疊片式聯(lián)軸器和膜盤式聯(lián)軸器有何差別?
創(chuàng)明:疊片式和膜盤式都屬于全金屬撓性聯(lián)軸器,它們具有很多相似之處,比如都是依靠金屬的彎曲來適應各類不對中,都具有免維護和長壽命的特性,但疊片式和膜盤式聯(lián)軸器工作的原理并不相同,產(chǎn)品的優(yōu)勢也各有特長。
在渦輪透平設備上,在大多數(shù)情況下兩類產(chǎn)品均可選用并長期可靠的運轉(zhuǎn),但是針對不同的機組,有時選取這個比另外一個可能更有優(yōu)勢。兩類全金屬撓性元件聯(lián)軸器都實現(xiàn)了傳遞扭矩和補償?shù)墓δ埽锹?lián)軸器實現(xiàn)的方式是不同的:
疊片式聯(lián)軸器:是通過聯(lián)軸器片組上撓性元件(相鄰螺栓之間)的彎曲實現(xiàn)功能,該撓性元件固定在相對的法蘭上(圖1和2)。制造商通過優(yōu)化撓性元件的設計,以實現(xiàn)特定直徑膜片下產(chǎn)生截然不同的扭矩容量和彎曲特性。
在疊片聯(lián)軸器中,各個膜片(疊片的組成基本元件)越薄則柔性越好,同等直徑下實現(xiàn)更大的補償能力;越厚則剛度越大,同等直徑下可以傳遞更大的扭矩。在同等直徑下,螺栓數(shù)量多可以傳遞更大的扭矩,但是彎曲部分的弦長短補償能力就會下降,為了實現(xiàn)較佳的特性,如何優(yōu)化設計這些結(jié)構(gòu)和形狀是制造商的區(qū)別之一。由于膜片是裝在一起,因此疊片聯(lián)軸器不容易突然失效,一般是從外部開始逐步滲透到內(nèi)部,從而使得聯(lián)軸器可以不短期內(nèi)就失效,以便設備及時停車或檢測到故障
膜盤式聯(lián)軸器:盡管膜盤的結(jié)構(gòu)和樣式有很多種,但是扭矩傳遞的原理是相同的:它是通過整體設計的柔性膜盤元件,將扭矩從外徑傳遞到內(nèi)徑。在同等的直徑下,制造商可以不斷優(yōu)化厚度及形面的設計,以實現(xiàn)扭矩能力和補償能力的較佳匹配。
由于膜盤式聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)非常簡潔,從而使得其在高速下運轉(zhuǎn)的風阻很低(一般只有高速聯(lián)軸器的防護罩設計需要考慮這些細節(jié)),內(nèi)部空氣以較低的表面速度摩擦,通常由于切削罩內(nèi)的空氣而導致溫度的提升。另外,大型的燃氣輪機和蒸汽輪機場合,由于膜盤聯(lián)軸器的撓性元件可以直接用螺栓固定在渦輪法蘭上,撓性元件非常接近渦輪軸承,得到相對于軸承的較好重心位置。經(jīng)過工程師精心設計的膜盤元件可以實現(xiàn)很大的軸向補償能力,部分制造商可以單個膜盤元件實現(xiàn)了+/-15毫米的變形能力;當必要時可以串聯(lián)多個特殊形面的膜盤,以實現(xiàn)大額的變形能力,因此膜盤更適合熱漲量比較大或極端不對中的渦輪機組應用。
共同特性:在這兩種類型聯(lián)軸器中,全金屬的撓性元件(膜片和膜盤)都是聯(lián)軸器的核心部件。這些元件由高強度不銹鋼或高強度合金鋼制成,必要時進行特殊的防腐或涂層處理,以減少或消除由于單個膜片在工作中的相對運動而引起的微動磨損。
什么時候選取膜盤式聯(lián)軸器,什么時候用疊片式聯(lián)軸器?
創(chuàng)明:在通用設備的低速應用中,由于經(jīng)濟性需求是第一要素,一般采用通用的疊片聯(lián)軸器。而高性能的疊片/膜盤式聯(lián)軸器通常適用于各種特殊用途的場合。
在高速運轉(zhuǎn)的離心機組上,通常要求使用低彎矩的聯(lián)軸器(疊片聯(lián)軸器可以設計為倒置的形式,可以使片組的位置也就是部件重心更靠近支撐軸承),因此壓縮機的制造商一般傾向于在高速齒輪與壓縮機之間采用疊片聯(lián)軸器;疊片聯(lián)軸器也允許使用較粗的軸,因此在低彎矩設計方面要優(yōu)于膜盤式聯(lián)軸器。另外,在特定的扭矩值下,疊片聯(lián)軸器由于可以采用多種設計方案而獲得更輕的重量,并且對所連設備產(chǎn)生的作用力也小于膜盤式聯(lián)軸器。
驅(qū)動渦輪機制造商(蒸汽渦輪和燃氣渦輪)一般傾向于采用膜盤式聯(lián)軸器。 渦輪機轉(zhuǎn)子通常設計有一個帶法蘭接口,以便直接用螺栓連接到膜盤式聯(lián)軸器或剛性聯(lián)軸器。此外,膜盤式聯(lián)軸器適合在軸向或角向偏移較大時穩(wěn)定運轉(zhuǎn),這就比較適用于渦輪機組軸向位置變化比較大的場合。另外在同步電機啟動時存在周期性扭轉(zhuǎn)振動的場合,膜盤式聯(lián)軸器的抗疲勞特性有時也優(yōu)于疊片聯(lián)軸器。