调速型液力耦合器在带式输送机上的应用研究.pdf

第 3 O卷第 3期 2 0 0 9年 3月 煤矿机械 Co a l Mi ne Ma c hi n e Vo 1 ． 3 0 No ． 3 Ma r ．2 o o 9 调速型液力耦合器在带式输送机 上的应用研 究 宋亮 。王永生 。姚迟 1 ． 淮南矿业集团， 安徽 淮南 2 3 2 0 0 1 ； 2 ． 安徽理工大学 机械工程学院， 安徽 淮南 2 3 2 0 0 1 ； 3 ． 淮南矿业集团 顾桥煤矿， 安徽 淮南 2 3 2 0 1 7 摘要简单介绍了液力耦舍 器的结构、 工作原理及其 匹配选型原则。根据井下带式输送机 的具体需要 。 结合软启动技 术 ， 选 用调速 型液力耦合 器 ， 与其他 软启 动方式进行 对 比， 应 用液 力调速 技 术节能效果 明显优 于其 他方式 。 关键词带式输送机 ；调速型液力耦合器；软启动，节能 中图分类号 T D 5 2 8 ； T H 1 3 7 ． 3 3 1 文献标志码 A 文章编号 1 0 0 3 0 7 9 4 2 0 0 9 0 3 0 1 5 1 0 2 S t u d y o f Va r i a b l e S p e e d Fl u i d Co u p l i n g Us i n g f o r Be l t Co n v e y o r S ONG Li a n g ‘ 。 W ANG Yo n gs h e n g ， YAO Ch i 1 ．H u a i n a n Mi n e G r o u p C o r p o r a t i o n ， H u a i n a n 2 3 2 0 0 1 ， C h i n a ； 2 ． C o l l e g e o f Me c h a n i c a l E n g l n e e r i n g 。An h u i Un i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y，Hu a i n an 2 3 2 0 01 - C h i n a ； 3 ．G u q i a o C o a l Mi n e ， H u a i n an Mi n e G ro u p C o r p o r a t i o n 。 H u a i n a n 2 3 2 0 1 7 - C h i n a Ab s t r a c t I n t r o d u c e S flu i d c o u p l i n g s t r u c t u r e，wo r k i n g t h e o r y a n d ma t c h r u l e s ．Th e v a ria b l e s p e e d fl u i d c o u p l i n g i s pr e f e r r e d a c c o r d i n g t o t h e n e e d o f b e l t c o n v e y o r i n c o a l mi n e ， c o mb i n e d wi t h s o f ts t a rin g t e c h n o l o g y ．Th e p e r f o r ma n c e o f u s i n g v a r i a b l e s p e e d flu i d c o u pl i n g i s b e t t e r t h a n o t h e r s o f ts t a rin g me t h o ds i n e n e r gy s a v i n g ． Ke y wo r d sb e l t c o n v e y o r ；v a r i ab l e s pe e d f l u i d c o u p l i n g；s o f t s t a r t i n g；e ne r g y s a v i n g O前言 随着现代化矿井 的建设 和煤矿采掘输送技术 的进步， 目前已由原竖井 、 斜井向长距离大倾角斜井 发展， 采用带式输送机连续运输。为 了解决启动 困 难和协调多机均衡驱动问题 ， 近些年煤矿井下长距 离带式输送机开始应用调速型液力耦合器， 并取得 较好的技术经济效益。 1 液力藕合器的工作原理 液力耦合器的实质是离心式水泵与涡轮机的组 合。主要由输入轴 、 输 出轴 、 泵轮、 涡轮 、 外壳 、 辅助 腔及安全保护装置等组成 ， 其结构如图 1所示。 图 1 液力耦合器结构示意图 1 ． 主动轴2 ． 泵轮3 ． 转动外壳4 ． 叶片5 ． 涡轮6 ． 从动轴 当动力机通过输入轴带动耦合器泵轮旋转时 ， 充填在耦合器工作腔内的工作液体受到离心力和工 作轮叶片推动的双重作用， 从半径小 的泵轮人 口被 加速加压抛向半径较大的泵轮出口， 同时 ， 液体的动 量矩获得增量 ， 即泵轮将动力机输入的机械能转化 成了液体动能。当具有液体动能的工作液体由泵轮 出口冲向对面的涡轮时， 液流便冲击涡轮叶片， 使之 与泵轮同向转动， 也就是说液体动能又转化成了机 械能， 驱动涡轮旋转并带动工作机做功。释放完液 体动能的工作液体由涡轮人 口流向涡轮出口并再次 进入泵轮入 口， 开始下一次循环流动。就这样 ， 工作 液体在泵轮与涡轮间周而复始不停地作螺旋环流运 动 ， 于是输入与输出在没有任何机械连接的情况下 ， 仅靠液体动能便柔性地连接在一起了。 2液力耦合器的选型匹配原则 1 满足工作机最高转速要求 由于液力耦合器输出与输入之间存在转差率 ， 所 以耦合器最高输出转速总是低于电机的转速， 即 工作机最大转速 n 。 ／ ／ T in 0． 9 7n B0． 9 7n d 式 中n T m a x 耦合器最大输出转速 涡轮转速 ； n 耦合器输入转速 泵轮转速 ； n d 电机转速 。 实际上 ， 当电机转速确定以后 ， 耦合器的最高输 出转速也就确定了， 见表 1 。 表1 不同输入转速下的耦合器最高输出转速 额定输入转速电机转速／ r - r n i n 2极电极4极电机 6极电机8极电机 2 9 8 0 1 4 7 0 9 8 0 7 3 5 定输 出转速 工作机 转2 9 8 o l 4 2 6 9 5 o 7 l 3 速 0 ． ／ r - ‘Ii 9 7 ra i n 2 满足工作机最高耗用功率要求 液力耦合器泵轮功率 P 必须大于工作机最大 耗用功率 P 与液力耦合器 的最大功率损失 P 之 和 ， 即 一 l 5l 一 三 兰 塑速型 塑金鲞在带 送机上的应用研究宋亮， 等 第3 o 卷第3 期 P z P n P s 证明， 液力耦合器适合在煤矿井下恶劣环境下工作； 3 满足工作机调速范围要求 液力耦合器的调速范围主要取决 于载荷特性 ， 对于恒力矩负载， 调速范围为 1～1 ／ 3 ； 对于直线 型 负载或抛物线型负载 ， 调速范围为 1～ 1 ／ 5 。 4 满足工作机稳定运行要求 工作机经液力耦合器调速后 ， 要求任意工况点 均能稳定运行。液力耦合器传动系统稳定运行的必 要条件是液力耦合器某一冲液量的特性曲线能与载 荷特性 曲线相交 ， 两曲线交角越大， 运行越稳定。若 曲线接近于平行 ， 则运行不稳定。 5 满足工作机调速时间要求 大部分工作机对调速过程的时间没要求 ， 但也 有些工作机对完成调速的时间有要求。 6 满足热平衡要求 液力耦合器在调速运转 中存在转差率损失 、 鼓 风损失 、 轴承摩擦损失、 供油油路损失等 ， 这些损失 转化成热量 ， 使耦合器工作液体温度升高， 如不能及 时散热， 就会影响正常工作 。 7 满足工作环境要求 当耦合器工作在潮湿 、 户外、 煤矿井下 、 易燃易爆、 寒冷等条件时， 应考核耦合器适应环境要求的能力。 8 满足工作机调速控制要求 调速型液力耦合器有现场手动控制、 控制室收 操电动控制和控制室 自动控制 3种 ， 选型时要明确 控制方式 。 9 满足工作机构转向要求 调速型液力耦合器的转向虽然可以正转也可以 反转 ， 但是 已经调定后 ， 在工作中就无法改变 ， 因此 要注意把转向搞准。 1 0 满足工作机其他要求 包括动力机 、 工作机 的安装要求 、 耦合器为 电 机 、 减速器集中供油 ， 设立高位油箱、 改型， 改变连接 尺寸等。 1 1 满足经济适用要求 液力耦合器合理选 型匹配除上述要求外， 还应 满足经济 、 高效 、 适用要求包括 2点 ①合理经济地 确定电机型号和功率 ； ②合理经济地选择耦合器规 格和运行工况。 3调 速型 液力耦 合器 的应 用实例 1 在带式输送机上的应用 例如某煤矿井下南翼运输大巷的高强度带式输 送机 ， 输送距离为 1 6 3 7 m， 带速为 3 ． 5 m／ s ， 设计输 煤量为 1 7 5 0 t ／ h ， 由 3台电机通过 3台 Y O T G c 6 5 0 B 调速型液力耦合器驱动。经过长时间运行后 ， 对机 组进行 了工业性运行测定 ， 其测定结果表明 ①3台调速型液力耦合器 自投入运行以来已连 续无故障运行 4 2 0 d ， 其可靠性和安全性符合要求 ； ③液力耦合器坚实可靠 ， 操作简单 ， 维护保养容 易 ， 不需要特殊技术； ④调速型液力耦合器对均衡各电机功率有良好 作用 ， 3台电机实际运行电流稳定在 1 9 2 0 A， 达到 了设计要求 ； ⑤设计带速为 3 ． 1 5 m ／ s ， 实际带速为 3 ． 2 m ／ s ， 符合控制带速要求 ； ⑥启动柔 和平稳 ， 软启动延长时间 8～1 0 s ， 对 输送带有明显的保护作用 ； ⑦防爆性能好 ， 符合井下安全生产要求。 2 与其他软启动装置的比较 对调速型液力耦合器 、 C S T液黏调速装置 、 软启 动电控器在带式输送机上应用的技术经济性能进行 对 比， 其结果 ①调速型液力耦合器软启动f生 能优于软启动电控 器， 基本无故障， 满足使用要求， 价格合理， 性价比高。 ②软启动电控器价格低于调速 型液力耦合器 ， 但启动性能不如耦合器 ， 且故障率较高。 ③c s T液黏调速装置， 启动性能优于调速型液力 耦合器， 但是进口产品价格太高， 对工作油的清洁度要 求极高， 需经常换油， 维修不便。国产设备故障率高 ， 摩擦片易磨损， 污染工作油， 需经常更换， 使用不便。 带式输送机属于恒力矩机械 ， 因而理论上， 调速 型液力耦合器在带式输送机上应用不节能， 但实际应 用时， 不要求耦合器做大转差调速， 只是在启动时转 差大， 而正常运行时转差不大， 所以电能损耗较少。 4结语 对工业生产 中常用的调速型液力耦合器进行 了简单介绍 ， 分析了节能运行效率 ， 结合实例 ， 从结 果可以看出使用调速型液力耦合器后， 能耗大大降 低 ， 起到了明显的节能效益。 参考文献 [ 1 ] 刘应诚 ， 杨乃乔． 液力耦合器应用与节能技术 [ M] ． 北京 化学工 业出版社 ， 2 0 0 6 ． [ 2 ] 朱敏奇 ， 蒋卫粮． 长距离 带式输送机 软起动技术 [ J ] ． 金属矿 山， 1 9 9 9 8 4 2 4 4 ． [ 3 ] 宁原林 ， 孙永 ． 调速型 液力耦 合器 的计 算 机控制 [ J ] ． 润滑 与密 封 ， 2 0 0 1 1 3 7 3 9 ． [ 4] 林专毅． 液力耦合器用于碱炉给水 泵 、 引风机 的节 能效果 [ J ] ． 中 国造纸 ， 2 0 0 3 ， 2 2 1 0 4 0 4 3 ． [ 5 ] 王永生 ， 丁江明． 液力耦合器通用外特性的数 学建 模[ J ] ． 机械工 程学报 ， 2 0 0 5， 4 1 4 2 2 5 2 2 8 ． [ 6 ] 赵陪生． 调速型液 力耦合器 的性 能及应用 [ J ] ． 煤矿 机械 ， 2 0 0 5 ， 2 6 9 1 2 01 2 1 ． [ 7 】 董泳， 闰国军， 李小斌． 调速型液力耦合器双机驱动同步词速与 功率平衡控制方法探讨 [ J ] ． 煤矿机械 ， 2 0 0 7 ， 2 8 2 5 75 9 ． 作者简介 宋亮 1 9 8 2一 ， 安徽淮南人 ， 助理工程 师， 2 0 0 4年毕 业于安徽理工大学 自动化专业 ， 现在淮南矿业集 团淮 南煤矿勘察设 计院从事机 电技术方面的工作 ， 电子信箱 s h e w a 5 5 0 6 s i n a ． C O llf 1 ． ②该带式输送机位于地下 6 0 0 m， 环境潮湿， 实践 ～ 1 5 2 一 收稿 日期 2 0 0 8 一 o 91 7