《液力变扭器》PPT课件.ppt

1、液力变扭器联接启动机和燃气轮机的装置,液力变扭器用“软性”的液力方式联接启动机与燃气轮机转子，启动机借助液力变扭器传递扭矩给燃气轮机主轴。 液力变扭器允许启动机与燃机间有不同的转速。二者间转速差越大，所传递的扭矩就越大。,启动机转速与输出功率之关系,转轴传递扭矩的分析 转轴扭矩计算式： M1=Ne/ 式中：M1启动机输出扭矩； Ne启动机输出功率； 启动机角速度。 由公式可见，功率不变，转速低输出扭矩大；转速高，输出扭矩小。该特性适合作为负载的燃气轮机转子的启动特性要求。,（A）,液力变扭器（续）,为什麽加装液力变扭器？ 为什么不将启动柴油机的输出轴直接和燃气轮机主轴相联的启动离合器联接，而非

2、要在两者之间增设一个液力变扭器呢？,液力变扭器（续）,理由： 1、这是因为在机组的启动过程中，启动机的工作特性并不能与燃气轮机的启动特性直接相匹配的缘故。 2、在燃气轮机启动的瞬间，机组尚处于静止状态，如使燃气轮机的转子从开始旋转并加速上去，就一定需要从外界输入一个很大的启动扭矩Mn*。它需要变扭器提供。,液力变扭器（续）,图94给出了在机组的启动过程中，机组需从外界接受的启动扭矩随转速变化的关系曲线。 可见，燃机负载特性要求启动机转速低时，扭矩大，用以克服燃机巨大的静态扭矩，二者的负载启动特性良好地匹配起来。,启动扭矩与转速关系,扭矩特性,启动扭矩与转速关系分析,如选择柴油机作为启动机，柴油

3、机的工作特性并不能保证柴油机在启动瞬间就能发出很大的扭矩。因柴油机所能发出的功率（或扭矩）与单位时间内吸入到气缸中去的空气量有密切关系。 只有柴油机本身被启动起来并增速到一定转速后，才能向它增加喷油量，进而使柴油机的转速和功率（或扭矩）递增上去。,启动扭矩与转速关系分析,假如将启动柴油机的输出轴与机组的主轴直接相联，两者始终有相同的转速，那么启动机本身就无法启动，更不可能用它带动燃气轮机加速了。 因此，在机组的启动过程中，为了使柴油机本身能够先被启动并加速上去，就不能把启动柴油机的输出轴与和燃气轮轴相连接的传动轴直接相联，必须在这两根轴之间加装一个液力变扭器。,液力变扭器的作用,液力变扭器为机

4、组的启动解决以下两个问题： 在机组刚启动时，使柴油机的输出轴与机组的主轴脱离传动关系，保证柴油机能够首先单独启动起来； 当柴油机启动成功并加速到相当高的转速时，柴油机能通过液力变扭器以较大的扭矩传送给燃机主轴，使燃气轮机启动并加速上去。 为什麽液力变扭器能够实现上述功能哪？,液力变扭器结构示意,液力变扭器结构图 0,液力变扭器图1,液力变扭器图2,液力变扭器的结构,液力变扭器由三个装有若干叶片的工作叶轮组成： 作旋转运动的泵轮2和涡轮4，以及固定不能旋转的导向轮5。泵轮与液力变扭器的外壳连成一体，并用柴油机的输出轴来驱动。涡轮是通过从动轴3以及启动离合器，与辅助齿轮箱中机组主轴的传动轴1相联的

5、。导向轮固定在不动的套筒上。 液力变扭器装配成套后，泵轮、涡轮和导向轮互相配合在一起，共同组成一个环形内腔，工作时透平润滑油充满其中，作为传扭的工作液体。,液力变扭器工作原理,液力变扭器正常工作时，充满内腔的滑油将沿着前图98所示的箭头方向作循环运动。通过这种流动，可把启动启动机发出的扭矩，由泵轮传递给涡轮。 由于泵轮实质上就是一台离心式油泵。当它接受了由启动柴油机传来的外功后，就能够使工作液体在泵轮中增压，随后把高压液流输送给位于其后的径流式涡轮，去推动它作旋转运动。,液力变扭器工作原理,在机组刚开始启动时，液力变扭器中环形内腔的工作液体已完全排尽，那么，当启动机带着泵轮旋转时，燃气轮机的主

6、轴将仍然处于静止不动。这样，就可以保证机组在刚开始启动时，使启动机的输出轴与机组的主轴脱离传动关系。工作液体逐渐注入变扭器环形内腔。 因而，启动机本身很容易启动起来并加速上去。,液力变扭器工作原理,启动机的升速过程中，使用被启动机直接驱动的注液泵，把工作液体逐渐注入到液力变扭器的环形内腔中去。由于工作液体充满了环形内腔，并在其中作连续的循环流动，就可以通过泵轮把启动机发出的扭矩，经放大传递给涡轮。,液力变扭器工作原理,当涡轮被高压液流冲击而刚开始旋转时，作用在涡轮从动轴上的扭矩Mn*将最大。此后假如使启动机的功率和转速保持恒定不变，那么，随着燃气轮机主轴转速的不断升高，作用在从动轴上的扭矩就会

7、按图9-4中曲线Mn所示的规律逐渐减小，以适应燃气轮机启动特性的需要。,液力变扭器扭矩特性解释,为什么液力变扭器具有上述变换扭矩大小的特性呢？ 我们从它的工作原理上来进行分析。图9-6和图9-7给出了液力变扭器中三个工作叶轮的展开示意图和工作原理图。,液力变扭器图示,油泵出口油流速,工作叶轮展开示意图,工作叶轮展开示意图的制取方法是： 假想地沿着环形内腔的外侧圆周轮廓线，把每个工作叶轮上用来安装叶片的曲面外壳板，向同一个方向展开成平面，这样，原先在环形内腔中互相循环衔接的泵轮4、涡轮3和导向轮5，就可以被展开成为三个彼此顺序排列的环形平面，如图10-6所示。,液力变扭器工作的动力学原理,在燃气

8、轮机的主轴还没有旋转之前，已把启动机单独启动起来了，而且在比较短的时间内，使其转速升高到额定转速附近。 在此过程中，将工作液体逐渐注入液力变扭器的环形内腔，使液力变扭器开始工作。离心式泵轮可以使高压的工作液体以一定的绝对速度C1，冲向装在涡轮轮盘上的叶列，参见图9-7。,液力变扭器工作的动力学原理,当启动柴油机的功率和转速维持不变时，绝对速度C1的大小和方向也应该恒定不变。此后，这股工作液体将以相对速度W2流出涡轮，也就是以绝对速度W2流出涡轮，然后进入导向轮。 从叶轮机械原理的欧拉方程可知，工作液体在涡轮中产生的功率是： N = G（C1uu1- C2uu2）= G（C1ur1- C2ur2

9、） （10-1）,液力变扭器工作的动力学原理,根据功率（ N）等于扭矩与角速度的乘积 N= Mn （10-2） 综合以上两式得到，当工作液体的速度在涡轮中发生变化时，在从动轴上产生的扭矩是 Mn = G（C1ur1- C2uCr2） （10-3） 上面三个公式中各量的物理意义如下：,公式中的各物理量含义,G 单位时间内流过涡轮的工作液体的质量； C1u工作液体流进涡轮时所具有的绝对速度C1在圆周速 度u1方向上的分量； u1 涡轮叶片进口平均半径处的圆周速度； r1 涡轮叶片进口处的平均半径； C2u工作液体流出涡轮时所具有的绝对速度C2在圆周速 度u2方向上的分量； u2 涡轮叶片出口平均半

10、径处的圆周速度； r2 涡轮叶片出口处的平均半径； P 工作液体在涡轮中产生的功率； Mn 工作液体在从动轴上产生的扭矩； 燃气轮机转子的角速度。,公式解释,从图9-7上不难发现：在绝对速度C1恒定不变的情况下，工作液体流出涡轮时所具有的C2的大小和方向，将会由于涡轮转速的变化而不断地改变。很明显，当涡轮即将开始旋转时，也就是当燃气轮机的转子刚要启动旋转的瞬间，C2应等于W2,由于C1u的方向与W2u的方向彼此相反，因而，当时作用在从动轴上的扭矩应等于 Mn* = G( C1ur1 + W2ur2 ) (10-4),公式解释,当涡轮开始旋转后，由于圆周速度u2逐渐增大，这就会使工作流体流出涡轮

11、时所具有的绝对速度C2，逐渐从W2的位置开始朝着C2的位置过渡。当涡轮的转速越高（即u2越大）时，C2偏离W2的方向越厉害。这正意味着：在绝对速度C1保持恒定不变的情况下（当然C1u也就恒定不变了），随着涡轮转速的升高，式（10-3）中的C2u值将从“-W2u”开始逐渐变化到零，最后将由于C2u与C1u同方向，而变为“+ C2 ”。,公式解释,当启动柴油机的功率和转速（也就是工作液体流进涡轮时的绝对速度C1）保持恒定不变时，由于关系式（10-3）中的G 、C1u 、r1 和r2都是常数项，因而作用在从动轴上的扭矩Mn的大小就应该只取决于C2u值的大小和方向。 当从动的燃机主轴尚未开始旋转时，由

12、于C2u = W2u ，其方向又与C1u相反，此时，由启动柴油机传递给燃气轮机主轴的启动扭矩将最大。此后，随着机组转速的升高，由于C2u值减小或转变方向，就会使作用在燃气轮机主轴上的扭矩越来越小。,分析速度三角形矢量关系,1）0，油透平未转动。C2u=W2u,，且反向。油透 平的输出扭矩最大，满足冲转需要； 2）对具体的透平，出口相对速度为常数，随转速上 升C2u减小，油透平扭矩减小； 3）随转速上升，C2u由负值增加到零； 4）转速再上升，C2u与C2u同向，差值变小； 5）直到某一转速，差值为零，输出扭矩为零； 可见，上述过程符合主机扭矩起动要求。,液力变扭器原理小结,以上就是为什么在启动机的输出轴与燃气轮机的主轴之间必须加装液力变扭器的根本原因。 当用柴油机或交流电动机作为启动机时，在它们和燃气轮机主轴之间加装液力变扭器，也能达到上述获得匹配的启动扭矩特性的目的。,液力变扭器工作过程描述,液力变扭器环形内腔中的工作液体（润滑油）由启动机驱动的注液泵直接从机组的主润滑油箱中抽取。 启动过程注液泵的转速低时，抽吸滑油的能力不够，因而首先必须依靠机组滑油系统中的事故滑油泵或辅助滑油泵，为液力变扭器中转动部件润滑提供少量的润