液力耦合器的工作原理

这种液力耦合器，在高速传动比时，侧辅腔存油很少，因而传动力矩较大；而在低传动比时，侧辅腔存油较多，使特性曲线较为平坦，能较好地满足工作机械的要求。但需指出的是，由于液体出入侧辅腔跟随负载变化而反应速度慢，所以不适于负载突变和频繁启动、制动的工作机械。因为这种液力耦合器多用于车辆的传动中，所以也称为牵引型液力耦合器。

（2）动压泄液式液力耦合器

动压泄液式液力耦合器能够克服静压泄液式液力耦合器在突然过载时难以起到过载保护作用的缺点。下图是动压泄液式液力耦合器的结构图。

一，液力耦合器简介

液力耦合器是以液体为工作介质的一种非刚性联轴器，又称液力联轴器。是一种用来将动力源(通常是发动机或电机)与工作机连接起来传递旋转动力的机械装置。

二，分类

液力耦合器按其应用特性可分为三种基本类型，即普通型、限矩型、调速型及两个派生类型：液力耦合器传动装置与液力减速器。

三，结构与原理

液力耦合器结构形式比较多，不同的液力耦合器在结构与原理上略有不同，但是其基本原理是相同的，都是通过泵轮将机械能转化为液体的动能，再由流动的液体冲击涡轮，实现液体动能向机械能的转化，向外输出动力，如图2所示。下面分别介绍普通型、限矩型、调速型液力耦合器的典型结构与原理。

四，普通型液力耦合器

普通型液力耦合器是简单的一种液力耦合器，它是由泵轮1、涡轮2、外壳皮带轮3等主要元件构成，如下图所示。它的工作腔体容积大、效率高（高效率达0.96～0.98），传动力矩可达6倍～7倍的额定力矩。但因过载系数大，过载保护性能很差，所以一般用于隔离振动、缓减启动冲击或做离合器用。

五，限矩型液力耦合器

常见的限矩型液力耦合器有静压泄液式、动压泄液式和复合泄液式三种基本结构。前两种在建设机械中用得较为广泛。

（1）静压泄液式液力耦合器

下图是静压泄液式液力耦合器结构图。为了减小液力耦合器的过载系数，提高过载保护性能，在高传动比时有较高的力矩系数和效率，因此，在结构上与普通型液力耦合器有所不同。它的主要特点是泵轮2、涡轮3对称布置，并且有挡板5和侧辅腔4。挡板装在涡轮出口处，起导流和节流作用。这种液力耦合器是在部分充液条件下工作的。

这种液力耦合器，在高速传动比时，侧辅腔存油很少，因而传动力矩较大；而在低传动比时，侧辅腔存油较多，使特性曲线较为平坦，能较好地满足工作机械的要求。但需指出的是，由于液体出入侧辅腔跟随负载变化而反应速度慢，所以不适于负载突变和频繁启动、制动的工作机械。因为这种液力耦合器多用于车辆的传动中，所以也称为牵引型液力耦合器。

（2）动压泄液式液力耦合器

动压泄液式液力耦合器能够克服静压泄液式液力耦合器在突然过载时难以起到过载保护作用的缺点。下图是动压泄液式液力耦合器的结构图。

上图中，输入轴套1通过弹性联轴器及后辅腔外壳9而与泵轮4连接在一起，涡轮7用输出轴套8与减速器或工作机械相连起来，易熔塞6起过热保护作用。这种液力耦合器有前辅腔2和后辅腔3，前辅腔是泵轮、涡轮中心部位的无叶片空腔；后辅腔是由泵轮外壁与后辅腔外壳9所构成。前后辅腔有小孔相通，后辅腔有小孔与泵轮相通，前后辅腔与泵轮一起转动。

后辅腔的另一作用是“延充”，延充作用可改善启动性，当发动机开始启动时（涡轮还没有转动），工作腔液体呈大循环，使液体充满前辅腔后又经小孔f进入后辅腔。由于工作腔充液量很少，力矩很小，因而发动机可轻载启动。随着发动机转速（也即泵轮转速）的升高，后辅腔内的液体因形成的油环压力增加而沿小孔进人工作腔，又使工作腔的充液量增加，这就是“延充”。由于延缓充液作用，涡轮力矩增加，力矩达到启动力矩后，涡轮开始转动。

五，调速型液力耦合器

调速型液力耦合器主要由泵轮、涡轮、勺管室等组成，如下图所示。当主动轴带动泵轮旋转时，在泵轮内叶片及腔的共同作用下，工作油将获得能量并在惯性离心力的作用下，被送到泵轮的外圆周侧，形成高速油流，泵轮外圆周侧的高速油流又以径向相对速度与泵轮出口的圆周速度组成合速度，冲入涡轮的进口径向流道，并沿着涡轮的径向流道通过油流动量矩的变化而推动涡轮旋转，油流至涡轮出口处又以其径向相对速度与涡轮出口处的圆周速度组成合速度，流入泵轮的径向流道，并在泵轮中重新获得能量。如此周而复始的重复，形成工作油在泵轮和涡轮中的循环流动圆。由此可见，泵轮把输入的机械功转换为油的动能，而涡轮则把油的动能转换成为输出的机械功，从而实现动力的传递。

      调速型液力耦合器的无级变速是通过改变勺管的位置而改变循环圆中的工作油量实现的。当勺管插入液耦腔室的最深处时，循环圆中油量最小，泵轮和涡轮转速偏差大，输出转速低;当勺管插入液耦腔室的最浅处时，循环圆中油量最大，泵轮和涡轮转速偏差小，输出转速最大。

     调速型液力耦合器的泵轮和涡轮转速存在着一定的差值，这被称之为速度滑差。由粘性流体性质可知，耦合器滑差损失和轴承摩擦损失将生成大量的热，并被耦合器工作油吸收。耦合器滑差越大，转机功率越大，产生的热量越大。为了使耦合器油温不超过规定值，必须利用油循环系统把高温油带出，经过冷油器冷却后回到耦合器内，从而保证了液力耦合器内热量的平衡。不同的液力耦合器的油冷却方式是不同的，这也是液力耦合器在应用过程中一个比较重要的问题。

四，液力耦合器的局限性

液力耦合器出现的时间最早，属于损耗功率控制型(机械)调速。但是随着技术的进步，液力耦合器逐渐显现了以下的局限性:

1、液力耦合器是由电机的机械轴输出端与液力耦合器的机械轴连接;由液力耦合器改变速度通过液力耦合的输出端与风机的机械轴连接。风机与电机的距离较远，效率很差。需提供较大的安装空间，基础复杂。

2、由于液力耦合器的两端出轴为两个半轴，径向跳动大，在短时间内就会造成设备漏油。这样必然会导致机械轴及轴承干磨。因而，故障率较高。

3、液力耦合器属于一种机械调速设备。液力耦合器的原理决定了液力耦合器有8-10%的速度损失。同时功率损失变为热量，使液压油温过高。需要大量冷却水冷却液压油。

4、在实际运行中油温高于95℃以上，使冷却器的水易结垢堵塞，造成故障。

5、由于液力耦合器是用液压油传递功率，因此速度控制不稳定、功率因数低、调速精度差。

6、当液力耦合器故障时，设备只能停止运行。严重影响生产。

7、液力耦合器整机效率低，调速本身的损耗大、维护量大、二次成本过高。

8、液力耦合器属于损耗功率控制性的调速设备，根据国家落实节能节排的政策，液力耦合器已经不是推广使用的产品，从生产的安全性及运行的成本角度分析，液力耦合器已经不适合市场使用，必将被其他的电磁控制功率型的高效节能调速装置所代替。

五，液力耦合器在火力发电厂中的运用

     液力耦合器主要用于电厂中需要调速的设备上，如锅炉给水泵，一次风机及引风机等设备上。

六，给水泵液力耦合器的工作原理

   液力耦合器将主动端的人字形齿轮与变速的液力涡轮结合在一起。箱体为铸铁、中分结构，油密封的外壳下部带有一焊接法兰，箱体内部布置有输入齿轮、油泵装置、铸铁勺管套和旋转部件。迷宫式密封装在输入轴及输出轴上。轴承及齿轮有自己的润滑油循环。
主动轮和从动轮用特殊铸钢制成，经过淬火热处理的钢制成齿轮的毂，齿缘及齿轮经过硬化处理，输入主动、从动轴由高质量的钢制成。
主油泵驱动润滑油从泵端的输入轴到油箱到从动轮然后到冷油器和双筒滤网形成一个回路。
   工作油靠勺管调节，通过工作油冷却器在动态的压力下到涡轮。
在给水泵组启动之前，启动辅助润滑油泵进行预润滑。如果润滑油系统或机械驱动油泵失灵，在运行过程中辅助润滑油泵靠压力开关打开。
液力偶合器以液体为介质传递功率，液力偶合器相当于离心泵和涡轮机的组合，当动力机通过输入轴带动泵轮转动时，充注在工作腔中的工作液体在离心力作用下，沿泵轮叶片流道向外缘流动，使液体的动量矩增大。当工作液体由泵轮冲向对面的涡轮时，工作液体便沿涡轮叶片流道做向心流动，同时释放能量并将其转化为机械能，驱动涡轮旋转并带动工作机做功。靠着液体的传动使动力机和工作机柔性地联接在一起。
   改变液力偶合器工作腔的充满度，便可以调节输出力矩和输出转速，充满度升高则输出转速升高，反之则降低，并可实现无级调速。‍