【干货学院】变频节能改造那些事儿（三）

前言

前两次咱们聊了风机泵类以及压缩机的变频节能改造，这次咱们聊聊液力耦合器调速的变频节能改造。

      液力耦合器是以液体为工作介质的一种非刚性联轴器。液力耦合器(见图1)的泵轮和涡轮组成一个可使液体循环流动的密闭工作腔，泵轮装在输入轴上,涡轮装在输出轴上。两轮为沿径向排列着许多叶片的半圆环，它们相向耦合布置，互不接触，中间有3mm到4mm的间隙，并形成一个圆环状的工作轮。驱动轮称为泵轮，被驱动轮称为涡轮，泵轮和涡轮都称为工作轮。泵轮和涡轮装合后，形成环形空腔，其内充有工作油液。



图1.液力耦合器结构示意

       泵轮通常在内燃机或电机驱动下旋转，叶片带动油液，在离心力的作用下，这些油液被甩向泵轮叶片边缘。由于泵轮和涡轮的半径相等，故当泵轮的转速大于涡轮转速时，泵轮叶片外缘的液压大于涡轮叶片外缘的液压，由于压差液体冲击涡轮叶片，当足以克服外阻力时，使涡轮开始转动，即是将动能传给涡轮，使涡轮与泵轮同方向旋转。油液动能下降后从涡轮的叶片边缘又流回到泵轮，形成循环回路，其流动路线如同一个首尾相连的环形螺旋线。液力耦合器靠液体与泵轮、涡轮的叶片相互作用产生动量矩的变化来传递扭矩。在忽略不计叶轮旋转时的风损及其他机械损失时，它的输出(涡轮)扭矩等于输入(泵轮)扭矩。

液力耦合器属于机械调速方式，在工业生产中和定频控制相比具备一些优点:

优点：

·具有无级调速功能，调速型液力耦合器可以在输入端转速不变的条件下，通过在运行中调节工作腔的充液量而改变输出力矩和输出转速。

·能降低电机的启动电流和持续时间，降低对电网的冲击；

·传递功率与其输入转速的平方成正比，输入转速高时，能容量大，性能价格比高。

·对环境的适应性强，可以在寒冷、潮湿、粉尘、需防爆的环境下工作。

·价格低廉，结构简单，操作维护简便，不需要特别复杂的技术，养护费用低。

随着调速技术的发展，其缺点如今也越来越明显：

缺点：

·始终存在转差率，有转差功率损失，限矩型液力耦合器的额定效率约等于0.96，调速型液力耦合器与离心式机械匹配相对运行效率在0.85~0.97之间。

·输出转速始终低于输入转速，且输出转速不能像齿轮传动那样准确不变。

·调速范围相对较窄，常用匹配调速范围 1~1/3。

·调速型液力耦合器需要附加冷却系统，增加投资费用和运行费用。

        由于液力耦合器在运行时，其转矩、速比、效率之间存在一定的关系，效率低则能耗高，反之，效率高则能耗低，因此回避液力耦合器的低效率区间就是其节能改造的主要途径。

下面是一个典型的液力耦合器原始特性曲线，



图2.典型的液力耦合器

       从上图可见，在泵轮转速恒定（即输入端工频驱动）时，传递的转矩与速比（速比 ）呈反向变化关系，速比大则转矩小，速比小，转矩大。由于这种转矩的传递依赖于转差，所以，速比无限接近1。 传递效率与速比呈正向变化关系。

      所以在实际应用中， 如果一台耦合器长期工作在速比远小于1的状态， 势必造成其工作效率低下，能耗较高。

       举个例子，如果一台100KW工频电机以额定转速980rpm驱动一台泵， 输出端要求大多是时间都运行在700rpm左右， 那么，通过改变耦合器内的油液量则可以调整到700rpm工作。在这种运行情况下，通过图2的曲线我们可以粗略估算，调速系统实际只有不到70%的效率，其中有30KW都转化为耦合器内部油液温升， 通过散热系统排出了。而这浪费掉的30%的能量，则是潜在的节能空间。所以在液力耦合器处于低转速比的运行情况下， 使用变频器替代液力耦合器实现调速，可以大幅度节能。

小结：

      咱们说完了阀门流量控制变频改造 ， 空压机变频改造，以及液力耦合器变频改造这三大类，是时候做一个小小的总结了,我们归纳了两个问题：

如何评估节能项目的节电潜力？

1.  考察工频下阀门的常用开度

       风机（泵，以及阀门调节型空压机）的工艺常用开度Q/QN。该指标反映了该项目是否值得去做变频改造。如果正常运行时开度Q/QN 很大，甚至接近100%，那么就没有节电潜力了，也就没有个变频改造的意义，反之将有很大的节能空间。液力耦合器考虑速比即可。 该数据可通过工厂历史工艺记录来查询。

2.  考察原设备特性曲线

       各流量下风门开度与电流（或功率）的对应关系：Q/QN  与I（或P）的数学关系，该指标反映了风机本身的能耗特点，该数据的准确性决定了变频控制后的风机单位时间可以节省出多少电。该数据可通过查询风机原始资料（特性曲线）获得。

3.  考察各开度值下风机的运行时长

       该指标反映了风机在某段（例如一年）时间的运行中，各瞬时节能节能情况在时间上的累计。该数据意义在于节能效果的经济核算。

评估变频节能改造的可行性，除了节电率， 还需要考虑什么？

      输出压力，表现在水泵设备上就是扬程。 如果通过调速手段将转速减小，则风压，扬程会呈平方曲线下降。比如，垂直高度供水，原工频电机阀门调整流量，看似用水量很小可以用变频调速，降低运行频率实现节能，但实际管网对于压力的要求却可能是很大的，变频降低转速后会因为扬程变小而无法正常供水。因此对于一些特殊的方案， 在变频节能计算之余， 还要核算风压、扬程，是否能满足基本运行工况，以便成功地实现节能改造。

       好了，到这里我们变频节能改造的话题该结束了，预祝大家都能改造成功， 大吉大利！



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