调速型液力偶合器是一种广泛应用于工业设备（如风机、水泵、压缩机、输送机等）中的柔性传动与调速装置。其核心功能在于通过调节工作腔内的油液充液量，无级地改变输出转速与扭矩，从而实现原动机（如电机）与工作机（负载）之间的动力传递与优化匹配。以下对其工作原理进行详细阐述。
一、基本结构与核心部件
调速型液力偶合器主要由以下几个关键部分组成：
- 泵轮：与输入轴（主动轴）相连，由原动机驱动旋转。其作用是吸收原动机的机械能，并将其转化为工作油液的动能和压能。
- 涡轮：与输出轴（从动轴）相连，驱动负载设备。其作用是接受来自泵轮的液流动能，并将其转化回机械能输出。
- 工作腔：由泵轮和涡轮的叶轮共同构成的环形空腔，是能量传递的场所。
- 导管（勺管）调速机构：这是实现“调速”功能的核心部件。通过外部操作机构改变导管伸入工作腔旋转油环的深度，从而调节工作腔内工作油液的充液量。
- 供油与循环系统：包括油箱、油泵、冷却器、阀门等，负责向工作腔提供、排出并冷却工作油液。
二、工作原理：基于“弗丁格尔原理”的能量传递
其工作原理遵循流体动力学中的“弗丁格尔原理”，可以概括为 “泵轮提速、涡轮跟随、油液传力、充液调速” 。
1. 动力传递过程：
- 加速与转化：原动机驱动泵轮高速旋转。充入工作腔的工作油液在泵轮叶片的作用下，从内侧流向外缘，同时获得巨大的速度（动能）和压力（压能）。此过程完成了“机械能 → 液能”的第一次转化。
- 冲击与驱动：高速高压的油液从泵轮外缘射出，直接冲击对面涡轮的叶片，对涡轮叶片产生驱动力矩。
- 减速与输出：油液在推动涡轮旋转的其自身的速度和压力降低，从涡轮的外缘流向内缘，最后返回泵轮入口，形成循环流动。此过程完成了“液能 → 机械能”的第二次转化，涡轮将获得的扭矩通过输出轴传递给负载。
2. 无级调速过程：
这是调速型液力偶合器区别于普通液力偶合器的关键。其调速不依赖于改变输入转速，而是通过改变工作介质（油液）的“数量”来实现。
- 高充液率（导管退出）：当外部控制的导管完全退出旋转油环时，工作腔内充满油液。此时泵轮传递给油液的能量最多，油液对涡轮的驱动力最大，输出转速最高，接近输入转速（存在约3%-5%的滑差）。
- 低充液率（导管伸入）：当导管向旋转油环内伸入时，部分油液在离心力作用下被导管“舀出”，并导回油箱。工作腔内的充液量减少。由于传递能量的介质变少，在相同输入转速下，涡轮获得的驱动扭矩减小，输出转速随之降低。
- 无级调节：通过精确控制导管的位置，可以连续、平稳地改变工作腔内的充液量，从而实现输出轴转速在最大与最小值之间的无级调节。
三、核心优势与在工业设备中的应用价值
- 空载软启动：启动前工作腔无油或少量油，电机在近似空载状态下启动，电流小，对电网冲击小，保护电机和设备。
- 过载保护：当负载突然急剧增大或卡死时，涡轮转速下降甚至停止，而泵轮仍可旋转，仅使油液温度升高，动力传递被自动切断，保护原动机不受损坏。
- 协调多机驱动：在多电机驱动同一负载（如带式输送机）时，能自动平衡各电机间的负荷分配，防止“抢载”现象。
- 平滑无级调速：通过调节油量实现宽广范围内的平稳调速，满足工艺过程对流量、压力、速度的调节需求，节能效果显著（尤其对于风机、水泵类平方转矩负载）。
- 隔离振动：非刚性连接，能有效衰减来自原动机或负载的冲击与扭转振动，提高设备寿命。
- 维修简便：无需对电机和负载进行机械改造，安装维护相对简单。
四、关注要点
- 滑差损失：输出转速始终低于输入转速，存在滑差，这部分能量损耗转化为油液的热量，因此必须配备有效的冷却系统。
- 调速精度与响应：相较于变频调速，其调速精度和动态响应速度稍逊，但在中大功率、高可靠性要求的工业场合具有独特优势。
调速型液力偶合器通过泵轮与涡轮间的油液动能传递动力，并利用导管机构精密控制工作油液的充液量来实现无级调速。它以一种流体柔性的方式，在涡轮等众多工业设备的驱动系统中，实现了启动保护、调速节能与负载协调的优化目标，是工业传动领域一项经典而高效的技术解决方案。
