液力偶合器在中小型热电厂中的应用--控制网



液力偶合器在中小型热电厂中的应用
企业:控制网 日期:2006-07-26
领域:电源 点击数:2791

   

    马清晨:
邯郸华北冶建工程设计有限公司

1 引言

电厂中泵类和风机是主要用电设备,耗电量很大。机组运行中,有些泵类和风机需要根据工艺要求随时调节流量另外,实际应用中许多风机因种种原因促成裕度普遍过大,致使实际负载长期偏离额定工况点,运行效率低下,浪费能源严重。保持一定的给水压力和合理的风量是电厂中保证锅炉安全、经济运行的重要手段。目前,循环流化床锅炉以其高效、低污染、燃料适应性强、负荷调节范围大等优点,在国内中小型热电厂中得到普遍采用,但是相对于煤粉炉,其燃烧控制系统较为复杂,控制难度更大,需要经常对风量进行调整。通常中小型机组中给水泵和风机采用定速运行,通过调整给水调节阀来调节给水量,调整风机入口风门挡板的开度来调整风量,但是这样在调节阀和档板上浪费了大量能源,尤其在低负荷时更甚。同时,中小型机组运行中,有时负荷不稳定,为保证锅炉安全、经济运行,需要维持一定的给水压力和经常对风量进行调整。为了节能降耗,可采用调速装置对给水泵、风机进行转速控制。

液力偶合器是以液体为介质传递功率并实现无级调速的液体联轴装置。由于其产品设计合理、结构紧凑、外形美观、可靠性高、使用效果良好、性能价格比较高,近年来在中小型热电厂得到了很多的应用。


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液力偶合器的工作原理及其优点

偶合器工作腔内充入一定量的工作液,工作轮泵轮从电动机获得机械能,并转化为液体能,推动涡轮旋转,涡轮把液体能转化为机械能,通过轴输出,带动工作机工作,周而复始,实现了从原动机到工作机之间的能量传递。调速型液力偶合器之所以能调速,是通过改变导管开度,从而改变工作腔内工作液的充满度,在电机转速不变的情况下,实现对工作机的无级调速,改变输出功率的大小(见图一)。当导流管管口处于靠近旋转轴线位置时(即把导流管拉出),偶合器工作腔中的油环最厚,即工作腔中工作油充满度最大,此时输出轴转速最高,当导流管管口处于远离旋转轴线位置时(即把导流管插进),偶合器工作腔中的油环最薄,即工作腔中工作油充满度最小,此时输出轴转速最低。因在传递能量变化时,产生转差率会使工作液发热,所以必须配备冷却器把工作液冷却,偶合器配备有电动执行器,能接受执行控制信号并操作导管开度,可以实现手动调速和自动调速。


   电厂中
液力偶合器一般用于负荷变化的风机和泵类等设备上,其具有以下优点:

1)、用于需要调速的流体机械(如风机、泵类等)时,有显著的节电效果,节电率可达2040%

2)、能使电动机空载起动,又能利用其尖峰力矩作起动力矩,提高其起动力矩,缩短了电机起动时间,而使工作机滞后于电机缓慢起动。

3)、用于多机起动时,能协调功率平衡,减少电网冲击电流。

4)、隔离扭振,减缓冲击,防止动力过载,保护电机、工作机,不会因过载而损坏。

5)、易于实现对工作机的自动控制,操作简便。

6)、提高对工作机的使用寿命,减少噪音,改善了劳动环境。

7)、投资少,简化电器设备,降低运行费用。

8)、结构简单,可靠,无直接机械接触,能在环境恶劣条件下工作,无需特殊维护,使用寿命长。


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液力偶合器用于给水泵和风机调速

中小型机组的给水系统一般为母管制,锅炉采取并列运行的方式,运行工况较为复杂,给水泵的运行根据锅炉运行情况而定,一般考虑备用一台给水泵。当负荷变化或锅炉运行台数变化时,为了保持一定的给水压力,近年来许多热电厂采取了一台给水泵采用液力偶合器调速。此时,给水泵控制作为一个独立的控制回路,根据设定的给水压力调整液力偶合器的导管开度,即改变给水泵的转速。这样,既稳定了给水压力,也对锅炉汽包水位调节回路影响较小,同时低负荷时调整给水泵转速,以保证给水泵的工作点落在其安全工作区内,也起到了节能效果。

    大型火电机组的单元制给水系统中,给水泵也较多采用液力偶合器调速。其在机组启动和低负荷时,控制给水泵转速来维持给水母管一定压力,当机组在一定负荷以上时,直接用于维持汽包水位。

    循环流化床锅炉燃烧控制系统是一个多输入、多输出,多参数相互耦合的复杂控制系统,一次风量、送风量和吸风量的控制非常重要,保持合理的风量不仅是控制合理的风煤比,提高锅炉效率,节能环保的重要调节手段,也是保证锅炉安全运行的措施。采用液力偶合器对风机调速,从而对风量进行调整,保证锅炉安全、经济运行,同时可节省电能。风机的风量与转速成正比,轴功率与转速立方成正比。当系统所需风量减少时,可通过降低液力偶合器工作腔内工作油的充满度来降低风机转速,同时节省功率。风量变化越大,节能效果越显著。中小型热电厂中,一次风机、二次风机和引风机都有采用液力偶合器调速的运行经验,经过现场运行,使用效果良好。液力偶合器的调速范围一般为30%97%,实际应用中,锅炉在较低负荷运行时,可结合风机入口风门档板进行调整。

给水泵或风机由恒速阀门调节运行变为采用液力偶合器调速运行,可节约大量的能源,许多数据资料都已证明了这一点。给水泵或风机采用液力偶合器调速,既能方便地满足工艺调节,又能提高传动品质,获得轻载起动、过载保护、隔离冲击、减缓扭振、协调多机驱动、延长风机或泵的寿命、方便使用维修、节电等多项功能和效益。液力偶合器调速功率范围大、适应性强,对环境无特殊要求、价格适中,特别适用于高转速大功率工况。


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液力偶合器电动执行器的选用

    电动执行器是液力偶合器进行调速的重要组成部分,其性能的好坏直接影响调节效果。在实际应用中,常常由于技术规范书中缺少对电动执行器的具体要求或由于价格因素,液力偶合器配置的是普通DKJ型电动执行器,包括伺服放大器和执行机构两大部分。其控制回路组成复杂,控制精度低,可靠性差,而且不具有断电、断信号保护功能,调节效果较差。为提高调节质量,电动执行机构最好选用智能型一体式执行机构,其一般采用模块化设计,控制精度高,保护功能完善,可靠性高,输入、输出均为标准信号,同时具有数字通讯功能。


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使用、维修和保养

    为保证液力偶合器安全可靠的运行,在使用时,应严格按照产品操作程序和使用说明进行安装、冲油、试运转和正常运转。在大修期、长期存放或停用时,应及时检查、维修和保养,同时在正常工作时,也要按照产品说明定期保养、维修,以保证其使用效果。


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液力偶合器调速与变频调速的比较

变频调速属于高效调速,电气调速。变频调速的突出优点是调速效率高,启动能耗低,调速范围宽,可实现无级调速,动态响应速度快,调速精度很高,操作简便,且易于实现生产工艺控制自动化。它的最大缺点是变频器技术复杂,初始投资高(尤其是高压变频器),对电网有干扰,要有较高的使用和维护技术。适用于要求调速范围宽、起停频繁、较长时间低速运行的场合,以及调速精度要求高的过程工艺控制设备上。

液力偶合器调速属于低效调速,机械调速,适用于长期在高速区运行,调速精度要求不高的中大容量笼型电动机。相比于变频调速,液力偶合器调速具有以下缺点:效率低,损耗大,调速精度低,速度响应慢,可靠性低,偶合器损坏后造成系统停车,无法启动设备,必须停车检修。液力偶合器的传动效率等于转速比,速度越低,液力偶合器效率越低。但是液力偶合器调速也具有一定的优点,它技术成熟,初始投资小,有良好的启动特性,无谐波污染,对电网无干扰,它可以空载启动,对需要重载启动的负载可获得容量效益,提高电动机运行负载率。

两种调速装置性能比较见下表。

调速装置

变频器

液力偶合器

调速原理

改变频率

改变偶合器转差

可靠性

取决于元器件质量

调速精度

响应速度

维护

技术要求高

技术要求较高易漏油

对电网干扰

价格

较高

较低

功率因数

高(0.90.95

较高(0.80.85

节能

中低速

20%40%

20%30%

效果

低速

较好

较差

投资回收期

12

不到一年

    由上表可知,变频器的优势是显而易见的。然而,配备变频器有投资较大,回收期较长,技术复杂,维护检修水平要求高等不利因素,阻碍了变频器推广使用。


7
结束语

    电动机调速是当今电力拖动节电、改善工艺、提高工效、遏制环境恶化、推动技术进步一个重要的技术支持手段。由于在功能、性能、价格以及应用条件和操作经验上的差异,各种调速装置都有广阔的应用领域,在大力发展高效调速方式的同时,绝不能放弃技术成熟和价格相对低廉的低效调速方式。在调速方式的选择上重要的是选择合适的技术,提倡因地制宜、讲求实效,既要节电,又要增益


参考资料
[1] 李南坤,高压大功率电动机变频调速与液力偶合器调速运行比较.
[2] 杨志荣  
劳德容,《需求方管理(DSM)及其应用》.
[3] 陈国宏通风机用电动机采用变频器与液力偶合器调速装置的比较.

 

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