)。圖356 不同渦輪形式的輸出特性¾導(dǎo)葉可調(diào)式液力變矩器的特性：¾）葉片調(diào)節(jié)到的每一個(gè)位置都具有一條對(duì)應(yīng)的外特性曲線（見圖357），負(fù)載工況點(diǎn)隨之得到調(diào)整。¾）開度為零時(shí)，循環(huán)流量被封閉，循環(huán)流量趨于零，渦輪軸上只有很小的剩余力矩；¾）隨著開度的加大，循環(huán)流量相應(yīng)增加，渦輪輸出的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速也逐漸增大。圖357 導(dǎo)輪葉片角度可調(diào)節(jié)（LB46型）¾

27、）對(duì)于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，變矩器具有較寬的調(diào)速范圍，小開度下也具有良好的控制穩(wěn)定性和靈敏性，開度較大時(shí)也不像調(diào)速偶合器那樣的飽和性；¾）第二象限也具有良好的反轉(zhuǎn)制動(dòng)特性；¾）作為調(diào)節(jié)控制元件使用，導(dǎo)葉可調(diào)式液力變矩器的性能指標(biāo)優(yōu)于調(diào)速型液力偶合器（見圖358）圖358 EL型變矩器轉(zhuǎn)矩速度特性可調(diào)式液力變矩器在風(fēng)力發(fā)電傳動(dòng)系統(tǒng)中的應(yīng)用¾進(jìn)入21世紀(jì)，世界能源結(jié)構(gòu)也正在孕育著重大的轉(zhuǎn)變。即由礦物能源系統(tǒng)向以可再生能源為基礎(chǔ)的可持續(xù)性能源系統(tǒng)轉(zhuǎn)變。所謂可再生能源就是取之不盡、用之不竭、與人類共存的能源。它包括太陽能、風(fēng)能、生物質(zhì)能、地?zé)崮?、海洋能等。在這眾多的可再生能源中，目

28、前發(fā)展最快。商業(yè)化最廣泛、經(jīng)濟(jì)上最適用的，當(dāng)數(shù)風(fēng)力發(fā)電。德國(guó)福伊特開發(fā)了應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電的調(diào)速產(chǎn)品。通過液力反饋調(diào)節(jié)，解決不斷變換的漿速困擾，使發(fā)電獲得恒定的輸入轉(zhuǎn)速。¾風(fēng)力發(fā)電所用的WinDrive則是一種變速的液力傳動(dòng)裝置，使風(fēng)力發(fā)電設(shè)備更能高效率地利用風(fēng)能，是流體動(dòng)力學(xué)和機(jī)械學(xué)完美的結(jié)合，使液力傳動(dòng)技術(shù)更具有發(fā)展前途的應(yīng)用領(lǐng)域。¾¾（1）風(fēng)力發(fā)電機(jī)的組成與工作原理¾目前商用大型風(fēng)力風(fēng)電機(jī)組一般為水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)，它由風(fēng)輪、增速齒輪箱、發(fā)電機(jī)、偏航裝置、控制系統(tǒng)、塔架等部件所組成，如圖1所示。¾風(fēng)輪的作用是將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，它由氣功性能優(yōu)異

29、的葉片（目前商業(yè)機(jī)組一般為23個(gè)葉片）裝在輪轂上組成，¾低速轉(zhuǎn)動(dòng)的風(fēng)輪通過傳動(dòng)系統(tǒng)由增速齒輪箱增速，將動(dòng)力傳遞給發(fā)電機(jī)。¾上述這些部件都安裝在機(jī)艙平面上，整個(gè)機(jī)艙由高大的塔架舉起，¾由于風(fēng)向經(jīng)常變化，為了有效地利用風(fēng)能，必須要有迎風(fēng)裝置，它根據(jù)風(fēng)向傳感器測(cè)得的風(fēng)向信號(hào)，由控制器控制偏航電機(jī)，驅(qū)動(dòng)與塔架上大齒輪嚙合的小齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，使機(jī)艙始終對(duì)風(fēng)。¾隨著風(fēng)力發(fā)電機(jī)單機(jī)容量的不斷最大，變速恒頻、變槳矩型風(fēng)力機(jī)逐漸占據(jù)了主導(dǎo)地位；¾齒輪箱是在目前MW級(jí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中過載和過早損壞率較高的部件¾現(xiàn)已研制一種直接驅(qū)動(dòng)型的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組（亦稱無齒輪風(fēng)力

30、發(fā)動(dòng)機(jī)），這種機(jī)組采用多級(jí)異步電動(dòng)機(jī)與葉輪直接連接進(jìn)行驅(qū)動(dòng)方式，免去了齒輪箱這一傳統(tǒng)部件。¾（二）風(fēng)力發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)形式¾主要有兩類風(fēng)力發(fā)電風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)方式。¾丹麥風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)概念：水平軸、¾¾¾¾¾¾¾¾三葉片、上風(fēng)向、氣動(dòng)葉尖剎車，傳動(dòng)鏈輪轂連接，定轉(zhuǎn)速雙繞組感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，主動(dòng)偏航。失速控制功率或者槳矩調(diào)節(jié)，見圖2、圖3.Enercon設(shè)計(jì)概念：¾）一種是變速變槳控制功率，直接驅(qū)動(dòng)同步發(fā)電機(jī)，沒有齒輪箱(見圖3、圖4）；¾¾）雙饋異步發(fā)電機(jī)，帶齒輪箱。¾

31、兩種方式均是通過“交直交”轉(zhuǎn)換并網(wǎng)，功率對(duì)電壓降敏感，維護(hù)量高。¾對(duì)于直驅(qū)同步發(fā)電機(jī)，需要提供大型變流器（見圖5）。圖4 永磁無齒輪箱直接驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)圖5 變速變槳控制風(fēng)力發(fā)電電氣原理Multibrid設(shè)計(jì)概念：¾單級(jí)行星齒輪箱，中速發(fā)電機(jī)如圖6所示。¾2圖6 德國(guó)單級(jí)齒輪中速發(fā)電機(jī)¾風(fēng)力發(fā)電機(jī)的未來發(fā)展趨勢(shì)¾1結(jié)構(gòu)上：¾a.降低機(jī)組質(zhì)量結(jié)構(gòu)緊湊型驅(qū)動(dòng)鏈，結(jié)構(gòu)緊湊型齒輪箱，輕型葉片。¾b.優(yōu)化滑差。¾c.永磁發(fā)電機(jī)。¾提高換能效率；¾降低造價(jià)；3 Voith設(shè)計(jì)概念¾用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)傳動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)的為液力變矩器系統(tǒng)WinDrive。¾自1998年兆瓦級(jí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)問世以后，大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的容量已達(dá)5MW以上，葉輪直徑為115m，重量達(dá)t以上。液力傳動(dòng)裝置在重載設(shè)備、大功率系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)方面已經(jīng)證明具有相當(dāng)?shù)膬?yōu)勢(shì)，可調(diào)式液力變矩器在調(diào)速控制系統(tǒng)中也顯現(xiàn)出優(yōu)良的調(diào)節(jié)品質(zhì)，可以預(yù)見液力變矩器在風(fēng)力發(fā)電設(shè)備上具有良好的發(fā)展前景。¾WinDrive是一種液力變速傳動(dòng)裝置¾，采用行星齒輪配合可調(diào)式液力變矩器；¾，利用功率分流的原理實(shí)現(xiàn)變化的風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速到異步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速的恒定輸入；¾，保證發(fā)電機(jī)輸出