左先仁

（山鋼集團(tuán)萊蕪分公司寬厚板事業(yè)部，萊蕪 271104）

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液力偶合器在淬火泵上的研究與應(yīng)用

左先仁

（山鋼集團(tuán)萊蕪分公司寬厚板事業(yè)部，萊蕪 271104）

摘 要：本文介紹調(diào)速型液力偶合器在萊鋼4300mm寬厚板熱處理生產(chǎn)線淬火泵上的研究、應(yīng)用及產(chǎn)生的節(jié)能效果和效益，以期為該生產(chǎn)線節(jié)能機(jī)電設(shè)備的引進(jìn)與應(yīng)用提供新思路。

關(guān)鍵詞：調(diào)速 液力偶合器 淬火泵 變頻

引言

液力偶合器又稱液力聯(lián)軸器，是一種用來將動力源（通常是發(fā)動機(jī)或電機(jī)）與工作機(jī)連接起來傳遞旋轉(zhuǎn)動力的機(jī)械裝置。它是1905年德國Hermann博士的專利發(fā)明，曾應(yīng)用于汽車中的自動變速器，同時(shí)在海事和重工業(yè)中也有廣泛應(yīng)用。液力偶合器主要用于傳遞動力，可以實(shí)現(xiàn)傳動過程中的無級調(diào)速，減小動力源啟動時(shí)的沖擊負(fù)荷，還可以在傳動部件過載時(shí)保護(hù)動力源。

液力偶合器曾應(yīng)用于早期的汽車半自動變速器及自動變速器中。液力偶合器的泵輪與發(fā)動機(jī)的飛輪相連接，動力由發(fā)動機(jī)曲軸傳入。有些時(shí)候，偶合器嚴(yán)格上講是飛輪的一部分。在這種情況下，液力偶合器又被稱為液力飛輪。渦輪與變速器的輸入軸相聯(lián)。液體在泵輪與渦輪間循環(huán)流動，使得力矩從發(fā)動機(jī)傳至變速器，驅(qū)動車輛前進(jìn)。在這方面，液力偶合器的作用非常類似于手動變速器中的機(jī)械離合器。由于液力偶合器無法改變轉(zhuǎn)矩的大小，現(xiàn)已被液力變矩器所取代。

經(jīng)過近幾年的飛速發(fā)展，國內(nèi)液力偶合器行業(yè)取得了長足進(jìn)步，特別在偶合器自動化控制集成技術(shù)、偶合器的自適應(yīng)性及控制精度技術(shù)等方面，表現(xiàn)出了比較成熟的技術(shù)?，F(xiàn)在市場主流偶合器主要包括無級調(diào)速液力偶合器、限矩型液力偶合器、電磁液力偶合器等。特別是無級調(diào)速液力偶合器，因其投資省、操作維護(hù)簡單，在一些大型工礦企業(yè)中對有節(jié)能改造需求的風(fēng)機(jī)、泵類，已被廣泛應(yīng)用。

1 應(yīng)用背景

熱處理生產(chǎn)線水處理系統(tǒng)主要包括冷水池、給水泵組、給水過濾器、高位水塔、淬火冷卻裝置、NCC冷卻裝置、熱水池、熱水泵組、回水處理過濾器、冷卻塔等構(gòu)成。具體工藝流程如圖1所示。

淬火機(jī)水塔供水泵設(shè)計(jì)有4臺，均為工頻運(yùn)行。隨著熱處理產(chǎn)能的不斷釋放和新品種的不斷開發(fā)，水泵機(jī)組不能滿足淬火鋼板對供水流量的寬泛調(diào)節(jié)要求，產(chǎn)生了極大的能耗浪費(fèi)。電耗指標(biāo)與國內(nèi)同類生產(chǎn)線對比，還有較大改善空間。鑒于目前企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營困難，成本壓力巨大，降低電耗成本刻不容緩。

2 存在的問題

淬火機(jī)水塔供水泵配套電機(jī)功率均為710kW，工頻并聯(lián)運(yùn)行。水泵機(jī)組的運(yùn)行模式隨著不同的鋼種、鋼板厚度、長度不同而不同。

分析近幾年來的生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)，淬火機(jī)高位水塔供水泵具體運(yùn)行模式如下：

當(dāng)需要淬火厚度為6～8mm鋼板時(shí)，高壓段供水量為2200～2800m3/h，低壓段供水量為1800m3/h，此時(shí)需要開啟一臺淬火機(jī)上塔泵。

當(dāng)需要淬火厚度為10～80mm鋼板時(shí)，高壓段供水量為2500～3500m3/h，低壓段供水量為1800～2400m3/h，此時(shí)需要開啟兩臺淬火機(jī)上塔泵。

當(dāng)需要淬火厚度為80mm以上鋼板時(shí)，高壓段供水量為3800～4600m3/h，低壓段供水量為4800m3/h，此時(shí)需要開啟三臺淬火機(jī)上塔泵。

因每種鋼板厚度規(guī)格、鋼種和長度不同，鋼板的冷卻時(shí)間和冷卻所需流量也有所不同。而四臺淬火機(jī)上塔泵均設(shè)計(jì)為工頻運(yùn)行，總供給流量相對比較固定，無法實(shí)現(xiàn)寬泛靈活的流量調(diào)節(jié)功能。然而，為了保證淬火機(jī)淬火時(shí)穩(wěn)定的水壓，淬火機(jī)高位水塔常常處于溢流狀態(tài)，造成了極大的能（電）耗浪費(fèi)。

3 改造方案

3.1 總體思路

要降低淬火機(jī)高位水塔供水泵在非生產(chǎn)時(shí)間里的能耗，就應(yīng)降低水泵輸出的水量。而水泵流量與泵轉(zhuǎn)速成正比關(guān)系，所以可通過降低水泵的轉(zhuǎn)速來實(shí)現(xiàn)最終的電耗降低。通過現(xiàn)場勘察和綜合分析研究，形成如下的總體方案。

在水泵與電機(jī)之間加裝液力偶合器。因加裝設(shè)備后，電機(jī)及設(shè)備基礎(chǔ)需做相應(yīng)改變，需重新設(shè)計(jì)制造一件新的電機(jī)-偶合器聯(lián)合底座，原機(jī)組聯(lián)合底座電機(jī)側(cè)部分鋼構(gòu)斷開，電機(jī)向后移動約1340mm（含聯(lián)軸器間隙10mm）。在電機(jī)移位方向上，新增兩只新的地腳孔，原地腳螺栓繼續(xù)使用，安裝、調(diào)整并固定新的電機(jī)-偶合器聯(lián)合底座，電機(jī)安放、偶合器、泵找正并聯(lián)接聯(lián)軸器；安放油站及冷卻器，聯(lián)接油管、水管、閥門管件及檢測儀表等輔助設(shè)備設(shè)施。設(shè)備安裝布置圖如圖2所示。

圖2 設(shè)備安裝布置圖

3.2 設(shè)備選型計(jì)算

選取泵輪有效直徑D=875mm。

綜上，液力偶合器的型號選取為DYgcd875，水泵輸入最高轉(zhuǎn)速變?yōu)?90×0.97=961r/min。

3.3 設(shè)備工藝參數(shù)確定

偶合器采用中心剖分式箱體結(jié)構(gòu)，內(nèi)置工作油及潤滑油供油裝置；冷卻器選2LQFW-A19F列管式冷卻器，冷卻水流量為19m3/h，水壓為0.2～0.6MPa，油管及水管通徑均選DN50。電機(jī)與偶合器之間采用彈性套柱銷聯(lián)軸器；偶合器與水泵之間采用彈性套柱銷聯(lián)軸器；偶合器由最低速調(diào)節(jié)至最高速，或由最高速調(diào)節(jié)至最低速所需時(shí)間為25±5s。

4 效果

該項(xiàng)目實(shí)施完成后，淬火機(jī)上塔供水機(jī)組節(jié)能明顯，且系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性大大提高，效果顯著。

（1）節(jié)電效果非常明顯，節(jié)電率達(dá)67.5%以上；

（2）負(fù)載軟啟啟動，系統(tǒng)運(yùn)行整體穩(wěn)定性得到提升；

（3）實(shí)現(xiàn)了流量供給與熱處理生產(chǎn)工藝節(jié)奏的無縫銜接，很好地滿足了熱處理鋼板的水冷工藝要求。

5 結(jié)論

（1）該項(xiàng)目的研究與應(yīng)用成功，經(jīng)濟(jì)效益顯著；

（2）與變頻器比較，該項(xiàng)目具有投資少，見效快、操作維護(hù)簡便的特點(diǎn)；

（3）該調(diào)速裝置尤其適用在不需過度頻繁調(diào)節(jié)的場合，設(shè)備故障率低，調(diào)節(jié)精度相對較高，能夠達(dá)到比較理想的節(jié)能效果，具有比較廣闊的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)

［1］劉應(yīng)誠，楊乃喬.液力偶合器應(yīng)用與節(jié)能技術(shù)［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006.

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The Research and Application of Hydraulic Coupler in Quenching Pump

ZUO Xianren
（Shandong Steel Group Laiwu branch plate division， Laiwu 271104）

Abstract:This paper describes variable speed fluid couplings in Laigang 4300mm heavy plate heat treatment production line quenching pump research， application and produce the energy saving effect and benefit， in order to provide some new ideas on the introduction and application of the production line of energy-saving electromechanical equipment.

Key words:speed， hydraulic coupler， quenching pump，frequency conversion