用于工业泵的流体动力驱动器

电力和电力是现代生活的重要组成部分，对世界经济也很重要。全球能源趋势显示出对智能技术解决方案的需求，这些解决方案必须提供尽可能高的可靠性，并抵御所有即将到来的危险。必须严格遵守这些行业标准的要求，以确保安全操作。现代经济范式还要求最大限度地提高运营效率。

旋转设备，特别是工业泵，无论在可靠性还是效率方面都是最关键的设备。BETVICTOR体育官网工业泵的正确选择对整个过程都很重要。现代工业泵还必须确保在各种操作制度下BETVICTOR体育官网的高效率，不仅扬程和容量在变化，而且流体数据，如比重和粘度也在变化。泵调节通常用于满足这一要求。

本文介绍了不同的泵调节方式及其亮点，并展示了各种应用的总拥有成本。在本文中，用户将了解到流体偶合器的调速和应用，特别是如何帮助提高整个操作过程的可靠性和效率。

不同的泵控制方法

图1显示了泵的三种主要控制方法:节流、使用流体联轴器和电动变频驱动器(VFD)。

在节气门控制的情况下，泵是通过固定速度的电动机直接驱动的，电动机通过联轴器(通常是间隔式)与泵刚性连接。然后通过安装在泵排泄管道上的节流阀来控制泵的扬程和容量。节流阀的高度磨损和效率的巨大下降使这种控制方法的应用受到限制，通常只在需要较窄的控制范围时使用。

这两种方法，通过流体耦合或VFD，使用速度控制。在VFD应用的情况下，泵和电机(通常通过间隔式联轴器耦合)以VFD给定的相同速度旋转。在流体偶合器选项中，使用标准定速电机，速度控制通过流体偶合器完成。因此，VFD和流体耦合应用需要不同的电机。在VFD控制的情况下，电机必须配备绝缘轴承以及与定速电机相比具有更高使用系数的VFD适用电机。这可能会导致更大的电机机架尺寸和额外的相关成本。流体联轴器的应用允许使用标准定速电机，这在价格和可靠性方面是一个额外的好处。

流体耦合的概念采用了通过两个叶轮之间的流体循环来传递扭矩的原理。机械能从驱动器通过泵轮转化为动能，从而转化为流体(油)的能量，并从那里再次转换回机械能在涡轮轮。汽轮的速度可以通过改变循环油的量来改变(使用勺管或勺管，这样的机器被称为流体联轴器)，或通过使用可调叶片(这样的机器被称为液力变矩器)。

由于驱动器和被驱动机器之间没有直接的金属接触(油作为传递扭矩的介质)，这种类型的扭矩传递不典型磨损。

流体联轴器的设计及主要部件如图2所示。油流通过油冷却器通过油泵循环，油泵由驱动器的轴通过齿轮驱动。油流被送入泵轮，泵轮与传动轴刚性耦合，在那里加速并排出到涡轮轮，涡轮轮与从动机器(泵)的轴刚性耦合。

改变勺管的位置改变了对动力传输过程有贡献的油量。其结果是:流体联轴器中的油越多，泵的输出速度就越快，反之亦然。在泵轮和涡轮轮毂之间始终有2%左右的最小滑移来传递能量。图3显示了耦合如何根据铲斗管位置沿特性曲线执行。典型的转速控制范围是通过液力偶合器控制电机转速的20% ~ 98%。

流体联轴器的另一个特点是它也能作为润滑油系统工作，如果泵和/或电机使用套筒轴承工作，这是必需的。因此，不需要单独的润滑油系统。

用VFD选项结束总体概述，应该指出的是，有许多组件为项目布局增加了实质性的复杂性的复杂技术。典型的4兆瓦(MW) 6千伏(kV) VFD包括一个变压器部分，几个电网部分，一个控制部分，与流体偶合器相比，需要相当大的空间:大约6000毫米(mm)宽，1500毫米深，3000毫米高。

比较不同控制方法的经济指标

在本文中，考虑以下三个主要经济标准的例子和比较:资本支出(capex)，能源节约和维护成本。具体应用如下:

• 联合循环发电厂的锅炉给水泵
• 网络电压:6kv
• 电机额定功率:4mw
• 4个工作点:泵每年运行8个月的标称工作点(泵扬BETVICTOR体育官网程2030米[m]，容量580立方米[m]^3./h])和每年四个月的其他三个点(减速速度:额定泵速的95%、90%和85%)
• 泵和电机采用套筒轴承
• 能源价格为每千瓦每小时0.10欧元，年通货膨胀率为1.5%

三种控制方案的资本支出划分如图4所示，如下所示:

直驱泵机组需要一个节流阀，该节流阀是液压系统的一部分，本研究未考虑;然而，在设计整个液压系统时也应注意这一点。

BETVICTOR体育官网所有三个泵单元的泵都是相同的:用于流体偶合器的泵可以具有较大的叶轮直径，以补偿流体偶合器的滑移。通常，这只是一个不同的叶轮修剪，这不会引起成本的变化。

直接驱动和流体耦合选项使用固定速度电机，而VFD选项使用适用于VFD的特殊电机(带有隔离轴承)。这种特殊电机执行的成本增加通常是固定速度电机价格的+5%。

直接驱动和VFD驱动泵单元使用相同的底板;由于流体偶合器直接安装在泵和电机之间的底座上，因此流体偶合器的底座通常要长一些。然而，如果需要一个润滑油系统，并应安装在底板上，所有三个选项的占地面积几乎相等。

流体联轴器选项需要两个连接联轴器每个单元，而直接驱动和VFD选项只需要一个每个单元;然而，对于这三种选择，连接耦合的成本几乎可以忽略不计。

与流体联轴器的成本相比，VFD本身的成本更昂贵;vfd还需要带有辅助设备的机柜(HVAC系统);根据项目的不同，可能需要一个单独的合适的洁净室——这可能会导致建设成本，这在当前的研究中没有考虑到，但必须在电厂设计阶段观察到。

与直接驱动泵机组相比，带流体联轴器的泵机组的总资本支出高出41%;VFD驱动泵机组的资本支出是直接驱动泵机组的两倍。

考虑到节流阀的可靠性和维护成本两种调速方案，该流体偶合器是机械件设备。这是一台以油为工作介质的离心机器，每年几乎不需要维护。大修通常每八年一次。另一方面，VFD通常需要更多的备件，并且每年工作一次。此外，生命周期中的重大检修也更频繁地执行。图5显示了两种变速驱动器(VSDs):流体偶合器和变频器30年的维护成本动态。数据基于市场专业知识和运营商反馈。

泵每年运行8个月在额定点，其他4个月在减少容量。图6显示了这些工作点的泵曲线和相关的泵功率消耗。

系统曲线(S1, S2, S3, S4)与泵扬程-容量曲线(H-Q)的相互作用形成了泵的工作点。作用点1为公称泵作用点，泵大部分时间在此工作。这里的泵H-Q曲线额定为名义电机转速，在直接驱动的情况下等于泵转速。在使用液力偶合器的情况下，泵速等于液力偶合器输出轴转速，由于液力偶合器的滑移，输出轴转速略低于电机转速。

为了保持相同的扬程和容量值，泵制造商使用不同的叶轮尺寸(更大的直径)，这通常不会引起价格的任何变化。因此，对于所有三个控制选项，泵仍然正常工作在工作点1。通过关闭泵排出管路上的节流阀，液压系统曲线变陡，到达点2,3,4。在转速控制的情况下，泵曲线根据亲和定律向下移动，达到工作点2,3,4。亲和定律还允许绘制泵消耗功率曲线。由于泵所消耗的功率变化为泵转速的三倍，说明转速控制所达到的所有作用点比节流所需的功率都要小。

图7显示了节流的节能效果。该图表考虑了运行场景，分析了电机消耗的功率和效率，并详细介绍了vfd上的流体耦合，包括集成变压器及其辅助设备。这两种选择都可以在30年的使用寿命中节省节流阀。

总结了三个主要的经济方面(资本支出、维护成本和节能)，表明这两种速度控制方法不仅提供了所需的运行模式，而且还节省了资金。

在全球范围内的许多安装和多年的运行证明，流体偶合器是一种可靠、可靠且具有成本效益的泵控制解决方案，不仅适用于电力市场，还适用于石油和天然气行业的许多应用。

进一步发展齿轮变速齿轮采用行星齿轮和分离动力传动原理。这种驱动器由一个变矩器和一个行星齿轮组成，它们都安装在同一个壳体内。大约75%的动力通过行星齿轮传动，其余25%通过液力变矩器传动。改变引导叶片的位置(绿色所示)调整行星载体的速度和旋转方向，从而调节太阳齿轮的速度。太阳齿轮是刚性连接到输出轴，旋转驱动机器。

调节泵速有不同的方式;每一种的选择都是由每个项目的具体任务和运行条件决定的。流体联轴器和齿轮传动变频器的可靠性和耐久性以及高效率，使它们成为调节工业泵的良好解决方案。BETVICTOR体育官网