一、?液力耦合器的名詞解釋
以液體為工作介質的一種非剛性聯軸器，又稱液力聯軸器。
如圖：
液力耦合器的泵輪和渦輪組成一個可使液體循環流動的密閉工作腔，泵輪裝在輸入軸上,渦輪裝在輸出軸上。動力機（內燃機、電動機等）帶動輸入軸旋轉時，液體被離心式泵輪甩出。這種高速液體進入渦輪后即推動渦輪旋轉，將從泵輪獲得的能量傳遞給輸出軸。***后液體返回泵輪，形成周而復始的流動。
液力耦合器靠液體與泵輪、渦輪的葉片相互作用產生動量矩的變化來傳遞扭矩。它的輸出扭矩等于輸入扭矩減去摩擦力矩，所以它的輸出扭矩恒小于輸入扭矩。液力耦合器輸入軸與輸出軸間靠液體聯系，工作構件間不存在剛性聯接。
液力耦合器主要由泵輪、渦輪、轉動外殼、主動軸及從動軸等構件組成，見圖8—10。液力耦合器和傳動齒輪安裝在一個箱體內，功率傳輸從電動機到液力耦合器，再傳到泵上。泵輪裝在與原動機軸相連的主動軸上(或******級增速齒輪軸上)，相當于離心泵的葉輪；渦輪裝在與泵相連的從動軸上(或第二級增速齒輪軸上)，相當
于水輪機的葉輪，兩輪彼此不接觸，相互之間保持幾毫米的軸向間隙，不能進行扭矩的直接傳遞。泵輪和渦輪的形狀相似，尺寸相同，相向布置，合在一起很像汽車的車輪，分開時均為具有20～40片徑向直葉片的葉輪，渦輪的片數一般比泵輪少1～4片，以避免產生共振。這種葉輪的后蓋板及輪轂在軸面上形成兩個對稱的碗狀投影，且與葉片共同組成沿圓周對稱分布的幾十個凹形流道，稱為工作腔。每個工作腔的進、出口均沿軸向，且在葉輪同側，運行時工作油就在兩輪的凹形工作腔內循環流動。為防止工作油泄漏，一般在泵輪外緣還用螺栓連接旋轉外殼，將渦輪密封在殼內。
泵輪和渦輪形成的工作油腔內的油自泵輪內側引入后，在離心力的作用下被甩到油腔外側形成高速的油流，并沖向對面的渦輪葉片，驅動渦輪一同旋轉。然后，工作油又沿渦輪葉片流向油腔內側并逐漸減速，流回到泵輪內側，構成一個油的循環流動圓，見圖8—11。
圖8 11液力稍合器中工作油循環
在渦輪和轉動外殼的腔中，自泵輪和渦輪的間隙(或渦輪上開設的進油孔)流入的工作油隨轉動外殼和渦輪旋轉，在離心力的作用下形成油環。這樣，工作油在泵輪內獲得能量，又在渦輪里釋放能量，完成了能量的傳遞。由于流體只能依靠壓降在主、從動輪問流通，這就要求渦輪的轉速低于泵輪的轉速，即泵輪和渦輪之間必須有轉速差。泵輪轉速和渦輪轉速之差與泵輪轉速的比值，稱為轉差率或滑差s，在額定工況下滑差為輸入轉速的2％～3％。滑差的大小與耦合器主、被動葉輪中充油量的多少有關。
如果不計泵輪、渦輪內的流動阻力，那么泵輪和渦輪的力矩相等，即
。若把兩者的旋轉角速度分別記作
和
，不計機械損失和容積損失(工質泄漏等)，則工質從泵輪得到的功率為
，渦輪從工質得到的功率為
，則耦合器的效率為
(8-1)
可見，在不計流動損失、機械損失和容積損失的理想情況下，耦合器的傳動效率等于它的轉速比。另外，轉速比i與滑差s有如下的關系，即
(8—2)
也就是說，滑差等于轉速差除以泵輪轉速。
當工質物性參數保持恒定時，泵的扭矩M、耦合器效率與轉速比i的變化關系，稱為液力耦合器的外特性。圖8—12是液力耦合器的外特性曲線。
由圖8—12可以看出，液力耦合器的效率隨著轉速比i的增大呈直線增大，而扭矩M則呈下降趨勢。當到達A點之后，扭矩M迅速下降，當i=0．99時，M=0。對液力耦合器的要求是既要有高的效率，又要有足夠大的扭矩M，故通常設計時取i=0．95～0．975。
由于耦合器在運轉時，其動力的傳遞是依靠泵輪、渦輪之間能量交換進行的，若兩者以同樣的轉速回轉，泵輪工作油的出口壓力等于渦輪工作油的進口壓力，此時兩者的工作油不存在壓差，無法形成環流，所以工作油的循環流動油量為0，即雖然有油，但并不流動，其傳動扭矩為0。反之，如果渦葉輪不轉(相當于給水泵停運狀況)，而泵輪以某一轉速旋轉，工作油在壓力差的作用下形成環流，對渦輪作用很大的傳動扭矩，但沒有推動渦輪旋轉做功，這時傳動效率也等于0。
耦合器的這些特性使其在啟動、防止過載及調速方面具有極大的優越性，因為電動機只和耦合器的泵輪相連接，啟動之前如將耦合器流道中的液體排空，電動機啟動時只帶上耦合器部分噴量就可輕載啟動了。之后，逐步對耦合器的流道充油，就能可控地逐步加大其傳遞的力矩，電動機的負荷逐漸增大。另外，在正常工作時，耦合器有不大的滑差，當渦輪的阻力矩突然增大時，耦合器的滑差s會自行增大，此時電動機仍可繼續運轉而不致停車，從而可避免整個動力傳動系
統遭到沖擊，防止動力過載。在耦合器上裝上調速機構后，就可以在運行中任意改變耦合器流道中工作油的充滿程度。因此，在主動軸轉速不變的情況下可以實現渦輪的無級調速。
耦合器油路根據功能不同分為兩路，一路是工作油路，一路是潤滑油路，兩者使用同樣的油。提供工作油循環和潤滑油循環的齒輪泵由液力耦合器的輸入軸驅動。啟停、發生故障的情況下由輔助油泵提供潤滑。
液力耦合器工作時，功率損失轉換為熱量使工作油油溫升高，勺管將熱油排出，經冷油器冷卻后與工作油泵補充的較冷的油匯合，再進入液力耦合器做功。潤滑油系統除自身需要外，還可提供包括工作機、電動機的軸承潤滑用油。潤滑油泵輸出的潤滑油分別經過溢流閥、冷油器、濾網后進入潤滑油母管，以提供機組軸承潤滑，回油仍進人液力耦合器油箱內。工作油泵與潤滑油泵同軸安裝于耦合器箱體內，由輸人軸經過傳遞齒輪帶動。在機組處于備用狀態時，由一電動輔助齒輪油泵提供系統潤滑油，見圖8—15。
1．工作油系統
工作油回路由一個閉式回路與一個疊加在它上面的開式回路構成。因此充油過程可以是變化的，并可以改變耦合器內循環圓的充油量。齒輪泵通過一個壓力整定閥進入工作油回路來對液力耦合器注油；通過一個可調的節流口供給耦合器的工作油；通過勺管調節耦合器的注油量。在動態壓力的作用下工作油通過分配室，工作油冷油器，可調節流口回到耦合器。齒輪泵提供的多余油量將通過另一個壓力釋放閥回到油箱。
在閉合回路里，工作油泵將耦合器油箱內的油經油管調節閥供給耦合器開始工作的用油，然后利用勺管前部產生的油流動壓，經過冷油器、止回閥與工作油泵供給的油再流回耦合器內，形成循環回路。調節閥控制耦合器進油量的多少。
開放回路由工作油泵與溢流閥組成，其作用是調節循環圓的供油量，當耦合器所需的供油量降低時，則工作油泵過量的供油可以通過溢流閥重新回到油箱；當由于管路內油量泄漏以及輸出軸增速造成供油量減少時會及時地給予補充，剩余的油再經過溢流閥回到油箱。
2．潤滑油系統
齒輪泵經過止回閥、潤滑油冷油器和可切換的雙濾油器送到各個軸承、壓力開關和傳動齒輪。
潤滑油泵將油箱中的油加壓后經止回閥、安全閥、潤滑油冷油器與雙向濾油器、節流孔板通往泵組各軸承、齒輪箱潤滑冷卻，同時在節流孔板前有一路作為控制勺管的壓力用油。潤滑油壓力通過一個壓力釋放閥設定在2．5bar。為了保證軸承在耦合器啟動、停止和發生故障的情況下軸承的潤滑，應配有一臺輔助油泵，用于主電動機啟動前和停止后的供油。輔助油泵也是由電動機帶動，從油箱中抽油通過一個止回閥進入油循環。在電動給水泵啟動前，應先啟動輔助油泵，使各軸承得到充分潤滑后，才可啟動電動給水泵，停運前也應開啟。
3．外部供油
電動機、驅動機械、聯軸器的潤滑油來自潤滑油回路，剩余的油再經過溢流閥回到油箱。
調速型液力耦合器是在主動軸轉速恒定的情況下，通過調節液力耦合器內油的充滿程度實現從動軸無級調速的。耦合器的流道充油量越多，其傳遞力矩越大，渦輪的轉速也就越高，所以可通過改變工作油量來調節渦輪的轉速，以適應給水泵的調速需要。目前調節機構多采用勺管調速機構，見圖8—13。
勺管根據控制信號動作，由于控制軸的齒輪和勺管的齒輪相嚙合，所以當轉動調節桿帶動控制軸的齒輪動作時，勺管也跟著移動。圖8—13所示，通過曲柄和連桿帶動扇形齒輪軸旋轉，扇形齒輪與加在勺管上的齒條相嚙合，從而帶動勺管在工作腔內作垂直方向的運動，改變液力耦合器內的充油量，以實現輸出轉速的無級調節。
勺管操作方式采用電液伺服機構。電液伺服系統由一個電磁執行器、一個雙作用液壓缸和一個位置檢測器組成。電磁執行器接收4～20mA的控制信號，并由此信號控制執行器的位置，電液伺服系統的位置由一個有內部定位器的電磁閥控制。信號觸發磁力控制器動作。電磁力是通過控制多向液壓閥的活塞來進行控制的。位置檢測器能檢測位置差，并將信號反饋到定位器。系統能夠能******而迅速地進行操作。這樣就可使耦合器進行“軟啟動”(例如，電動機在耦合器轉動外殼少油的情況下啟動，伺服機構非常迅速地將油充人轉動外殼，這樣就能迅速啟動了)。
圖8-14為勺管控制閥及其與之相連的勺管的結構細部，圖中位置處于滿負荷位置，此時勺管伸出部分***少，同時閥芯和閥套也處于平衡位置，沒有調節油流動。當需要降低聯軸器輸出轉速時，凸輪旋轉一定角度，勺管控制閥芯在彈簧作用下相應向上有一個位移，此時控制閥油室A打開，調節油通過閥套窗口從進油口進入B室再進入A室，***后從出油口至油缸的底部，同時油室C也因閥芯上移而打開，油缸右部的壓力油通過進出油口進入油室C、D進行泄油，于是在彈簧與及底部油壓的作用下勺管右移，朝零負荷方向移動(圖中朝右)。
由于滾輪槽的右移使滾輪上升，帶動與之相連的閥套上升，使各油室關閉，閥芯、閥套達到新的平衡位置，勺管停止運動。與此相反，當凸輪使閥芯向下時，油室C打開，調節油從進油口經B、C室，進出油口進入油缸，在油壓作用下克服彈簧力推動活塞使勺管油向
左移動，即朝滿負荷方向運動(圖中朝左)，同時滾輪槽誘使滾輪帶動閥套下移，關閉控制閥，又達到新的平衡。可見，只要控制凸輪，就可調節工作油的勺油(出口)量。
在實現勺管勺油量調節的同時，腔室的進口油由循環油控制閥調節，其作用是向渦輪腔室提供足夠的，并保證液力聯軸器回油溫度不致過高的循環用工作油。注意，勺管控制閥的凸輪和循環油控制閥是聯動的，同時調節進口油量和勺油量，互相配合以達到平衡，循環油控制閥還可通過工作油壓力維持閥來調節，以保持滑閥前壓力的恒定，并將來自工作油冷油器的過量油排人油箱。當勺管達不到滿負荷位置時，可調整壓力維持閥，使油壓升高，從而讓勺管左移到“滿負荷”位置。
對勺管的調節過程，總結如下：升速過程，當勺管離開耦合器的進油環時，勺管的供油量下降，這時齒輪泵提供工作油填充耦合器的工作室，充油量越多，轉速越快；降速過程，當勺管向耦合器的進油環移動時，勺管的供油量上升，這樣一部分工作油會通過壓力釋放閥流掉，充油量越少，轉速越慢。
(一)調試
(1)液力耦合器開始運行時，必須滿足正常的油溫油壓值。
(2)液力耦合器只能在規定的運行參數條件下，才允許功率傳輸和速度控制。
(3)啟動時油的運動黏度不能超過400mm2／s，******溫度為5℃，如低于5℃，則油箱需要加熱。
(二)試運行
(1)對整個系統檢查正常，可以投運。
(2)啟動輔助油泵，當油壓正常時啟動主電動機。
(3)主電動機運行升速后，觀察輔助油泵自動停止，也可以手動停輔助油泵，檢查潤滑油壓正常。
(4)以***小轉速啟動設備，檢查運轉平穩，油溫、油壓和濾油器正常。
(5)緩慢升速。通過冷卻水流量來調整潤滑油和工作油的溫度。但必須保證***小流量通過冷油器。檢查油溫變化直到其穩定。按要求重新調整工作油流量，進入工作油冷油器的溫度不能大于110℃。
(6)記錄下整組設備運行的轉速、振動和勺管的位置。
(7)將轉速降至***小。停主電動機后，觀察油壓下降過程中輔助油泵自動啟動。在主電動機和轉動機械停止后停輔助油泵。
(8)試運行后，清理濾油器，然后重新充油，檢查油位正常。
(三)備用
(1)耦合器在停用一天、幾天，甚至幾個星期后，必須每天啟動輔助油泵至少5min。
(2)防止液力耦合器浸水和受潮。
(3)為了防止液力耦合器受到腐蝕(浸油)，每一二個月必須短時啟動液力耦合器一次。
(四)液力耦合器的運行
對耦合器溫度、油壓和油位的持續監視意味著無故障運行和低維護率。
1．液力耦合器的啟動
(1)啟動時油的黏度不能超過400mm2／s，******溫度為5℃，如低于5℃，則油箱需要加熱。
(2)一般來說，耦合器可以在任何位置啟動，但是保持耦合器在***小位置，能夠使主電動機空載啟動。
(3)輔助油泵必須先于主電動機前5min啟動。
(4)滿足油壓正常后啟動主電動機。
(5)達到油壓設定值后，延時5min停輔助油泵。
(6)將勺管位置升至******100％位置。
2．液力耦合器的運行
(1)為了能使油中空氣析出，因此連續運行時油箱溫度不應低于45℃(潤滑油冷油器進口溫度)。
(2)經常檢查油溫、油壓和油位是否正常。
(3)通過執行機構調整勺管位置來決定轉動機械的輸入功率和速度。
(4)運行中發生故障時，監控儀器發報警信號，并啟動輔助油泵，或停止整組設備運行。
3．液力耦合器的停止
(1)一般來說，耦合器可以在任何位置停止，但是保持耦合器在***小位置，能夠使主電動機空載運行。
(2)控制液力耦合器至***小速度。
(3)啟動輔助油泵運行。
(4)停止主電動機和轉動機械，然后停止輔助油泵運行。
(5)輔助油泵運行時，允許從動軸以******轉速的1／3反轉運行。如果超過這個轉速或者輔助油泵在停止的情況下，請按以下說明處理：
下列情況輸出軸反轉允許1～3min：①從動軸的轉向在監視狀態；②發生反轉時輔助油泵啟動；③勺管移至100％位置；④電動給水泵出口閥關閉。
(6)如果反轉發生在沒有事先注意的情況下，請在下次啟動前檢查軸承和易熔栓。
4．液力耦合器的運行參數限額(見表8—10)
表8—10 ???液力耦合器的運行參數限額
|
項????目 |
單??位 |
高報警 |
低報警 |
跳閘值 |
|
1～10號軸承溫度 |
℃ |
90 |
|
95 |
|
工作油冷油器出口溫度 |
℃ |
75 |
|
85 |
|
工作油冷油器人口溫度 |
℃ |
110 |
|
130 |
|
潤滑油冷油器出口溫度 |
℃ |
>55 |
|
>60 |
|
潤滑油冷油器人口溫度 |
℃ |
>67 |
|
>72 |
|
油箱加熱器 |
℃ |
100(聯停) |
10(聯投) |
|
|
潤滑油壓力 |
MPa |
|
O．13(聯啟AOP) |
O．1 |
|
潤滑油壓低閉鎖 |
MP |
|
O．17(閉鎖電動 給水泵啟動) |
|
|
潤滑油差壓高 |
MPa |
0．08 |
|
|
液力耦合器的特點是：能******沖擊和振動；輸出轉速低于輸入轉速，兩軸的轉速差隨載荷的增大而增加（發動機的扭矩就是指發動機從曲軸端輸出的力矩。在功率固定的條件下它與發動機轉速成反比關系，轉速越快扭矩越小，反之越大，它反映了汽車在一定范圍內的負載能力）;過載保護性能和起動性能好,載荷過大而停轉時輸入軸仍可轉動,不致造成動力機的損壞;當載荷減小時，輸出軸轉速增加直到接近于輸入軸的轉速。液力耦合器的傳動效率等于輸出軸轉速乘以輸出扭矩（輸出功率）與輸入軸轉速乘以輸入扭矩（輸入功率）之比。一般液力耦合器正常工況的轉速比在0.95以上時可獲得較高的效率。液力耦合器的特性因工作腔與泵輪、渦輪的形狀不同而有差異。如將液力耦合器的油放空，耦合器就處于脫開狀態，能起離合器的作用。
電動給水泵由定轉速的交流電動機拖動，但在變工況時，只能依靠液力耦合器來改變給水泵的轉速，以滿足相應工況的要求。液力耦合器是以工作油為介質將原動機的機械能傳遞給工作機的一種液力傳動變速裝置，并具有平穩地改變扭轉力矩和角速度的能力。在電動給水泵中，液力耦合器具有高轉速、功率大、調速靈敏等特點，能使電動給水泵在接近空載下平穩、無沖擊地啟動，這樣可選用功率較小的電動機以節約廠用電；因油壓的大小不受等級限制，便于無極變速以實現給水系統自動調節，使給水泵能夠適應主汽輪機和鍋爐的滑壓變負荷運行的需要，一般在機組負荷率低于70 9／6～80％時可以顯現良好的節能效益。此外，采用液力耦合器可以減少軸系扭振和隔離載荷振動，且能起到過負荷保護的作用，提高運行的安全性和可靠性，延長設備的使用壽命。因此，液力耦合器廣泛應用于現代電廠中為給水泵調速。
調速給水泵與定速給水泵相比具有的優點
調速給水泵被廣泛的應用于大型發電機組中，與定速給水泵比較主要有以下優點：
(1)在使用液力耦合器后，調速給水泵可在較小的轉速下啟動，啟動轉矩較小，電動機的容量就不必要過于富裕。
(2)與定速給水泵的節流調節相比，調速給水泵無節流損失。
(3)采用變速調節，可以大幅度調整負荷，能滿足單元機組滑參數運行和參加電網調峰的需要，且提高了機組運行的經濟性。
1．液力耦合器不可倒轉
在與主電動機直接連接之前，需使主電動機單獨運轉，在確認旋轉方向之后，再進行與液力耦合器的直接連接。若在液力耦合器倒轉的情況進行運轉，油泵吸人側將被止回閥斷流，油泵本體會損壞。
2．輔助油泵不可倒轉
在確認旋轉方向時，請使用輔助油泵的電動機微動進行確認。微動時間為一秒以內。
若發生輔助油泵倒轉而不處理，使之繼續運轉，油泵本體、軸承會損壞。
3．在液力耦合器本體的工作油入口上安裝了止回閥
在試運轉之前，務必確認安裝了止回閥，否則，當流動方向相反時，勺管及其他器件會損壞。
