高进， 沈南雁， 曹杰

（东方电气集团东方汽轮机有限公司， 四川德阳， 618000）

液力变矩器通过泵轮将驱动端的机械能转换为流体动能， 然后通过透平将流体动能又转换为机械能输出， 而输出端的扭矩和转速通过可转导叶进行调节[1]。 其具有空载启动、 转速和扭矩无极调节、 过载保护、 隔振等优点[2]， 广泛应用于大型压气机试验台[3]、 燃气轮机启动[4]、 电厂锅炉给水泵[5-6]、 车辆[7]、 风力发电机组[8-9]和船舶[10]等传动的转速和扭矩调节。 我国液力变矩器起步晚， 虽然也取得了很大进步， 但在大功率、 高转速的液力变矩方面与世界先进水平差距较大[2]。 对于大型压气机试验台用的兆瓦功率等级的大型液力变矩器，全球目前只有极少数公司具有设计生产能力[2]。 本文针对国内投运的首台用于压气机试验台的25 MW 等级的液力变矩器， 重点分析介绍其设计结构特点和其大修的工艺， 以供国内同行参考。

1 压气机试验台25 MW 液力变矩器的结构特点

如图1 所示， 压气机试验台驱动系统由变频电机、 25 MW 液力变矩器和增速齿轮箱组成， 相互之间通过膜片或膜盘联轴器联接。 驱动系统中液力变矩器的调节功能满足0～100%任意试验工况。 该液力变矩器由福伊特（VOITH）公司专门为该试验台设计制造， 最大输入功率28.2 MW， 额定输入和输出功率分别为25 MW 和21.23 MW，总重约49 t。

图1 压气机试验台驱动系统示意图

1.1 液力变矩器总体结构

如图2 所示， 液力变矩器输入轴通过泵轮吸收扭矩MP， 由泵轮加速的流体在透平叶片上发生转向， 进而产生扭矩MT， 该扭矩通过输出轴传递给被驱动转子。 导叶的扭矩Mg为输入和输出的扭矩差， 即Mg=MP-MT。 通过控制调整可转导叶的角度， 可以实现输出扭矩和转速的无级调节， 以满足试验压气机各试验工况的需要。

图2 压气机试验台驱动系统示意图

1.2 液力变矩器转子和轴承结构

如图3～4 所示， 液力变矩器转子由输入轴和输出轴组成。 输入和输出轴分别通过液压套装有1个推力盘和联轴器， 该套装结构采用液压装置进行拆装， 而泵轮和透平叶轮分别通过周向均布的螺栓与输入和输出轴连接。 由于液力变矩器为无中分面法兰的筒型缸， 缸体各部件通过轴向垂直法兰连接， 联轴器、 推力盘、 泵轮和透平叶轮只能采用轴向装配结构。 此种设计结构简单、 可靠，但是对拆装工艺要求高。

图3 液力变矩器输入轴

图4 液力变矩器输出轴

推力轴承为直接润滑的11 瓦可倾轴承， 而支持轴承为4 油楔圆轴承。 泵轮为整体精铸而成，透平叶轮的叶片与输入端叶轮本体整体机加工而成， 并通过装配和钎焊与输出端叶轮本体连接，该结构紧凑可靠。

1.3 液力变矩器可转导叶系统

如图5 所示， 对称布置的2 个油动机同时向相反方向移动， 通过可转导叶驱动机构调整可转导叶的角度， 从而控制液力变矩器的输出扭矩和转速。

图5 液力变矩器可转导叶驱动系统图

1.4 液力变矩器箱体和缸体结构

液力变矩器箱体为整体焊接结构， 输入和输出端分别用端盖密封， 而输入和输出端缸体为桶型结构， 通过垂直法兰连接。 该种机构简单紧凑，但拆装时需要将箱体进行起吊翻身。

2 压气机试验台25 MW 液力变矩器大修工艺

为了保证液力变矩器的安全运行， 需要在厂家规定的大修周期内返厂对液力变矩器进行大修。

2.1 液力变矩器大修基本要求

该25 MW 液力变矩器已经达到厂家要求的最大5 年的大修期， 需要对密封圈、 轴承瓦块等易损件， 以及联轴器、 推力盘、 输入输出轴、 泵轮、透平轮、 油动机、 可转导叶系统等关键部件进行检查。

2.2 液力变矩器大修关键工艺

根据该液力变矩器的结构， 其检修的步骤见表1。 由于该液力变矩器结构复杂， 重量和体积大， 大修时间较长， 本次大修用时20 个工作日。

表1 25 MW 液力变矩器大修部件和检修要点

2.3 液力变矩器大修检查结果及处理

本次液力变矩器大修检查结果表明， 其推力和径向轴承瓦块、 轴颈、 泵轮、 透平轮、 固定导叶、 可转导叶、 输入输出轴、 联轴器、 油动机等关键部件都完好， 仅需更换所有橡胶密封圈和控制油滤芯。

3 结语

本文对目前国内首次投运的25 MW 等级液力变矩器的关键结构设计特点进行了分析， 并对其大修的关键工艺和处理进行了介绍。 总结如下：

（1）该液力变矩器结构设计的最大特点是采用筒型缸设计， 泵轮、 推力盘、 联轴器和透平叶轮通过液压或螺栓轴向装配在转子上。 此种设计结构简单、 可靠， 但是对拆装工艺要求高。

（2）此次大修结果表明该液力变矩器关键部件完好， 仅需更换易损的所有橡胶密封圈和控制油滤芯。 经过此次大修， 该液力变矩器复装后重新运行， 其运行状态优良。