第二十八章液力 偶合器

1、第二十八章 液力 偶合器 液力偶合器是以油壓來傳遞動(dòng)力的變速傳動(dòng)裝置，因油壓大小不受等級(jí)的限制，所在它是一個(gè)無級(jí)變速的聯(lián)軸器。 在現(xiàn)代火力發(fā)電廠中，鍋爐壓力越來越高，為克服汽水流動(dòng)阻力，要求給水泵的壓力也越來越高。因此，驅(qū)動(dòng)高速給水泵的動(dòng)力需求也就很大。為了經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，最好的辦法就是以變速調(diào)節(jié)來適應(yīng)工況的改變。其中，一種方法是采用直接變速的小型汽輪機(jī)來驅(qū)動(dòng)給水泵，但此方法在單元機(jī)組點(diǎn)火起動(dòng)工況時(shí)必須有備用汽源才能適應(yīng)需求，機(jī)構(gòu)設(shè)置比較復(fù)雜。另一種方法是采用液力偶合器來改變給水泵轉(zhuǎn)速，以適應(yīng)單元機(jī)組的起動(dòng)工況。這樣。一方面可以大大降低電動(dòng)給水泵的電機(jī)配置裕量，使給水泵可在較小的轉(zhuǎn)速比下起動(dòng);另一方

2、面不會(huì)出現(xiàn)定速電動(dòng)泵在單元機(jī)組起動(dòng)時(shí)需節(jié)流降壓以適應(yīng)工況需求的情況，提高了機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性，并避免了高壓閥門因節(jié)流，造成在短時(shí)間內(nèi)即因沖刷、磨損而報(bào)廢的現(xiàn)象。所以說，采用液力偶合器是一種比較理想的方法。目前，多數(shù)電廠均采用了較經(jīng)濟(jì)的配置方案正常運(yùn)行時(shí)以給水泵汽輪機(jī)來變速驅(qū)動(dòng)給水泵供水，同時(shí)配置由液力偶合器變速驅(qū)動(dòng)的起動(dòng)/備用給水泵，用于機(jī)組起動(dòng)。第一節(jié) 液力偶合器的工作原理 一、液力偶合器的工作過程液力偶合器主要由泵輪、渦輪和轉(zhuǎn)動(dòng)外殼組成 (見圖28-1)。泵輪和渦輪尺寸相同，相向布置，其腔內(nèi)均有許多徑向葉片，渦輪的片數(shù)一般比泵輪少14片，以避免共振。泵輪的主軸和電動(dòng)機(jī)主軸 (或第一級(jí)增速齒輪軸)

3、相連，渦輪軸和水泵主軸 (或第二級(jí)增速齒輪軸)連接。 圖28-1 圖28-2泵輪和渦輪形成的工作油腔內(nèi)的油自泵輪內(nèi)側(cè)引入后，在離心力的作用下被甩到油腔外側(cè)形成高速的油流，沖向?qū)γ娴臏u輪葉片，驅(qū)動(dòng)渦輪一同旋轉(zhuǎn)。然后，工作油又沿渦輪L葉片流向油腔內(nèi)側(cè)并逐漸減速，流回到泵輪內(nèi)側(cè)，構(gòu)成一個(gè)油的循環(huán)流動(dòng)圓，如圖28-2所示。而在渦輪和轉(zhuǎn)動(dòng)外殼的腔中，自泵輪和渦輪的間隙 (或渦輪上開設(shè)的進(jìn)油孔)流入的工作油隨轉(zhuǎn)動(dòng)外殼和渦輪旋轉(zhuǎn)，在離心力的作用下形成油環(huán)。這樣，工作油在泵輪內(nèi)獲得能量，又在渦輪里釋放能量，完成了能量的傳遞。如果改變工作油量的多少，即可改變傳遞動(dòng)力的大小，從而改變渦輪曲轉(zhuǎn)速，以適應(yīng)負(fù)荷的需求。

4、 工作油量的改變可由工作油泵 (或輔助油泵)經(jīng)調(diào)節(jié)閥或渦輪的輸入油孔 (也有在渦輪空心軸中輸入油的)來改變進(jìn)油量而實(shí)現(xiàn)，亦可由改變轉(zhuǎn)動(dòng)外殼腔中的勺管行程來改變油環(huán)的泄油量而實(shí)現(xiàn)，見圖28-3。 圖28-3 二、液力偶合器的調(diào)節(jié)在泵輪轉(zhuǎn)速 n一定時(shí)，工作油量越多，則渦輪的轉(zhuǎn)速n越快，傳遞的動(dòng)轉(zhuǎn)矩忻也越大，如圖28-4所示。所以，通過改變工作油量的多少即可調(diào)節(jié)渦輪的轉(zhuǎn)速，從而適應(yīng)給水泵的轉(zhuǎn)速需要。 圖28-4如前所述，工作油量的調(diào)節(jié)有兩種基本的方式:其一是調(diào)節(jié)工作油的進(jìn)油量;其二是調(diào)節(jié)工作油的出油量?？刂七M(jìn)油尺的方式是由另設(shè)的工作油泵和調(diào)節(jié)閥共同完成的，而工作油的冷卻是由轉(zhuǎn)動(dòng)外殼上的噴嘴將油噴出，

5、再經(jīng)冷油器進(jìn)行熱交換后回到油箱，如圖28-5所示。 圖28-5為減少噴嘴噴出的油流末被利用所造成的損失，一般控制噴嘴噴油量在確保工作油升溫 (在最大轉(zhuǎn)差率下)不超過30(若用22#汽輪機(jī)油可在6570下運(yùn)行，短時(shí)間可達(dá)95)即可。這種謂節(jié)方式的缺點(diǎn)在于當(dāng)噴油量過小時(shí)，限制了單元機(jī)組突甩負(fù)荷時(shí)要求給水泵迅速降速的能力。調(diào)節(jié)出油量的方式是由改變轉(zhuǎn)動(dòng)外殼中的勺管位置來進(jìn)行的，如圖28-6所示。由于轉(zhuǎn)動(dòng)外殼里的油環(huán)隨半徑增大，其油壓也增大，因此提高勺管后排出的油也增多，使渦輪迅速降速。勺管泄放出的油袖靠甩出時(shí)的動(dòng)壓去熱交換器進(jìn)行冷卻后回到貯油箱。但是當(dāng)機(jī)組迅速增加負(fù)荷時(shí)要求渦輪迅速增速的話，此方式則無

6、法滿足。 圖28-6如今的液力偶合器上一般采取上述兩種調(diào)節(jié)方式的聯(lián)合使用，從而實(shí)現(xiàn)了快速升、降轉(zhuǎn) 圖28-7速的目的，如圖28-7所示。其中，由鍋爐給水量的負(fù)荷信號(hào)操縱油動(dòng)機(jī)，油動(dòng)機(jī)再帶動(dòng)凸輪，改變傳動(dòng)桿及傳動(dòng)齒輪的旋轉(zhuǎn)角，從而改變勺管的徑向位移量，以控制泄放油量的多少。同時(shí)，傳動(dòng)桿又調(diào)節(jié)著進(jìn)油控制閥的開度，改變著液力偶合器的進(jìn)油量。當(dāng)鍋爐給水量需增加時(shí)，油動(dòng)機(jī)將凸輪向“十”方向轉(zhuǎn)動(dòng)，傳動(dòng)桿逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，勺管位置下降，泄油量減少。同時(shí)傳動(dòng)桿帶動(dòng)其上的凸輪使進(jìn)油閥開大，增加進(jìn)油且，提高渦輪轉(zhuǎn)速，適應(yīng)了鍋爐給水且增加的要求。當(dāng)鍋爐給水量需減少時(shí)，凸輪則向"一"方向轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)油閥

7、關(guān)小，即可滿足工況的需求。第二節(jié) 典型液力偶合器介紹 本節(jié)以波蘭ZAMCH公司制造的TBH55-0.28型液力偶合器為例，大致介紹一下液力偶合器的基本構(gòu)造及使用、工作情況。 一、概況該型號(hào)液力偶合器的結(jié)構(gòu)與我國(guó)目前300MW、500MW機(jī)組中為電動(dòng)給水泵配備的各類液力偶合器大致相同，只是在傳動(dòng)齒輪為單級(jí)或雙級(jí)上有所差異。圖28-8為TBH55一0.28型液力偶合器裝置的水平中分面結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。 圖28-8 作為具有內(nèi)裝液力偶合器的齒輪增速調(diào)速傳動(dòng)裝置，該設(shè)備可實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速，其輸出軸的速度可在15005225 r/min范圍內(nèi)變動(dòng)。液力偶合器和增速齒輪置于同一箱體內(nèi)，箱體的下部則作為油箱。它的輸出軸

8、的額定功率為4143kW，最高可達(dá)4920kW。 該設(shè)備用于將電動(dòng)機(jī)的扭矩傳遞到鍋爐給水泵上，它與拖動(dòng)電機(jī)及給水泵之間的動(dòng)力傳遞由疊片式撓性聯(lián)軸器來完成。這種聯(lián)軸器可保證電動(dòng)機(jī)、液力偶合器與給水泵三者之間的振動(dòng)、軸向竄動(dòng)等互不產(chǎn)生影響。輸入轉(zhuǎn)速(1485r/min)經(jīng)二級(jí)增速齒輪的放大后傳到輸出軸，液力偶合器裝在齒輪傳動(dòng)裝置的兩級(jí)之間，泵輪和渦輪之間由工作油來傳遞轉(zhuǎn)矩。電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩使工作油在泵輪中加速，而后工作油在渦輪中減速并對(duì)渦輪產(chǎn)生一個(gè)等量的轉(zhuǎn)矩。工作油在泵輪、渦輪間的循環(huán)是靠?jī)奢喌霓D(zhuǎn)差所產(chǎn)互的壓差來實(shí)現(xiàn)的，而輸出軸轉(zhuǎn)速最大時(shí)泵輪、渦輪轉(zhuǎn)差率為2.5%3%。 輸出轉(zhuǎn)速是通過調(diào)節(jié)泵輪、渦輪間

9、工作腔內(nèi)的工作油量來實(shí)現(xiàn)的，而工作腔的充油量是由勺管的位置控制的。 由于轉(zhuǎn)差造成的功率損耗將使工作油溫度升高，為消除這些熱量，配置有冷油器。 二、主要部件及結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介 TBH55一0.28型液力偶合器裝置的主要部件有:變速箱體、傳動(dòng)齒輪和軸、液力偶合器、軸承、油泵、注油調(diào)節(jié)器、勺管調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、冷油器及油濾網(wǎng)等。 1.變速箱體 變速箱體包括軸承座、箱座及油箱。 箱座是承擔(dān)全部負(fù)荷的載體，其上部與軸承、箱蓋用螺栓連接，下部用螺栓與油箱連接，箱座與箱蓋均為整體澆鑄制成。 所有的軸承座均與箱座澆鑄連接為一體，箱體外的部分用螺栓和箱蓋在垂直平面上連接。 箱蓋對(duì)齒輪起保護(hù)作用，其上面還裝有用來調(diào)節(jié)勺管的偏心套

10、筒。為了停機(jī)時(shí)檢查齒輪嚙合與液力偶合器的狀態(tài)，在箱蓋上開有三個(gè)觀察孔。 焊制的油箱裝在基礎(chǔ)底板的墊鐵上，其中心部分 (油槽)則置于基礎(chǔ)上預(yù)制的專用溝道內(nèi)。此外，油箱上還裝有兩臺(tái)螺桿泵及其吸入管、齒輪泵的吸入管、油位計(jì)和油動(dòng)機(jī)及其支架等。2.傳動(dòng)齒輪和軸（見圖28-9） 圖28-9 傳動(dòng)齒輪是用經(jīng)滲碳、淬火及研磨的不銹鋼制成的斜齒型圓柱齒輪，且是熱裝在軸上的。齒輪軸為碳鋼制成。在齒輪嚙合處均通以加壓的噴霧油進(jìn)行潤(rùn)滑。兩級(jí)增速齒輪的傳動(dòng)比分別為i1=62/45，i2=97/37。3.液力偶合器（見圖28-10） 圖28-10 在兩級(jí)增速齒輪間裝有液力偶合器和可調(diào)勺管。偶合器的滑動(dòng)調(diào)節(jié)靠改變注油比率

11、，即靠改變偶合器流量系統(tǒng)內(nèi)的油量來實(shí)現(xiàn)，此調(diào)節(jié)通過操縱可動(dòng)的勺管來完成。 偶合器轉(zhuǎn)子用碳鋼鍛焊而成，偶合器的葉輪及轉(zhuǎn)動(dòng)外殼則用不銹鋼制作。 偶合器的旋轉(zhuǎn)外殼上裝有安全易熔塞，以防止偶合器內(nèi)工作油溫度過高。 偶合器的主動(dòng)轉(zhuǎn)子由泵輪、傳動(dòng)軸及轉(zhuǎn)動(dòng)外殼用螺栓、圓柱銷相連接固定而構(gòu)成，在連接螺栓上均加有防轉(zhuǎn)墊。 4.齒輪傳動(dòng)裝置的軸承每個(gè)齒輪軸由兩個(gè)滑動(dòng)軸承來支承，這些軸承均為上下中分結(jié)構(gòu)的半軸瓦組裝而成。半軸瓦由碳鋼制成，其內(nèi)側(cè)襯有軸承合金，在上半軸瓦頂部均開有防轉(zhuǎn)銷插孔。 齒輪軸的軸向推力由本級(jí)的固定軸承來承擔(dān)。固定軸承與軸頸軸承不同，為徑向推力聯(lián)合型軸承，其推力面上襯有一定厚度的軸承合金。 偶合

12、器轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的軸向力分別由泵輪、渦輪轉(zhuǎn)子的雙向止推軸承(Michell型)來承受，止推軸承由兩個(gè)軸承架及固定其上的、可一定程度自由調(diào)整對(duì)中的止推瓦塊構(gòu)成。止推軸承為碳鋼制成，止推瓦塊外層為軸承合金澆鑄。止推軸承架上均有防轉(zhuǎn)銷，用來將軸承定位于箱體中。 軸承和止推軸承均用壓力油來進(jìn)行潤(rùn)滑。 控制勺管的偏心軸用兩個(gè)滾珠軸承來固定，而滾珠軸承則菲偏心套筒內(nèi)的定位環(huán)來定位。 5.注油調(diào)節(jié)器 包括有垂直中分且相互隔絕、內(nèi)部有供給和排放藕合器工作油空間的左右兩半軸承架，以及勺管、調(diào)節(jié)軸及偏心套筒。 兩半軸承架之間甩螺栓固定連接，并用銷子相互定位。軸承架在變速箱體內(nèi)用定位卡環(huán)來定位。調(diào)節(jié)軸借助于齒條并通過滑動(dòng)調(diào)

13、節(jié)器將驅(qū)動(dòng)力從油動(dòng)機(jī)傳遞到勺管上。勺管安裝在勺管套筒內(nèi) 圖28-11并能伸出規(guī)定的尺寸，其套筒則固定在鈾承架內(nèi)，且用限位螺釘限制其位移以防止脫落（見圖28-11）。 圖28-126.勺管調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu) （見圖28-12） 勺管調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)是用螺栓及銷子與箱座連接在一起的，其殼體為焊制，在底部裝有凸輪。凸輪固定在滑動(dòng)器殼體中的凸輪軸上，凸輪具有適合于液力偶合器調(diào)節(jié)特性要求的外形輪廓。 勺管調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)殼體內(nèi)為滑閥，自油動(dòng)機(jī)傳動(dòng)杠桿傳遞的動(dòng)力通過傳動(dòng)滾子及彈簧作用在凸輪上，帶動(dòng)滑閥上下滑動(dòng)，進(jìn)而將驅(qū)動(dòng)力由滑閥上的齒條傳遞到勺管調(diào)節(jié)軸上的傳動(dòng)小齒輪處。7.油系統(tǒng)（見圖28-13） 圖28-13 主要包括有1臺(tái)齒輪

14、泵、2臺(tái)螺桿泵、2臺(tái)冷油器及油管路等。 齒輪泵裝在箱體外部的泵輪軸端，其內(nèi)部共有3個(gè)齒輪，中間為驅(qū)動(dòng)輪。齒輪泵分為兩級(jí)，其一將油供給潤(rùn)滑系統(tǒng)，另一級(jí)則將油輸入偶合器的注油系統(tǒng)。泵的每個(gè)齒輪均由在各自兩端的固定軸承套來支承，泵齒為"人"字形。 2臺(tái)螺桿泵是由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的，安裝在油箱上面，分別作為潤(rùn)滑油及工作油的起動(dòng)、備用泵。 供給潤(rùn)滑油的齒輪泵或螺桿泵從油箱中吸入油，再將油打入潤(rùn)滑油公用管路。隨油溫不同，油流過冷油器和溫度調(diào)節(jié)器或是通過冷油器旁路直接流過溫度調(diào)節(jié)器，然后流經(jīng)過濾網(wǎng)和加熱器并通過管路供給兩個(gè)齒輪級(jí)的嚙合處及各軸承，止推軸承，泵和電機(jī)的軸承潤(rùn)滑用油。 供給液力偶合

15、器工作油的齒輪泵或螺桿泵自油箱吸上油，經(jīng)管道送入注油調(diào)節(jié)器后打進(jìn)液力偶合器的油室中。油從勺管收回，流經(jīng)中空的軸承架退油通道、注油調(diào)節(jié)器和管道而引入偶合器工作油冷油器和溫度調(diào)節(jié)器中。隨油溫的不同，油流過冷油器或冷油器旁路，而后工作油從溫度調(diào)節(jié)器處通過溢流閥回到油箱中去。 為保證潤(rùn)滑油的清潔，在潤(rùn)滑油回路中設(shè)有磁力過濾器，其特點(diǎn)是雙筒可切換，能在運(yùn)行中進(jìn)行清洗。 潤(rùn)滑油及偶合器工作油的冷油器均為采用加裝肋片的銅管式表面換熱器，銅管內(nèi)通冷卻水，銅管外部的冷油器殼體中通油。此外，液力偶合器上還裝有用來指示油箱中油量的浮子式油位指示器。第三節(jié) 液力偶合器的檢修與故障處理 一、液力偶合器檢修 液力偶合器在

16、運(yùn)行20000h或5年以后應(yīng)進(jìn)行大修，對(duì)其解體和重新組裝的基本步驟如下: (1)排空工作油后的步驟: 1)打開潤(rùn)滑油濾網(wǎng)并檢查和清洗。 2）拆下聯(lián)軸器并檢查。 3)檢查輸入軸、輸出軸的徑向跳動(dòng)。 4)從箱體上拆下滑動(dòng)調(diào)節(jié)器及傳動(dòng)杠桿。 5)拆下輔助潤(rùn)滑油泵及其電機(jī)。 6)拆下輔助工作油泵及其電機(jī)。 (2)拆下并吊開箱蓋后，檢查齒輪的嚙合情況。 (3)拆下并解體輸入軸及轉(zhuǎn)子部件以后的步驟: 1)檢查泵輪和渦輪 (葉片共振試驗(yàn))。 2檢查軸承情況，測(cè)量軸承間隙。 3)檢查勺管機(jī)構(gòu)的磨損情況。 4)檢查易熔塞，必要時(shí)更換新件。 5)重新研刮軸瓦后回裝 (必要時(shí)應(yīng)研磨軸頸)。 6)清理轉(zhuǎn)動(dòng)外殼內(nèi)的積油

17、及污垢。 (4)將各密封面涂上密封膠 (耐溫130)。 (5)重新組裝轉(zhuǎn)子部件。 (6)清理油箱、箱座及箱蓋。 (7)將輸入軸及轉(zhuǎn)子部件裝回箱座上。 (8)裝上并走固好箱蓋后的步驟: 1)回裝好輔助潤(rùn)滑油泵及其電機(jī)。 2)回裝好輔助工作油泵及其電機(jī)。 (9)裝上滑動(dòng)調(diào)節(jié)器并加油潤(rùn)滑。 (10)檢查偶合器與驅(qū)動(dòng)電機(jī)、給水泵的對(duì)中情況，并做好記錄。 (11)清洗并檢查冷油器后進(jìn)行耐壓試驗(yàn)。 (12)將油箱及冷油器灌油至要求的位置。 (13)完成上述工作并檢查熱工儀表正常后，即可進(jìn)行試運(yùn)轉(zhuǎn)。在試轉(zhuǎn)前應(yīng)檢查下列情況: 1)起動(dòng)備用工作油泵，看能否正常工作。 2)當(dāng)工作油壓高于0.25MPa時(shí)，工作油排

18、到冷油器、備用工作油泵應(yīng)斷開。3)起動(dòng)備用潤(rùn)滑油泵，看潤(rùn)滑油壓能否達(dá)到規(guī)定的0.25MPa。 (14)在試運(yùn)轉(zhuǎn)過程中應(yīng)檢查下列情況: 1)聽診齒輪傳動(dòng)裝置是否有不正常的撞擊、雜音或振動(dòng)。 2)檢查各軸承溫度不得超過70。 3)檢查各軸承、齒輪的潤(rùn)滑油的入口溫度不得超過4550。 4)檢查偶合器工作油溫度不得超過75。 在冷油器的冷卻水溫很高且滑差較大時(shí)，允許在運(yùn)行中短時(shí)間內(nèi)的工作油溫度達(dá)110。 5)檢查油箱中的油溫不得超過55。 6)每隔4h將偶合器的負(fù)載提高額定載荷的25%，直至液力偶合器滿負(fù)荷工作后，將驅(qū)動(dòng)電機(jī)電源切斷，檢查液力偶合器的齒輪嚙合情況并記下齒在長(zhǎng)、寬上的嚙合印記所占的百分比

19、。7)清理油過濾器，檢查沉積在過濾器中的沉淀物的性質(zhì)。8)在試運(yùn)轉(zhuǎn)完成后，將油箱中的油全部更換為清潔的。9)當(dāng)發(fā)現(xiàn)齒輪傳動(dòng)裝置運(yùn)行異常時(shí)，必須找出原因并予以排除。二、液力偶合器的常見故障及消除方法下面為液力偶合器的常見故障、可能產(chǎn)生原因及處理方法故障類別故障產(chǎn)生原因處理方法潤(rùn)滑油壓力太低潤(rùn)滑油冷油器內(nèi)缺水或流動(dòng)慢增加冷卻水量潤(rùn)滑油冷油器中進(jìn)了空氣排除空氣潤(rùn)滑油過濾器堵塞清洗過濾器濾網(wǎng)潤(rùn)滑油安全閥損壞或安裝不當(dāng)消除故障，正確安裝安全閥潤(rùn)滑油泵吸入管堵塞檢查并清理入口管潤(rùn)滑油泵內(nèi)進(jìn)空氣檢查泵吸入口管，消除泄漏點(diǎn)潤(rùn)滑油系統(tǒng)管道有泄漏修理或更換損壞部分偶合器進(jìn)口油溫太高工作油冷油器內(nèi)水量不足或流動(dòng)慢增加供水量工作油中進(jìn)空氣排除空氣偶合器內(nèi)油壓太高工作油溢流閥安接不正確重新安裝工作油溢流閥有故障理理或更換彈簧潤(rùn)滑油