液力偶合器

(1)功率与转速

液力偶合器所传功率和输入转速，一般等于原动机的额定功率和额定转速。对于原动机为异步电动机的工作机，使用偶合器后可解决电机的轻载启动问题，故以工作机的额定功率作为偶合器所传功率。功率与转速通常有如下几种组合，见表1。

表1　　　　　　　　　　　　　　　偶合器功率与转速常用组合

功率与转速组合

型 式

使用目的

应用实例

设计要点

小功率(＜100kW)与中速(1000～1500r/min)或高速(3000r/min)

牵引型限矩型调速型

解决电动机轻载启动、工作机平稳启动、过载防护、无级调速、隔振防冲等问题

带式输送机、塔式起重机、刨煤机、破碎机、离心机、空调风机、供水泵等

除妥善解决启动、限矩和调速性能之外，应着重在结构简单、不用或简化冷却供油系统、减小尺寸重量和降低制造成本上多加研究，并应易于批量生产

中功率(300～3500kW)与低速(365～600r/min)或中速(750～1500r/min)

调速型(部分限矩型)

无级调速，无载或轻载启动，隔振防冲

水泵、泥浆泵、尾矿泵、转炉除尘风机、锅炉引风机、送风机、球磨机、挤压机等

应力求缩短轴向尺寸，简化冷却供油润滑系统

大功率(1600～20000kW)与高速(3000r/min)或超高速(4500～6000r/min)

调速型

无级调速、无载启动

电站锅炉给水泵、煤气鼓风机、舰船燃气轮机动力装置、高炉鼓风机

应着重解决高转速叶轮与转动外壳的过大应力问题，以及调速控制和冷却供油润滑系统等。这类偶合器常带有增速齿轮，因此，高速齿轮传动和轴承、振动等问题也应加以重视

(2)滑差与效率的确定

液力偶合器在额定工况长期运转时的滑差S*与对应的效率η*，可按不同情况参照表2加以确定。

表2　　　　　　　　　　　　　　　　额定工况下的滑差 S^* 与效率 η^*

型式

功　 率

/kW

额定工况滑差

S*

机械效率

η_m

偶合器效率

η*＝(1-S*)η_m

说　 明

牵引型和限矩型

≤10

＞10

0.05～0.07

(常取0.05)

0.04

约为

0.99

≥0.94

≥0.95

S* 取小值，虽可提高传动效率，但有效直径增大，重量尺寸增加，造价也增加，还将使过载系数T_g增大，偶合器启动和过载防护性能不易得到保证

调 速 型

＜1600

＞1600

(带增、减速齿轮)

0.03～0.02

常取0.03

0.985～0.992

0.98～0.99

0.955～0.972

0.95～0.97

S* 取小值，可提高传动效率，但有效直径增加，对叶轮和转动外壳的强度不利，重量尺寸增大，调速范围也将缩小

间歇工作偶合器

0.07～0.30

必须限制偶合器的重量尺寸或过载系数，又只供短期或间歇工作、经济性不重要的场合(例如塔吊走行轮驱动偶合器)，S*可选取较大的值，可大大减小有效直径、重量和造价

(3)启动和过载防护的要求

为了有效地防护动力传动系统免于过载而破坏，和在工作机启动时充分利用异步电动机的最大转矩，偶合器的过载系数应满足表3的要求。

表3　　　　　　　　　　　　　　牵引型和限矩型偶合器的过载系数T_g

功率范围

大中功率(＞500kW)

小功率(＜100kW)

不　 限

原动机类型

异步电动机

异步电动机

柴油机

过载系数T_g

＜3.5

＜2.5～2.7

＜4

(4)调速范围

调速型偶合器的调速范围，一般已能满足使用要求(见表4)。如要超出这一范围，可采取某些结构措施达到，但在设计之前必须加以明确。

表4　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　调速范围

工作机转矩特性

调 速 范 围

应 用 实 例

恒 转 矩

i＝0.40～0.97

起重机，运输机，往复泵

二次抛物线转矩

i＝0.20～0.97

离心风机，压气机，无背压水泵

减 转 矩

i＝0.6～0.97

(视管道静压头而异)

定背压锅炉给水泵，输油泵，离心水泵等

(5)全程调速或离合时间(见表5)

表5　　　　　　　　　　　　　　　全程调速或离合时间

偶合器型式

全程调速时间或离合时间/s

说　　 明

出口调节式(箱体式)

10～30

视泵轮转速、供油泵排量、有效直径和勺管管径大小等不同而有所差别

进口调节式(旋转油壳式)

升速　10～30

降速　60～180

(6)重量尺寸

指偶合器的本体以及与本体相联的辅助结构(如箱体)的重量和尺寸。在传递同一功率的情况下，有效直径 D 与泵轮转速n_B^3/5成反比，而偶合器本体重量 G 又与D^2.7成正比。因此，为减小偶合器重量尺寸，设计时常将偶合器输入轴直接与原动机相联，或布置在转速更高的高速轴上。自然，随着输入转速增加，叶轮圆周速度 u 增大，应力也相应增加，见下图。此外，偶合器重量尺寸在很大程度上与结构布置形式有关，在总体设计时应特别注意。

所传功率恒定下的相似规律

D—有效直径；G—本体重量；u—叶轮圆周速度

(7)振动值

偶合器在流道全充油和额定转速下运转时，在整机轴承部位所测得的振幅值(包括垂直、水平和轴向方向)，一般不应大于60～120μm(全幅)，高转速偶合器和出口调节式偶合器取小值，低转速偶合器和进口调节式偶合器取大值。

(8)工作油

偶合器的工作油也作为润滑油，对油的要求是:黏度较低，润滑性适当，密度较大，无腐蚀性，闪点较高，不易产生泡沫。对于一般采用滚动轴承支承的各种偶合器，常用20号机械油；对带有增速(或减速)齿轮并采用滑动轴承的偶合器，为改善润滑，普遍应用22号透平油。近年来国内还生产液力传动专用油，可选用6号液力传动油。

(9)易熔塞与易熔合金

对于要求防护动力过载的偶合器，必须在流道外缘的转动外壳上安装2～3只易熔塞(内孔注有易熔合金的螺堵)。其目的是一旦工作机在运转中因阻力过大被卡住而停转时，仍在运转的原动机的全部功率将被偶合器吸收(此时S＝1，偶合器效率为零)，使油温短期内剧烈上升，达某一值后易熔合金熔化，流道中油将通过易熔塞中的孔排出壳体外，流道排空，所传功率也随之切断，从而使传动系统得到了真正的保护。

易熔合金的熔点必须低于油的闪点，常取110～140℃。对于使用环境有防爆要求的场合，应视具体情况进行慎重的选择。