水介质液力偶合器试验分析

水介质液力偶合器是以水或难燃液体作工作介质的液力偶合器。它的结构与油介质的偶合器不一样，主要区别在于：油介质液力偶合器可以用工作介质作润滑轴承，而水介质则不能。水介质偶合器的轴承要前后密封，轴承的润滑依靠润滑脂来润滑，而且工作腔内与水接触的钢制零件都要作防腐蚀处理。由于其工作介质是水或难燃液，在运转输出力矩过程中水温会升高，产生气体，气体升温积聚太多会形成气压而发生爆炸。因此，在设计时除有易熔塞作过载保护外，还装有能承受1.4±0.2MPa压力的防爆塞作保护。在制造工艺上对壳体的承压强度也有要求，所以，水介质液力偶合器的相关试验也是与油介质偶合器有区别的。

我国是一个产煤大国，煤矿的开采离不开现代的设备，在煤矿中，刮板输送机、碎煤机、胶带输送机、水泵、风机等设备都应用了液力偶合器。由于煤矿井下采煤时会产生大量的瓦斯，通过鼓风机和排风可把瓦斯排出，但亦不可能做到彻底，如果用油介质的偶合器，一旦过载升温喷液时，油液与瓦斯相遇，便会发生爆炸，是很危险的。为此，我国煤炭行业在1995年开始，就把煤矿设备用的油介质偶合器改为水介质偶合器。也就是从此时开始，水介质液力偶合器的设计、制造工艺，技术规范，试验，安全认证等就已有规范，必须严格遵守。

1.水介质限矩型液力偶合器试验

本节内容摘自MT/T 100—1995。

（1）检验种类

1）型式检验。

2）出厂检验。

（2）型式检验

凡属下列情况之一者应进行型式检验。

1）试制的新产品（包括老产品转厂）。

2）改变产品的设计、工艺、材料影响到产品性能时。

3）停产二年后，再次恢复生产时。

4）成批大量生产的产品按型式检验项目每五年抽检一次。

5）用户和供方对产品质量有争议提出仲裁要求时。

6）国家质量监督机构提出要求时。

（3）检验项目

液力偶合器各类检验应按表1-20中规定的项目进行。

表1-20 液力偶合器各类检验

注：表中√表示进行检验，×表示不进行检验，△表示每批抽样检验。

（4）检验设备

试验装置应满足相应的检验项目要求。

（5）检验测量仪器

1）各种传感器、传输线、测量仪表、记录仪表应具有检验合格证并定期逐项标定。转矩转速仪、测量参数显示仪表、温度传感器和显示仪表、压力传感器和记录仪表等在试验前后都应进行检查。

2）测量仪器精度应符合表1-21中的规定。

表1-21 测量仪器精度

其他测量仪器应在检验报告中注明型号、精度等级及生产厂名称。

（6）静平衡检验

1）拆下装在电动机上的弹性联轴器，放在静平衡试验台上检验。

2）液力偶合器重心对旋转轴心偏移不得超过0.04mm。

（7）延充阀性能检验

装有延充阀的液力偶合器要进行该项检验。

1）延充阀按实际工作位置装在连接板上，在有相对运动的表面涂以少量工作液。

2）在可调速的电动机上进行检验，在接近阀动作转速时，转速的变化率应少于20r/min。

3）升速检验，记录每一个阀的关闭转速。降速检验，记录每一个阀的打开转速。延充阀升速时的关闭转速应不超过设计值的±10r/min，降速时的打开转速应不超过设计值的±30r/min。

（8）密封检验

1）液力偶合器充入0.3MPa的气压，然后将液力偶合器的充气口封住，并保持5min，压力不下降。

2）旋转检验

① 出厂检验采取抽样检验。批量产生的每批抽查量为：批量不足100台，抽查2台；批量在100～299台，抽查4台；批量在300～499台，抽查6台；批量有500台以上，抽查不得少于8台。

② 液力偶合器按设计要求充入工作液，然后将壳表面擦干净。

③ 用加载方式使液力偶合器内工作液温度升高，当工作液的温度t在（100±5）℃时卸载，并使泵轮转速n_B为1470～1500r/min。

④ 在距液力偶合器最大直径10cm处，用一张白纸停留5～10min后检查白纸不得有工作液的痕迹。

（9）温度保护检验

1）型式检验是在运转中的液力偶合器上进行检验。按设计要求充入工作液，泵轮转速n_B为1350～1500r/min，用加载方式提高工作腔内的液温。

① 缓慢加温检验：控制液力偶合器内的升速率低于5℃/min。喷液时液力偶合器内温度不超过t±5℃。

② 快速加温检验：使液力偶合器处于零速工况，喷液后泵轮继续运转，直到液力偶合器内的温度下降为止，测量的工作油温不得超过150℃。

2）出厂检验采取抽样检验，批量生产的每批抽查量为：批量不足100台，抽查2台；批量在100～299台，抽查4台；批量在300～499台，抽查6台；批量有500台以上，抽查不得少于8台。

（10）压力保护和壳体强度检验

对水和难燃介质的液力偶合器要进行此项检验，具体按MT 466和MT 208标准进行。

1）爆破片和易爆塞型式检验按MT 466标准中6.4.2条规定进行。

2）壳体强度检验。

① 外壳强度检验。液力偶合器外壳在组装前必须进行逐件打压检验、检验压力按MT 208标准规定。

② 内腔承压强度检验。液力偶合器内腔的承压强度出厂检验，其检验压力按MT 208标准规定，应大于3.4MPa。采取抽样检验，批量产生的每批抽查量为：批量不足100台，抽查2台；批量在100～299台，抽查4台；批量在300～499台，抽查6台；批量有500台以上，抽查不得少于8台。

（11）液力偶合器原始特性检验

1）检验内容。测试出液力偶合器原始特性并绘制曲线。

2）检验步骤。

① 按设计要求，量取水或难燃液介质注入液力偶合器工作腔中。

② 起动拖动电动机，将输入转速n_B稳定在额定转速后，运转10min，运转一切正常时，可开始检验。首先由测功电动机加载，每次加载到工况稳定后，转速n_B±2r/min时，记录输入、输出转速n_B与n_T和输入、输出力矩M_B与M_T，直到制动工况为止。试验测量点的选择以明确反映特性曲线形状为原则，测量点必须包括额定工况点，曲线的凸凹点和零速工况点。

③ 参数测量应在t为70～90℃范围进行，零速工况及速比从0≤i≤0.75区间参数测量，起始温度t为（40±3）℃。

④ 控制泵轮转速n_B为1350～1500r/min，当被测机的传动功率大于90kW时可适当降低泵轮转速，但n_B不能小于1000r/min。带有延充阀的液力偶合器，在试验阀打开的外特性时，泵轮转速应比阀动作的最低速低40～50r/min。

⑤ 用改变载荷大小的方式使液力偶合器处于要求的工况点。对于零速工况可以用刹住涡轮的方法检验。

⑥ 将检验测得的参数按给出的关系式计算出λ、η。绘制λ=f（i）及η=f（i）曲线图。

图1-9 原始特性检验系统示意图

3）液力偶合器原始特性检验系统图如图1-9所示。液力偶合器与给定电动机匹配时，其原始特性应符合MT 208标准要求：

① λ_BO=（0.85～1）λ_z。

② λ_Bmax≤λ_z。

③ λ_Bmin≥0.6λ_z。

④ λ_Bn>0.8×10^-6min²/m或λ_Bn>2.88×10^-4 s²/m。

⑤

4）数据处理及计算公式：

力矩系数计算公式：

传动比 计算公式：

式中符号参数见表1-22。

表1-22 符号、关系式和名词术语的说明

（续）

5）数据整理及绘制特性曲线图。

① 记录测量数据与计算值。

② 按公式计算各点λ_B、i值，绘制λ=f（i）的原始特性曲线图。

（12）零速工况检验(www.xing528.com)

零速工况检验系统如图1-10所示。

图1-10 零速工况检验系统示意图

1）出厂检验采取抽样检验，批量产生的每批抽查量为批量不足100台，抽查2台；批量在100～299台，抽查4台；批量在300～499台，抽查6台；批量有500台以上，抽查不得少于8台。

2）检验分别按照本节上面内容中的有关规定进行，并按照表1-22中泵轮力矩系数式求出λ_BO。

3）λ_BO应符合MT 208标准和规范中上面（11）3）①的规定。各分项试验应详细记录试验条件、试验过程及结果。

2.煤矿用调速型液力偶合器试验

本节内容摘自MT/T 923—2002。

水介质煤矿用调速型液力偶合器国内已有厂家生产，但技术还未成熟，投入工业运行较少。目前，煤矿用调速型液力偶合器还是使用油介质。煤矿用调速型液力偶合器要求十分严格：所有电器部件必须绝缘；铭牌要用铜制品；液力偶合器及本体所配的电器必须要取得矿用产品安全标志证书。因此，各项目的检验必须符合要求。

（1）检验种类

1）出厂检验。

2）型式检验。凡属下列情况之一者应进行型式检验：

① 试制新产品（包括老产品转厂）。

② 改变产品的设计、工艺、材料影响产品性能时。

③ 停产3年后，再次恢复生产时。

④ 成批大量生产的产品每五年抽检一次。

⑤ 用户对产品质量有异议提出仲裁要求时。

（2）检验项目

液力偶合器各类检验应按表1-23规定的项目进行。

表1-23 液力偶合器检验项目

注：表中√表示进行检验，△表示每批抽样检验。

（3）检验设备

1）试验装置应满足相应的检验项目要求。当被测偶合器功率或转矩大于试验装置能力时，据理论分析，几何相似的液力偶合器在自模区内（雷诺系数Re≥5×10⁶时）有相似的原始特性，允许按试验装置可提供的转矩，采用降低转速的方法进行检验。降速试验所得的数据转化为额定转速下的数据，可按公式（1-17）求得：

式中 M_e——额定工况下的转矩值（N·m）；

n_e——额定工况下的转速值（r/min）；

M_f——降速试验测得的转矩值（N·m）；

n_f——降速试验测得的转速值（r/min）。

2）试验装置系统参照表1-24。

表1-24 试验装置系统

3）各种传感器、互感器、测量仪表、记录仪表和计量工具均应有检验合格证，并定期标定。

4）测量用的仪器仪表应符合表1-25规定的测量精度。

表1-25 测量仪器仪表精度

（4）检验条件

1）工作液体应符合井下安全要求，检验用工作液体应与设计要求相同。

2）偶合器的辅助配套设备应符合《煤矿安全规程》，电控设备应符合GB3836.1的规定，并具有下井合格证书。

3）抽取一台偶合器作为型式检验的被试件。做型式检验的偶合器应按同一工艺水平制造，不得选择特殊制造工艺或做过附加准备的偶合器。

4）记录测量结果，绘制原始特性曲线及外特性曲线。

（5）检验内容

1）导管操作的灵活性检验 不带负载运转2h，在这期间从低速到高速，每间隔10min使导管开度由0→100%→0交换一次。检验各连接件、紧固件不得松动；各密封处、结合处不得有漏液、渗液现象；运转应平稳；导管操作应灵活、平稳、可靠。

2）密封检验 调节导管开度，用加载或制动装置使滑差加大，让液体升温到（95±5）℃，保持5min，观察密封和运转是否正常。检查输入输出轴以及其他结合处，不得有漏液，运转试平稳。

3）轴承温度检验 导管开度为100%，额定转速，额定功率加载（被试件功率大于试验设备功率时，可降速试验），连续运转8h，每隔15min测量一次温度。记录轴承温度，轴承座外表温升不得超过65℃，最高温度不得超过90℃。

4）振动检验 在空载、额定转速下，导管开度为100%、50%、0时，被测件的输入、输出端轴承座处分别测量并记录水平、垂直、轴向振动位移幅值。不论水平、垂直和轴向振动位移幅值都应符合表1-26中的规定。

表1-26 被测件额定输入转速与振动值对照表

5）噪声检验 偶合器在额定转速下，导管开度为100%时，在液力偶合器外壁测量点径向水平距离1m处，以声级计测得。要求噪声值不大于90dB（A）。

6）空载检验 偶合器输出轴空载时，测定导管开度为0和100%、输入转速为额定时的输入功率。要求导管开度为0和100%时的空载损失功率不得大于其额定传递功率的1%。

7）升/降速检验 在输出施以一定的载荷（设计功率小于等于200kW的偶合器，按额定功率加载；设计功率大于200kW的偶合器，按200kW加载），测出输出转速，由最低转速（导管开度为0）到额定转速（导管开度为100%）时所需时间即为升速时间。

在输出施以一定的载荷（设计功率小于等于200kW的偶合器，按额定功率加载；设计功率大于200kW的偶合器，按200kW加载），测出输出转速，由额定转速（导管开度为100%）到最低稳定转速（导管开度为0）所需时间即为降速时间。

记录升、降速时间。

8）调速范围检验 输入转速额定，调节导管开度，测定输出最高转速和最低稳定转速（转速的波动不超过该转速下的±3%即为稳定转速），算出调整范围。实时绘出输入、输出转速和输出转矩，并记录输入转矩、转速以及输出转矩、转速，计算调速比δ：

式中 n_Tmax——输出最高转速（r/min）；

n_Tmin——输出最低稳定转速（r/min）。

对离心式负载，调速比δ≥4；对恒扭矩负载，调速比δ≥3。

9）外特性检验 参数测量应在出口温为（65±5）℃范围进行，输入转速为额定转速。依次按导管开度为0、10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%、100%连续均匀加载，将输入/输出转速、输入/输出转矩、供油泵流量、出口液体温度、进口液体温度以及进口液体压力记入表1-27，绘制M_T—n_T曲线。

表1-27

导管开度为100%，转速比i=0.97时，λ_Bn≥1.9×10^-6。

式中 λ_B——泵轮力矩系数（min²/m）；

ρ——工作液体密度（kg/m³）；

g——重力加速度（m/s²）；

n_B——输入转速（泵轮的转速）（r/min）；

D——工作有效直径（m）；

M_B——输入转矩（泵轮转矩）（N·m）；

λ_Bn——额定工况泵轮力矩系数（min²/m）；

n_T——输出转速（涡轮转速）（r/min）；

绘出原始特性曲线，即泵轮力矩系数λ_B值与转速比i关系曲线。

额定效率：

式中 η——额定效率；

n_Be——额定转速差率（S=3%）下输入转速（r/min）；

n_Te——额定转速差率（S=3%）下输出转速（r/min）；

M_Be——额定转速差率（S=3%）下输入转矩（N·m）；

M_Te——额定转速差率（S=3%）下输出转矩（N·m）。

10）超温检验 被试偶合器达到允许最高温度的110%温度，在额定转速下，连续空载运转5min，各连接处、密封处均不得渗油。

11）超速检验 让被试偶合器在额定转速的105%的转速下，连续空转1h，应运转平稳，无异常情况发生。

（6）检验规则

1）出厂检验规则 每台偶合器都应进行出厂检验。出厂检验中任一检验项目不符合检验内容中检验要求的规定，则判为该偶合器不合格。

2）型式检验规则 在试制定型鉴定时，可用一台正式试制的偶合器样品进行型式检验。在偶合器正常进行型式检验时，用作型式检验的偶合器必须从出厂检验合格的偶合器（不少于两台）中任意抽取一台，检验项目必须符合检验内容中的规定，所检结果必须符合检验内容中检验要求的规定。型式检验中任一检验项目不符合要求规定，则判为该偶合器不合格。