基于分功率传动原理的旋转机械调速技术与装置研究

摘要

我国基础工业能源利用率低的问题亟待解决,其中重要的影响因素是生产过程中普遍使用的大型旋转机械(如泵与风机等)能耗过高。研究表明,合理的变速调节方式是此类设备系统节能运行的关键,但迄今国内仍多采用传统的定速节流调节方式,缺乏高效和可靠的传动技术支持,是变速调节这一节能运行主要技术途径难以实施的主要因为。在此背景下,本文围绕大型旋转机械的节能问题,借鉴国外近年提出的功率分流传动技术概念,开展了相关的先进调速传动原理与技术研究。
　　 通过对分功率调速传动的机理分析和可行技术方案分析,本文系统研究了此类调速传动系统的总体设计原理；结合一种采用高效机械传动与液力调速相结合的混合调速传动技术装置的研制,开展了相关的关键技术和试验研究；基于所研究的分功率调速传动原理和技术装置,探索研究了一种适用于大型风机水泵系统节能的流量调节方法。
　　 本文的主要研究工作和成果包括以下三个方面:
　　 1、研究了一种适用于大型旋转机械调速传动的新技术
　　 通过建立有效的系统传动分析模型,研究了分功率传动系统的总体方案和传动机理,掌握了功率流的分析方法及其与传动过程的关系。解决了传动系统调速特性、功率分流与耦合系统的机构学、功率分配原则及传动效率等关键问题,形成了较完整的系统总体传动设计理论与方法。
　　 2、研制了一种采用机.液复合传动调速(HMVD)的技术装置
　　 根据总体功能的设计要求,研究了调速部件、多自由度差动轮系传动机构和结构的设计依据与设计方法等问题。针对调速部件的设计需求,探索了液粘离合器逆向调速的问题,并研制成功新型调速单元部件；研究并设计了具有功率流切断和锁止功能的多自由度差动轮系调速机构；成功研制了具有自主知识产权的原型样机并开展了相关试验研究。
　　 3、提出了一种针对风机水泵系统流量调节的调速与节流复合调节方法
　　 基于所研究HMVD传动装置的功率流可分特性,针对大型风机、水泵系统的流量调节与节能问题,提出了一种调速与节流协调的流量调节机理。通过对分功率液力调速功耗特性和系统管路节流特性的研究,提出了调速与节流相结合的调节流量方法。以系统能耗最低为目标,建立了调速与节流协调优化模型,可根据系统运行工况确定最佳调速与节流分界点。该方法的应用可进一步降低分功率部分液力调速技术不可避免的功率损耗,为风机水泵的节能技术研究提供了一个新的方法。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 设备系统的调速节能原理与技术现状

1.2.1 风机与水泵类设备的调速节能原理

1.2.2 现有的主要调速技术研究与应用现状

1.2.3 大功率设备调速技术存在的问题

1.3 与本文研究相关的国内外技术现状

1.3.1 分功率传动技术的发展

1.3.2 国外研究现状

1.3.3 国内研究现状

1.4 本文的研究目标与主要内容

第二章 分功率传动的机理分析与系统总体技术方案

2.1 基本技术原理

2.2 分功率传动系统的技术方案

2.2.1 可行系统的构成形式与功能

2.2.2 研究采用的传动系统总体技术方案

2.3 总体方案的机构学原理

2.3.1 2K-H型行星轮系

2.3.2 轮系机构的运动学分析

2.3.3 传动机构的转矩与功率

2.3.4 传动机构基本构件的功率流与转向关系

2.4 系统分功率传动的机理分析

2.4.1 系统调速幅与差速比的定义

2.4.2 系统功率输入构件间的功率分配关系

2.5 调速系统的机构传动效率分析

2.5.1 转化机构的基本效率关系

2.5.2 转化机构中太阳轮主从动地位的确定

2.5.3 机构传动效率公式

2.6 本章小结

第三章 一种机-液复合分功率传动装置研制

3.1 泵与风机调速系统总体方案

3.1.1 研究对象的技术指标和运行特点

3.1.2 调速装置的总体布局

3.1.3 控制与测试方案

3.2 液力调速部件的设计

3.2.1 典型液力调速装置的工作原理

3.2.2 适用的液粘调速离合器设计

3.3 差动轮系传动装置设计

3.3.1 主要构件的技术参数与功率分配

3.3.2 带传动设计

3.3.3 齿轮传动与结构设计

3.4 原型样机研制

3.4.1 双输入差动齿轮箱装配设计

3.4.2 原型样机制造

3.5 本章小结

第四章 分功率调速传动的试验研究

4.1 试验方案设计

4.1.1 试验系统构成

4.1.2 测试方案

4.1.3 试验方案及流程

4.2 试验结果与分析

4.2.1 HMVD装置的转速特性

4.2.2 装置的转矩特性

4.2.3 装置的功率特性分析

4.2.3 HMVD装置的效率分析

4.3 本章小结

第五章 泵与风机系统的流量复合调节方法探讨

5.1 关于泵与风机系统液力调速的能耗分析

5.2 基于分功率传动的调速与节流复合调节方法

5.2.1 复合调节概念的提出

5.2.2 调速与节流相结合的调节过程

5.2.3 复合调节的机构原理

5.3 调速与节流复合调节中的功率方程

5.3.1 节流调节时功率曲线的功率方程

5.3.2 液力调速的功率方程

5.4 泵与风机系统的调速与节流匹配方案分析

5.4.1 负载的流量分布与时间的定义

5.4.2 调速与节流复合调节模型

5.5 存在实际扬程的水泵系统的调速与节流匹配方案修正

5.5.1 水泵与风机工作特性的差别

5.4.2 存在实际扬程时的调速与节流复合调节修正模型

5.6 本章小结

第六章 总结和展望

6.1 论文的工作总结

6.2 论文的创新点

6.3 今后工作的展望

参考文献

致谢

个人简历

攻读博士学位期间发表的学术论文

攻读博士学位期间取得的相关研究成果

1.参加的研究项目

2.科研获奖情况

3.申请和获得专利授权情况