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一种新型的压缩机调速驱动系统——调速行星齿轮Vorecon

摘要：介绍了调速行星齿轮Vorecon的原理及其在压缩机调速领域的应用，与汽轮机、变频电机调速技术相比，Vorecon驱动技术具有高效、经济、可靠等明显优势。
关键词：透平压缩机　调速　行星齿轮
中图分类号:TH45　文献标识码:B
文章编号:1006-8155(2005)05-0039-03

Abstract: The principle and application of speed-adjusting planetary gearing Vorecon in speed –adjusting area for compressor are introduced, comparing with speed-adjusting technology of turbo and frequency conversion motor, driving technology of Vorecon have advantage of high efficient, economic, reliable and so on.
Key wards: Turbine compressor　Speed-adjusting planetary gearing　Vorecon

1　引言

　　为了提高压缩机的效率，增强可靠性以及降低成本，通常要求压缩机应该能够根据负荷情况进行运转，亦即依据负荷情况进行调速。目前有两种调速方式。

　　（1）机械方式：此方案中，工作机是通过汽轮机驱动的；
　　（2）电力方式：该调速方式中，包括变频电机（VFD）以及液力调速（VSD，见图1）

　　自1996年，Voith公司的调速行星齿轮Vorecon在管道压缩机以及石化行业已经得到了广泛的应用。

2　Vorecon行星齿轮液力耦合器的工作原理（图2）

　　Vorecon是基于功率叠加原理而工作的。部分功率通过Vorecon的变矩器到达行星齿轮副的行星轮，大部分功率则通过Vorecon的机械主轴传递至行星齿轮副的外围齿圈，最后在行星齿轮内进行功率的矢量叠加。

　　行星齿轮副的齿圈保持着固定的转速，通过调整变矩器中导流片的位置，使变矩器的输出速度得以改变，该速度输出是在行星齿轮副中的行星齿轮中，这样，齿圈与行星间便可进行速度的矢量叠加（见图3），从而使得太阳轮的输出速度改变（降低或增加），并使太阳轮与压缩机的输入轴相连，由此达到对压缩机调速的目的。

　　最近的调查研究表明，定速电机与调速行星齿轮Vorecon结合的压缩机驱动技术已越来越为客户所接受，这主要是基于Vorecon的可靠设计及良好的现场运行情况。

　　通常Vorecon的调速范围为60%~105%，可满足多数场合下压缩机的调速需要。Vorecon的传递功率从1.5MW至50MW之间是绝对可行的。

3　Vorecon行星齿轮液力耦合器的优点

　　现在，考虑到环保、可靠性以及燃料价格等因素，与汽轮机驱动技术相比，电力驱动逐渐成为优先选择的方案。当压缩机需要电力驱动而非透平驱动时，Vorecon则是最优的压缩机调速技术，这可以从以下8个方面得到证明。

　　（1）减少投资：根据经验，考虑到初投资以及运行中的维护费用，在大功率的大多情况下，Vorecon的初投资仅为同等水平变频驱动方案的2/3。
　　（2）可靠性：根据在世界各地对实际运行的Vorecon的统计，可靠性高达99.94%。
　　（3）电机以及工作机的高寿命：这是由于对工作机进行了平稳的无级调速，减少了扭振并且限制了峰值扭矩和冲击的结果。电机可在无负荷状态下平稳地启动，然后工作即按照设定的状态平稳加速。
　　（4）减少日常维护：Vorecon调速系统的平均无故障时间（MTBF）大于300000 h。
　　（5）增强耐用性，维护容易：当采用福伊特解决方案时，仅备品备件一项就可节约大量的费用。
　　（6）一体化润滑油系统：对于Vorecon，电机、工作机所需的润滑油可从Vorecon的油箱中统一供应，从而组成一体化润滑油系统。但对于变频驱动，则需要独立的润滑油系统。
　　（7）系统传动的高效性：如果考虑到系统的各个组成部分，Vorecon调速系统的总体传递效率在整个调速范围内（60%～105%）可以维持在95%左右（见图4）。基本上与变频调速系统的效率相当或者超过变频调速系统。

　　（8）节约空间：变频驱动系统中的组成部件大大超过Vorecon，这也意味着需要更大的安装空间，这也将导致初投资的增加。

4　结论

　　与变频驱动方式相比，Vorecon调速系统不仅结构简单，而且从技术以及使用的角度来看也远远优于变频驱动，因为：（1）简单意味着系统组件的减少；（2）成熟的技术消除了系统故障；（3）极高的可靠性意味着生产效率的显著提高；（4）降低的成本意味着投资的减少。

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