電廠液粘調速器和液力偶合器使用情況分析

　　戚墅堰發電有限公司670 t/h鍋爐進行了回轉式空預器的改造，降低了漏風率，送風機的裕度 增大。隨著機組頻繁調峰，低負荷時遠小于額定負荷，風機容量更顯得余量過大，采用進口擋板調節風量，節流損失非常大，風機電耗增大。為了降低風機電耗率，消除擋板調節上的電能損失，同時彌補送風機裕度較大的缺點，采用調速控制是一種最佳方法。1998年5～7月 12號機組大修時，作為省電力公司科技項目，在12號爐兩臺送風機上加裝了液粘調速器。液粘調速器由南京南調金品機電有限公司生產，型號為NT－12B。在2000年4～5月11號爐大修中，兩臺送風機加裝了上海交大附屬工廠制造的YOTC-875B調速型液力偶合器。經過幾年的運行，節能效果明顯，帶來了較大的經濟效益和社會效益。但也暴露了一些問題。以下是對兩種調速器的實際應用情況進行分析比較。

1風量的調節
　　送風機原設計風量調節是通過風機進口電動調節擋板來控制，出口手動風門于開足的位置。這種節流調節方法優點在于結構簡單、操作容易，工作可靠。是用改變管道特性使工作點在Q-H特性曲線上滑動，降低風量是用增加阻力損失來換取的，因此由于調節中人為地增加管道系統阻力，多消耗了一部分功去克服風門的節流損失，這就大大地降低了離心機械的運行效率，故很不經濟。
　　最佳的調節方式，應該是移動Q-H特性曲線和固定的管道特性曲線相交來適應新工況的要求，因此變轉速調節是目前離心機械節能的最好方式。目前變速調節的方法很多，主要有電動機變頻或滑差變速調節和液粘、液偶調速器的變速調節。因前一種成本投資較大，且在電廠大功率的設備使用較少，因而運用范圍不廣，液粘、液偶調速器現已普遍運用在各類泵與風機設備上。液粘、液偶調速器兩種設備已分別在公司兩臺670 t/h鍋爐的送風機上使用。 

2液粘調速器和液偶調速器的工作原理和工作特點
　　液體粘性傳動基于牛頓內摩擦定律，液體粘性調速離合器在軸向有許多主動摩擦片和從動摩擦片之間的油膜用來傳遞動力。控制油系統提供壓力油，通過改變油膜厚度進行調速。當主動軸轉速一定時，如果油系統提供壓力油流量小，則使油膜厚度大，傳遞轉矩小，輸出轉速低；如果油系統提供壓力油流量大，則使油膜厚度小，傳遞轉矩大，負載轉速高；如果流量最大，則使油膜厚度為零，并將主動盤和被動盤壓緊成一體，輸出轉速等于電動機轉速，為同步傳動［1］。
　　調速型液力偶合器由泵輪、渦輪、轉動外殼、導流管等組成。泵輪將電動機的機械能轉變成工作油的動能和勢能，而渦輪則將工作油的動能和勢能又轉變為輸出軸的機械能，從而實現能量的柔性傳遞。只要改變導流管的位置，就能改變偶合器中工作油的充滿度，就可以在原動機轉速不變的條件下實現送風機的無級調速［2］。
　　液體粘性調速離合器與調速型液力偶合器的工作特性的比較見表1［1］，可以看出理論上液體粘性調速離合器優于調速型液力偶合器。

3液粘調速器運行狀況
　　液粘調速器技術參數為：
　　型號： NT－12B，傳動扭矩12 000 N·m，調整范圍：30%～95%×額定輸入轉速，調整精度≤ 3%。控制油系統由兩套控制油泵和兩套潤滑油泵組成，一套運行，另一套備用，油泵由各自電動機帶動，配60 m2冷卻面積的板式冷油器一臺。
　　自1998年投入運行后，送風量調節基本能滿足鍋爐的燃燒調整要求，但由于該設備在電廠大功率輔機上是第一次使用，實際運行中出現了一些問題。下面對液粘調速器的問題和改進方案作一分析和介紹。
3.1電液比例溢流閥的問題和改進方案
　　送風機轉速在液粘設計上有控制油壓來調節，而控制油壓與溢流閥的開度成反比。風機變速性能取決于溢流閥的性能，溢流閥的閥芯動作靈活，控制油壓穩定，則液粘調速器性能越好。實際運用時，由于溢流閥本身制造、介質油雜質堵塞等原因，造成調節不靈活。通過多次改進仍未能取得滿意效果。公司技術人員創造性地用變頻器調節油泵電機，取消了電液比例溢流閥，用控制油泵轉速的方法來調節油壓，最終調節風機轉速。實踐證明，在用變頻器調節油壓后，風量調節響應時間、線性基本能滿足運行調節要求。主要過程如下：在2001年2月在12號爐甲送風機上第一次進行了油泵的改造，但風機在轉速850 r／min以上時晃動較大，晃動幅度達20～30 r／min，電流最高晃動幅度也達20 A。

　　2001年11月～12月12號機組甲乙送風機4臺油泵均改用變頻器調節（其中各有一臺備用，隔離閥分開）。但工作泵和備用泵之間控制油壓與變頻器轉速曲線不盡相同。為此，增裝了一臺手動調節溢流閥，當變頻器調至50 Hz時，控制油壓均調到1.5 MPa，這樣可不影響自動調節性能，但在實際運行中，在轉速范圍的中間階段，轉速升降曲線仍不能一一對應，且有波動。在送風自動調節中，又串接了一級風機轉速自動穩定控制回路。這樣，控制就分兩級，上一級控制風量，下一級穩定風機轉速。如圖1示。2001年12月底進行了動態實驗，結果如表2和表3。
　　另外在運行中還發現12號爐甲乙送風機控制油泵轉速從350～1 500 r／min，即風機轉速從怠速到全速時間有差異，甲送為30 s，乙送為100 s，難以滿足AGC自動調節的需要。并且在高負荷和低負荷時響應速度不一樣。負荷高時（風機轉速600 r／min以上）響應慢，造成機組在中、高負荷下運行、電網要求增加負荷時，由于風量增減響應慢，自動調節系統為滿足熱量信號要求而增加煤量；低負荷時（風機轉速在600 r／min以下）風量響應快，特別是在電網要求減負荷時，由于風量減得快，一次風壓（要求不小于1 200 Pa）不能保證。因此在高低負荷變化時，對爐膛負壓波動的影響都很大。為此完善了二次風總風門的自動調節，在低負荷時通過調節二次風風量來確保一次風壓，燃煤量控制加入風量控制，當煤量增減過多且風量未跟進時限制增減煤量。
3.2液粘調速器轉子溢流孔問題
　　溢流孔的作用是控制油回流的通道，為保證控制油壓，溢流孔直徑只有Φ1 mm，乙送風機有一段時間出現油壓晃動，經檢查發現，溢流孔堵塞，原因是溢流孔加工時部分沒鉆透，當介質油中有很小的雜質時就會造成控制油壓的波動。
3.3液粘調速器油溫問題和解決措施
　　液粘調速器是依靠液力油內摩擦力傳遞功率，所以對其粘度有較高的要求。液粘調速器使用的介質油為6號液力油，根據制造廠要求，控制油溫范圍要求在30～35 ℃，實際可以使用范圍在30～50 ℃，其中45 ℃報警，50 ℃跳機。在實際運行特別是在環境溫度高于33 ℃時，乙送風機油溫經常在47～48 ℃，油冷卻器需在外殼專門淋水冷卻，如果油溫繼續升高至跳機保護值時，送風機將被迫切至同步，風量仍改由風機入口擋板調節。具體原因有以下2條：①送風機周圍環境溫度較高，夏季高溫季節一般達到33 ℃或更高；② 冷卻水水質較差，為維持較好的換熱效果，換熱器需經常清洗，確保風機的連續運行。
3.4液粘調速器電流波動問題分析
　　隨著機組DCS控制改造、送風機自動和機組AGC的投入，對液粘調速器調速響應和穩定性要求增大，但在實際使用時，乙送風機的電流有晃動現象，嚴重時影響自動投入。
3.4.1部件問題
　　乙送風機電流晃動，原來電流晃動幅度最大至10 A，2002年7月份，通過全面解體檢查，更換密封件和其他一些有問題的部件后，電流晃動保持在7 A以下，對鍋爐運行基本不構成影響。
3.4.2高負荷問題
　　當機組負荷在220 MW左右時，送風機轉速在90%以上，風機電流開始劇烈晃動，晃動范圍約為80～110 A,只能切至同步，送風調節改手動，這是液粘調速器固有的特性。據制造廠資料介紹，電流晃動范圍一般在送風機轉速為95%～100%時。液粘調速器零部件制造誤差和工藝缺陷可能使電流晃動范圍擴大。
3.4.3負荷變化速率問題
　　AGC投入和一次調頻后，負荷變化速率增大，對風機電流晃動帶來明顯的影響，加大了電流的晃動。
3.5液粘調速器制造設計及工藝問題分析
　　2002年7月，即液粘調速器在大修周期后，通過解體檢查，發現液粘調速器制造方面的一些問題，以下對一些主要問題作簡單的分析。
3.5.1摩擦片與主動軸齒的材質和間距問題
　　液粘主動軸齒和齒套（鼓）的材料號45調制鋼，摩擦片的材料為65Mn，后者硬度叫前者高，在液粘解體后發現，主動軸齒面有明顯的壓痕，達60～70 μm，齒套壓痕也有30～40 μm左右，由于摩擦片與主動軸齒為滑動摩擦且動作頻繁，摩擦片間距的調節幅度很小，壓痕使滑動的阻力不均勻，滑動不連續，這是引起電流晃動的主要原因之一。
3.5.2機械加工精度問題
　　液粘調速器備品驗收時發現：①油槽開孔不規則；②主動軸齒和齒套沒有倒角，毛刺較多，運行中可能堵塞溢流孔；③齒面粗糙，粗糙度明顯不夠。這些機械加工精度問題都會影響液粘調速的穩定性。
3.5.3摩擦片的平行度問題
　　在液粘調速器中作為傳遞功率的主動摩擦片和被動摩擦片，其平行度是一個很重要的指標，但有關國家標準對此沒有明確的要求，制造廠指定的標準局限于國內制造廠生產工藝水平，確定平行度<20 μm為合格，提高摩擦片的平行度對提高液粘調速性能較為重要。
3.5.4液粘調速器油質問題
　　在液粘調速器油質選用時，為適應更高的工作溫度，應繼續尋找更合適的油種。

4液偶調速器運行狀況
　　液偶調速器的技術參數：
　　型號：YOTC-875B，額定工況轉差率≤3%；調整范圍：20%～97%×額定輸入轉速。裝有兩套供油泵同時供油，由泵輪軸上齒輪帶動，不另設電動機帶動，配60 m2冷卻面積的板式冷油器一臺。