电厂液粘调速器和液力偶合器使用情况分析

　　戚墅堰发电有限公司670 t/h锅炉进行了回转式空预器的改造，降低了漏风率，送风机的裕度 增大。随着机组频繁调峰，低负荷时远小于额定负荷，风机容量更显得余量过大，采用进口挡板调节风量，节流损失非常大，风机电耗增大。为了降低风机电耗率，消除挡板调节上的电能损失，同时弥补送风机裕度较大的缺点，采用调速控制是一种最佳方法。1998年5～7月 12号机组大修时，作为省电力公司科技项目，在12号炉两台送风机上加装了液粘调速器。液粘调速器由南京南调金品机电有限公司生产，型号为NT－12B。在2000年4～5月11号炉大修中，两台送风机加装了上海交大附属工厂制造的YOTC-875B调速型液力偶合器。经过几年的运行，节能效果明显，带来了较大的经济效益和社会效益。但也暴露了一些问题。以下是对两种调速器的实际应用情况进行分析比较。

1风量的调节
　　送风机原设计风量调节是通过风机进口电动调节挡板来控制，出口手动风门于开足的位置。这种节流调节方法优点在于结构简单、操作容易，工作可靠。是用改变管道特性使工作点在Q-H特性曲线上滑动，降低风量是用增加阻力损失来换取的，因此由于调节中人为地增加管道系统阻力，多消耗了一部分功去克服风门的节流损失，这就大大地降低了离心机械的运行效率，故很不经济。
　　最佳的调节方式，应该是移动Q-H特性曲线和固定的管道特性曲线相交来适应新工况的要求，因此变转速调节是目前离心机械节能的最好方式。目前变速调节的方法很多，主要有电动机变频或滑差变速调节和液粘、液偶调速器的变速调节。因前一种成本投资较大，且在电厂大功率的设备使用较少，因而运用范围不广，液粘、液偶调速器现已普遍运用在各类泵与风机设备上。液粘、液偶调速器两种设备已分别在公司两台670 t/h锅炉的送风机上使用。 

2液粘调速器和液偶调速器的工作原理和工作特点
　　液体粘性传动基于牛顿内摩擦定律，液体粘性调速离合器在轴向有许多主动摩擦片和从动摩擦片之间的油膜用来传递动力。控制油系统提供压力油，通过改变油膜厚度进行调速。当主动轴转速一定时，如果油系统提供压力油流量小，则使油膜厚度大，传递转矩小，输出转速低；如果油系统提供压力油流量大，则使油膜厚度小，传递转矩大，负载转速高；如果流量最大，则使油膜厚度为零，并将主动盘和被动盘压紧成一体，输出转速等于电动机转速，为同步传动［1］。
　　调速型液力偶合器由泵轮、涡轮、转动外壳、导流管等组成。泵轮将电动机的机械能转变成工作油的动能和势能，而涡轮则将工作油的动能和势能又转变为输出轴的机械能，从而实现能量的柔性传递。只要改变导流管的位置，就能改变偶合器中工作油的充满度，就可以在原动机转速不变的条件下实现送风机的无级调速［2］。
　　液体粘性调速离合器与调速型液力偶合器的工作特性的比较见表1［1］，可以看出理论上液体粘性调速离合器优于调速型液力偶合器。

3液粘调速器运行状况
　　液粘调速器技术参数为：
　　型号： NT－12B，传动扭矩12 000 N·m，调整范围：30%～95%×额定输入转速，调整精度≤ 3%。控制油系统由两套控制油泵和两套润滑油泵组成，一套运行，另一套备用，油泵由各自电动机带动，配60 m2冷却面积的板式冷油器一台。
　　自1998年投入运行后，送风量调节基本能满足锅炉的燃烧调整要求，但由于该设备在电厂大功率辅机上是第一次使用，实际运行中出现了一些问题。下面对液粘调速器的问题和改进方案作一分析和介绍。
3.1电液比例溢流阀的问题和改进方案
　　送风机转速在液粘设计上有控制油压来调节，而控制油压与溢流阀的开度成反比。风机变速性能取决于溢流阀的性能，溢流阀的阀芯动作灵活，控制油压稳定，则液粘调速器性能越好。实际运用时，由于溢流阀本身制造、介质油杂质堵塞等原因，造成调节不灵活。通过多次改进仍未能取得满意效果。公司技术人员创造性地用变频器调节油泵电机，取消了电液比例溢流阀，用控制油泵转速的方法来调节油压，最终调节风机转速。实践证明，在用变频器调节油压后，风量调节响应时间、线性基本能满足运行调节要求。主要过程如下：在2001年2月在12号炉甲送风机上第一次进行了油泵的改造，但风机在转速850 r／min以上时晃动较大，晃动幅度达20～30 r／min，电流最高晃动幅度也达20 A。

　　2001年11月～12月12号机组甲乙送风机4台油泵均改用变频器调节（其中各有一台备用，隔离阀分开）。但工作泵和备用泵之间控制油压与变频器转速曲线不尽相同。为此，增装了一台手动调节溢流阀，当变频器调至50 Hz时，控制油压均调到1.5 MPa，这样可不影响自动调节性能，但在实际运行中，在转速范围的中间阶段，转速升降曲线仍不能一一对应，且有波动。在送风自动调节中，又串接了一级风机转速自动稳定控制回路。这样，控制就分两级，上一级控制风量，下一级稳定风机转速。如图1示。2001年12月底进行了动态实验，结果如表2和表3。
　　另外在运行中还发现12号炉甲乙送风机控制油泵转速从350～1 500 r／min，即风机转速从怠速到全速时间有差异，甲送为30 s，乙送为100 s，难以满足AGC自动调节的需要。并且在高负荷和低负荷时响应速度不一样。负荷高时（风机转速600 r／min以上）响应慢，造成机组在中、高负荷下运行、电网要求增加负荷时，由于风量增减响应慢，自动调节系统为满足热量信号要求而增加煤量；低负荷时（风机转速在600 r／min以下）风量响应快，特别是在电网要求减负荷时，由于风量减得快，一次风压（要求不小于1 200 Pa）不能保证。因此在高低负荷变化时，对炉膛负压波动的影响都很大。为此完善了二次风总风门的自动调节，在低负荷时通过调节二次风风量来确保一次风压，燃煤量控制加入风量控制，当煤量增减过多且风量未跟进时限制增减煤量。
3.2液粘调速器转子溢流孔问题
　　溢流孔的作用是控制油回流的通道，为保证控制油压，溢流孔直径只有Φ1 mm，乙送风机有一段时间出现油压晃动，经检查发现，溢流孔堵塞，原因是溢流孔加工时部分没钻透，当介质油中有很小的杂质时就会造成控制油压的波动。
3.3液粘调速器油温问题和解决措施
　　液粘调速器是依靠液力油内摩擦力传递功率，所以对其粘度有较高的要求。液粘调速器使用的介质油为6号液力油，根据制造厂要求，控制油温范围要求在30～35 ℃，实际可以使用范围在30～50 ℃，其中45 ℃报警，50 ℃跳机。在实际运行特别是在环境温度高于33 ℃时，乙送风机油温经常在47～48 ℃，油冷却器需在外壳专门淋水冷却，如果油温继续升高至跳机保护值时，送风机将被迫切至同步，风量仍改由风机入口挡板调节。具体原因有以下2条：①送风机周围环境温度较高，夏季高温季节一般达到33 ℃或更高；② 冷却水水质较差，为维持较好的换热效果，换热器需经常清洗，确保风机的连续运行。
3.4液粘调速器电流波动问题分析
　　随着机组DCS控制改造、送风机自动和机组AGC的投入，对液粘调速器调速响应和稳定性要求增大，但在实际使用时，乙送风机的电流有晃动现象，严重时影响自动投入。
3.4.1部件问题
　　乙送风机电流晃动，原来电流晃动幅度最大至10 A，2002年7月份，通过全面解体检查，更换密封件和其他一些有问题的部件后，电流晃动保持在7 A以下，对锅炉运行基本不构成影响。
3.4.2高负荷问题
　　当机组负荷在220 MW左右时，送风机转速在90%以上，风机电流开始剧烈晃动，晃动范围约为80～110 A,只能切至同步，送风调节改手动，这是液粘调速器固有的特性。据制造厂资料介绍，电流晃动范围一般在送风机转速为95%～100%时。液粘调速器零部件制造误差和工艺缺陷可能使电流晃动范围扩大。
3.4.3负荷变化速率问题
　　AGC投入和一次调频后，负荷变化速率增大，对风机电流晃动带来明显的影响，加大了电流的晃动。
3.5液粘调速器制造设计及工艺问题分析
　　2002年7月，即液粘调速器在大修周期后，通过解体检查，发现液粘调速器制造方面的一些问题，以下对一些主要问题作简单的分析。
3.5.1摩擦片与主动轴齿的材质和间距问题
　　液粘主动轴齿和齿套（鼓）的材料号45调制钢，摩擦片的材料为65Mn，后者硬度叫前者高，在液粘解体后发现，主动轴齿面有明显的压痕，达60～70 μm，齿套压痕也有30～40 μm左右，由于摩擦片与主动轴齿为滑动摩擦且动作频繁，摩擦片间距的调节幅度很小，压痕使滑动的阻力不均匀，滑动不连续，这是引起电流晃动的主要原因之一。
3.5.2机械加工精度问题
　　液粘调速器备品验收时发现：①油槽开孔不规则；②主动轴齿和齿套没有倒角，毛刺较多，运行中可能堵塞溢流孔；③齿面粗糙，粗糙度明显不够。这些机械加工精度问题都会影响液粘调速的稳定性。
3.5.3摩擦片的平行度问题
　　在液粘调速器中作为传递功率的主动摩擦片和被动摩擦片，其平行度是一个很重要的指标，但有关国家标准对此没有明确的要求，制造厂指定的标准局限于国内制造厂生产工艺水平，确定平行度<20 μm为合格，提高摩擦片的平行度对提高液粘调速性能较为重要。
3.5.4液粘调速器油质问题
　　在液粘调速器油质选用时，为适应更高的工作温度，应继续寻找更合适的油种。

4液偶调速器运行状况
　　液偶调速器的技术参数：
　　型号：YOTC-875B，额定工况转差率≤3%；调整范围：20%～97%×额定输入转速。装有两套供油泵同时供油，由泵轮轴上齿轮带动，不另设电动机带动，配60 m2冷却面积的板式冷油器一台。