齒輪式變速液力耦合器在循環(huán)氫壓縮機上的應用

袁 午，祁燕龍

(中國石化洛陽分公司，河南洛陽 471012)

齒輪式變速液力耦合器在循環(huán)氫壓縮機上的應用

袁 午，祁燕龍

(中國石化洛陽分公司，河南洛陽 471012)

介紹了液力耦合器的結(jié)構(gòu)、工作原理，著重分析了在50萬t/a新建芳烴聯(lián)合裝置循環(huán)氫壓縮機調(diào)速操作方面的實際應用，旨在總結(jié)、分析應用經(jīng)驗，以確保液力耦合器達到最佳的控制效果和壓縮機組長周期平穩(wěn)運行。

液力耦合器;循環(huán)氫壓縮機;應用

0 前言

液力耦合器是以液體為工作介質(zhì)，聯(lián)結(jié)在電機和壓縮機之間的一種非剛性傳動元件，它基于費丁格爾原理，可提高電機啟動性能、改善傳動品質(zhì)，實現(xiàn)流量的精確控制，是實現(xiàn)節(jié)能降耗的有效方法，在石化煉油領域應用越來越廣泛。

某煉油廠新建50萬t/a芳烴聯(lián)合裝置異構(gòu)化循環(huán)氫壓縮機變工況采用齒輪型液力耦合器來實現(xiàn)，一次投入運行成功，調(diào)速效果良好，保證了循環(huán)氫壓縮機組的平穩(wěn)、安全運行。該設備制造廠家為德國Voith，型號562 SVTL12.1，主要技術參數(shù)如表1所示。

表1 液力耦合器技術參數(shù)

1 液力耦合器的工作原理與結(jié)構(gòu)

1.1 工作原理

液力耦合器的傳動基于泵輪和渦輪的相互作用。泵輪和殼體組成工作腔，渦輪被包含在工作腔內(nèi)，由于泵輪和渦輪并不接觸，所以沒有任何磨損。電機的機械能由泵輪變成液體的動能，渦輪再將液體的動能轉(zhuǎn)變成機械能。

圖1 齒輪式變速液力偶合器的原理圖

2.2 結(jié)構(gòu)

該項目機組液力耦合器設計結(jié)構(gòu)見圖2。耦合器主要由以下幾部分構(gòu)成:①旋轉(zhuǎn)部件。輸入——泵輪軸、泵輪、轉(zhuǎn)動外殼;輸出——渦輪軸、渦輪。②供油部件。主要由油泵、吸油管、冷油器組成。工作油供油泵安裝在液力耦合器輸入端的泵殼體內(nèi)，由泵輪軸和泵軸間的齒輪副驅(qū)動。③排油部件。主要由勺管、排油管組成。④調(diào)速控制系統(tǒng)。由控制勺管的連桿機構(gòu)和電動執(zhí)行器組成。⑤儀表系統(tǒng)。主要由耦合器進出口油溫表和出口油壓表、轉(zhuǎn)速儀組成。另外還有油箱殼體、易熔塞等組件。

圖2 液力耦合器的設計結(jié)構(gòu)圖

1.3 調(diào)速原理

當液力耦合器工作時，套裝在輸入軸上的驅(qū)動齒輪在輸入軸帶動下旋轉(zhuǎn)，驅(qū)動被動齒輪帶動油泵主軸旋轉(zhuǎn)，油泵將工作油從箱體吸出經(jīng)冷卻器冷卻后進入勺管殼體中的進油室，并繼而經(jīng)泵輪入口進入工作腔。工作腔中的工作液體在做螺旋環(huán)流運動的同時，還通過泵輪與導管腔的泄油孔進入導管腔形成一個旋轉(zhuǎn)油環(huán)。旋轉(zhuǎn)油環(huán)靠自身旋轉(zhuǎn)所形成的壓頭，當遇到勺管頭，工作液體便由勺管導出。于是通過電動執(zhí)行器操縱勺管的伸縮程度，便可以改變導管腔內(nèi)的油環(huán)厚度。由于導管腔與工作腔連通，所以也就改變了工作腔內(nèi)的充液度，勺管位置在耦合器勺管油腔的最深處時(0位)，循環(huán)工作油量最小，輸出轉(zhuǎn)速最小。勺管位置在耦合器油腔的最外延時(100%位)，循環(huán)工作油量最大，輸出轉(zhuǎn)速最大，從而對壓縮機組的速度和功率實現(xiàn)無級控制。

2 壓縮機調(diào)速實際應用

2.1 調(diào)速控制

本臺壓縮機的調(diào)速由DCS控制實現(xiàn)。具體操作可分為“手動”與“自動”兩種方式。當選用“手動”調(diào)速時，在DCS上緩慢給定控制耦合器勺管位置的閥位輸出值(0～100%)，該閥位輸出值以4～20 mA電流信號到現(xiàn)場后轉(zhuǎn)換成0.02～0.10 MPa的風壓信號控制勺管上下位值移動，從而實現(xiàn)調(diào)速的目的。當選用“自動”調(diào)速時，在DCS上直接給定壓縮機的目標轉(zhuǎn)速值，機組即按照特定的速度遞增(減)值緩慢進行調(diào)解，該速度遞增(減)值亦以4～ 20 mA電流信號到現(xiàn)場后轉(zhuǎn)換成0.02～0.10 MPa的風壓信號控制勺管上下位值移動，使機組緩慢到達目的轉(zhuǎn)速值。

2.2 運行控制

2.2.1 溫度控制

工作油冷卻器出口溫度應控制高于35℃。因壓縮機負載過大、泵輪和渦輪的滑差作用，工作油冷油器進口溫度可能升至近110℃的最高溫度。若溫度過高，可通過油環(huán)流閥增大工作油的流量。如果由于故障，工作油溫上升到160℃，易熔塞的易熔合金熔化，泄掉耦合器腔內(nèi)工作油保護電機及設備。

工作油和潤滑油都由集成的油箱供給，但油路是分開的。潤滑油和工作油溫度控制參數(shù)見表2。

表2 液力耦合器溫度控制參數(shù)

2.2.2 工作油壓力、潤滑油壓力、控制油壓力控制

①通過溢流閥將控制閥之前的工作油壓力保持在0.1～0.2 MPa。②潤滑油壓力由調(diào)整節(jié)流孔板設為0.3 MPa，潤滑油和控制油壓不能分開單獨調(diào)整，它們是相互作用的，潤滑油壓變化也會導致控制油壓改變。減壓閥和可調(diào)流量孔板處調(diào)節(jié)潤滑油和控制油壓。③控制油壓力工作范圍為0.3～0.4 MPa。液力耦合器壓力控制參數(shù)見表3。

表3 液力耦合器壓力控制參數(shù)

該項目機組主電機啟動條件、正常運行和聯(lián)鎖停機動作按照如下設置:當潤滑油壓力達到0.21MPa時，信號允許啟動壓縮機。壓力為0.24 MPa時可手動關停輔助潤滑油泵。如果潤滑油壓力下降至0.16 MPa自啟動輔助潤滑油泵。當壓力降至0.13 MPa時，聯(lián)鎖切斷主電機。

2.2.3 油位指示

當設備停止而管路充滿油時，油位應處于“Oil Level in Operation”(運行油位)和“Max.Oil Level”(最高油位)標記之間。油位可從耦合器的油箱玻璃板液位計上讀出。

3 調(diào)速效果分析

該機組自2015年4月份開始試車以來，經(jīng)過空負荷試車、N2負荷試車，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)效果理想，表4為壓縮機開車期間液力耦合器DCS監(jiān)測參數(shù)。

表4 壓縮機開車期間液力耦合器調(diào)速參數(shù)

從表4中可以看出，壓縮機轉(zhuǎn)速與耦合器轉(zhuǎn)速比基本維持在3.97左右，符合耦合器設計及生產(chǎn)工藝要求。

圖3為壓縮機2015年5月轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)曲線。如圖所示，壓縮機給定值和實際測量值的偏差在1.2%左右，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)平穩(wěn)。

圖3 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)曲線

4 結(jié)語

液力耦合器自投入運行以來，經(jīng)歷空負荷試車、氮氣負荷試車、裝置開工等多種工況的考驗，經(jīng)反復調(diào)節(jié)試驗，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)效果理想，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)平穩(wěn)。實踐證明，液力耦合器在使用過程中不僅操作方便靈活，而且控制平穩(wěn)，對過載保護性能較好，實現(xiàn)了精確控制，延長了壓縮機和電動機的壽命。

［1］ 鄭愛國.液力偶合器在壓縮機調(diào)速操作上的應用.通用機械，2003(4):62-64.

TQ056.8

B

1003-3467(2015)10-0056-03

2015-08-21

袁 午(1985-)，男，助理工程師，從事芳烴生產(chǎn)工作，電話:15978609025。