加热装置、加热方法以及轴系装配方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种用于风力发电机的大型轴系部件的加热装置、加热方法以及轴系装配方法。所述加热装置包括：柔性加热膜，用于包覆在所述待加热部件的表面上；抽真空系统，用于在所述柔性加热膜密封地包覆在所述待加热部件上的情况下，对所述柔性加热膜的内部抽真空；控制单元，控制柔性加热膜的加热操作以及所述抽真空系统的操作。根据本发明专利技术的技术方案，解决了传统加热方法和装配方法存在的加热不均导致的装配质量问题，并且更加节能环保。

【技术实现步骤摘要】
加热装置、加热方法以及轴系装配方法
本专利技术涉及风力发电机轴系装配领域。更具体地，本专利技术涉及一种用于对诸如风力发电机的转动轴这样的大尺度、大质量、变径、非等截面的待加热部件进行加热的加热装置以及使用该加热装置对这种待加热部件进行加热的方法，以及对发电机轴系进行装配的方法。
技术介绍
风力发电机包括支撑定子的定子主轴和支撑转子的转动轴，定子主轴和转动轴通过轴承可相对旋转地装配在一起。对于大型风力发电机而言，需要在定子主轴和转动轴之间安装前后两个轴承。以外转子结构的大型直驱永磁风力发电机为例，发电机定子主轴与定子支架法兰连接。发电机定子主轴和发电机转动轴之间前后两端通过过盈配合安装两个轴承，即前轴承和后轴承。前轴承位于定子主轴和转动轴小径端之间；后轴承位于定子主轴与转动轴的大径端之间。转动轴上的中法兰用于与叶轮轮毂连接，叶片固定在叶轮轮毂上，通过转动轴间接驱动发电机转子。通常情况下，前轴承采用圆锥滚子轴承(简称BT轴承)，后轴承采用圆柱滚子轴承(简称NJ轴承)。图1和图2分别是风力直驱永磁发电机的定子主轴1的主视图和转动轴2的立体图。为了将轴承安装在定子主轴和转动轴之间，通常采用轴承安装温差法。轴承安装温差法是通过加热胀大包容件或冷却收缩被包容件或两者加热与冷却兼用以形成装入间隙过盈联接的装配方法。目前，对于BT轴承和NJ轴承的装配一般采用温差法，将轴承过盈装配在定子主轴1和转动轴2之间。如图3-10所示，BT轴承40和NJ轴承30的装配方法大约包括如下步骤：(1)如图3所示，将发电机定子主轴1垂直固定在安装台上，借助感应加热器将NJ轴承30的内圈31加热膨大至满足要求的膨胀量后，将其套入定子主轴1；(2)如图4和图5所示，借助冷却柜将NJ轴承30的外圈及保持架滚动体32和BT轴承40的第一外圈41冷却收缩至满足要求的收缩量后，分别装入发电机转动轴2的大径端201的轴承安装面和小径端202的轴承安装面；(3)如图6和图7所示，将安装有NJ轴承的外圈及保持架滚动体32和BT轴承的第一外圈41的转动轴2套在定子主轴1上，并使NJ轴承的外圈及保持架滚动体32套在NJ轴承的内圈31上；(4)如图8所示，借助加热器将BT轴承的内圈保持架及滚动体42加热膨大至满足要求的膨胀量后，装入定子主轴1和转动轴2的小径端202之间；(5)如图9所示，最后，采用冷冻柜冷却BT轴承的第二外圈43后，将第二外圈43放入定子主轴1和转动轴2的小径端202之间。至此，如图10所示，待轴承温度恢复到室温状态时，发电机的定子主轴1、转动轴2、前轴承40和后轴承30相互配合在一起形成一个整体，发电机的定子主轴、转动轴2和轴承之间形成过盈配合。对于转动轴尺度较小、质量较轻的电机结构的轴承安装，温差法装配是比较简便的装配方法，在装配过程中只需对轴承的某些部件进行加热胀大或冷却收缩即可完成装配，而无需对转动轴和定子主轴进行加热或冷却。但是对于具有大尺度(直径、轴向长度较大，直径近2米，高度达4米)、大质量(重达几吨)的转动轴的风力发电机的而言，需要将转动轴进行加热，待转动轴加热膨胀到设定量后，将转动轴吊起到定子主轴上方，从上方下落，与定子主轴进行轴承装配。因此，对于大型风力发电机，在采用温差法装配轴系的过程中，需要对这种大尺度、大质量、厚度不均的转动轴进行加热。现有技术中，常采用的加热的方法主要介质加热法和电加热法。油浴法为常用的介质加热法。安装前，把被加热部件放入矿物油内加热，加热温度通常为80℃-100℃。但是，对于风力发电机的转动轴和轴承而言，使用这种方法，轴承和转动轴容易被污染，且存在火灾风险。除了健康和安全因素需要考虑外，还需要考虑环境污染问题。由于大型风力发电机的轴承和转动轴尺寸较大，加热用的矿物油用量巨大，因此，对加热油的后续处理问题导致的费用非常高。此外，对于轴承而言，采用油浴法还会损坏轴承的防护油的作用。因此，对于大型风力发电机的轴系温差装配工艺，油浴法已经不再推荐使用。电加热法主要有电阻加热法和感应加热法。电阻加热法通常采用电热盘方式直接让电压通过轴承或转动轴来加热，但是，这种方式很危险，易伤轴承，而且对于转动轴这种大尺度、大重量且具有不规则尺寸的被加热部件而言，难以实现均匀膨胀。感应加热法具有高品质、加热快的特点。但是，对于使用感应加热器对大尺度、大质量、非等厚度部件进行加热也存在诸多弊端和风险。感应加热首先存在集肤效应，被加热部件截面上的电流密度不是均匀分布的，最大电流密度出现在被加热部件的表层，其热量从被加热部件的表面向质心部热传导，所以表面与质心部存在着一定的温差。当被加热部件的径向尺寸、壁厚、轴向高度较大时，表面与中心的温差就很大。由于感应电流只沿着被加热部件的“电流穿透深度层”流动，热量也仅在这一层产生。这时，在电流穿透深度以下的部分，仅能从已加热层以热传导方式传递热能获得热量。同时，使用感应加热器致使被加热部件表面产热的同时也在向安装环境散热。被加热部件的表面向周围环境以其表面热力学温度四次方的强度一直产生辐射热损失；加热过程中被加热部件也一直与安装环境空气进行自然对流换热。因此，采用感应加热方式来加热大型风力发电机的轴承或转动轴时，“均温”效果太差，轴承和转动轴的断面温度难以“均一化”。尤其是，对于具有外法兰的转动轴，在用感应加热法进行加热时，通常会出现由于膨胀不均导致的扭曲变形，扭曲变形主要出现在转动轴筒体的筒节位置附近。其中一个原因是，当热量从法兰的外表面沿着径向向内传热时，在螺栓孔处热传导路径中断，对于位于螺栓孔内侧的法兰部分以及法兰根部的筒体，主要依赖于从法兰的相邻螺栓孔之间的部分吸收热量，传热路径较长，从而导致法兰处的筒体周向上各部分受热不均，膨胀速度不一致。对于法兰径向厚度较大的情况下，在轴向上法兰处的筒体与其他位置的筒体之间的膨胀速度差异更大，从而更容易导致法兰和/或筒体扭曲变形。其次是感应加热存在邻近效应。在进行感应加热时，把感应加热器和被加热部件须同心安置。通过对称安置，待加热的轴承或转动轴中电流分布才会是对称均匀的。但是，如果没有对称安置的工装，仅凭套装人员视觉感觉来放置，难以做到使感应加热器与被加热部件同心安装，这会造成电流密度分布不均匀，导致产热不均匀，热膨胀自然不均匀。轴承圈和保持架以及滚动体由于特殊的结构以及转动轴这种具有变径非等截面特点的部件，更容易出现各部分产热不同，膨胀程度与速率均不同。因此，对这种大尺度、大质量轴承部件进行感应加热时，尤其需要采取措施去消除这样的临近效应造成的轴承膨胀不均匀带来的缺陷，相应地，造成加热装置复杂化，加热和安装工艺复杂化。因此，对于大型风力发电机的轴系中的这种大尺度、不规则形状的部件的加热一直以来是本领域技术人员所面临的难题。除了上面提到的加热难题之外，现有技术中的装配过程也容易对轴系造成致命损伤。当将加热后的转动轴装配到定子主轴上时，利用大型行车吊装设备将重达几吨重的转动轴2携带着装入大端内的NJ轴承外圈和保持架滚动体32从定子主轴1上方下落。在吊装下落过程中，由于NJ轴承30的外圈和保持架滚动体32在与内圈31的装配过程中没有可视化的具体措施，转动轴2上的NJ轴承30的外圈和保持架滚动体32与定子主轴上的NJ轴承的内圈31无法实现本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于加热待加热部件的加热装置，其特征在于，所述加热装置包括：柔性加热膜(500)，埋设有柔性电热元件，用于包覆在所述待加热部件的表面上，以对所述待加热部件进行加热；抽真空系统(600)，用于在所述柔性加热膜(500)密封地包覆在所述待加热部件的表面上的情况下，对所述柔性加热膜(500)的内部抽真空，使所述柔性加热膜(500)紧密贴附在所述待加热部件的表面上；控制单元(800)，控制所述柔性加热膜(500)的加热操作以及所述抽真空系统(600)的操作。

【技术特征摘要】
1.一种用于加热待加热部件的加热装置，其特征在于，所述加热装置包括：柔性加热膜(500)，埋设有柔性电热元件，用于包覆在所述待加热部件的表面上，以对所述待加热部件进行加热；抽真空系统(600)，用于在所述柔性加热膜(500)密封地包覆在所述待加热部件的表面上的情况下，对所述柔性加热膜(500)的内部抽真空，使所述柔性加热膜(500)紧密贴附在所述待加热部件的表面上；控制单元(800)，控制所述柔性加热膜(500)的加热操作以及所述抽真空系统(600)的操作。2.如权利要求1所述的加热装置，其特征在于，所述加热装置还包括压电传感器(560)，所述压电传感器(560)埋设在所述柔性加热膜(500)中，或者贴附在所述柔性加热膜(500)的内表面与所述待加热部件的表面之间，所述控制单元(800)根据所述压电传感器(560)的感测值控制所述抽真空系统(600)和/或判断所述柔性加热膜(500)的泄露位置。3.如权利要求2所述的加热装置，其特征在于，所述加热装置还包括第一温度传感器(540)和第二温度传感器(550)，第一温度触感器(540)用于感测待加热部件的温度，第二温度传感器(550)用于感测所述柔性加热膜(500)的加热温度，所述控制单元(800)根据所述第一温度传感器(540)和第二温度传感器(550)的感测值，控制所述柔性加热膜(500)的加热操作。4.如权利要求3所述的加热装置，其特征在于，所述柔性加热膜(500)为袋状或片状，并具有封口边缘，所述压电传感器(560)布置在所述封口边缘的周围。5.如权利要求3所述的加热装置，其特征在于，所述待加热部件为筒状结构并具有筒体，所述柔性加热膜(500)包括包覆所述筒体的外侧表面的第一加热膜(510)以及包覆所述筒体的内侧表面的第二加热膜(520)，所述压电传感器(560)布置在所述第一加热膜(510)和第二加热膜(520)的对接处周围。6.如权利要求3所述的加热装置，其特征在于，所述待加热部件包括本体部和从所述本体部凸出的凸出部，所述凸出部中设置有安装孔，所述加热装置还包括感应加热单元(700)，所述感应加热单元(700)包括感应加热器(710)，所述感应加热器(710)用于布置在所述安装孔中。7.如权利要求6所述的加热装置，其特征在于，在所述柔性加热膜(500)与所述凸出部与所述本体部连接的位置处布置所述压电传感器(560)。8.如权利要求1-4中任一项所述的加热装置，其特征在于，所述待加热部件包括筒体以及设置在所述筒体上的外法兰(203、204)，所述外法兰(203、204)具有多个螺栓孔，所述加热装置还包括感应加热单元(700)，所述感应加热单元(700)包括多个感应加热器(710)，所述多个感应加热器(710)用于分别设置在所述多个螺栓孔中。9.如权利要求8所述的加热装置，其特征在于，所述感应加热器(710)利用电磁感应的集肤效应，或者电磁感应的集肤效应和临近效应对所述外法兰(203、204)进行加热，通过所述外法兰(203、204)向所述筒体导热，使所外法兰(203、204)先于所述筒体膨胀，解除所述外法兰(203、204)对所述筒体膨胀时施加的压应力。10.如权利要求8所述的加热装置，其特征在于，所述感应加热单元(700)还包括连接所述多个感应加热器(710)的电磁线(720)以及感应加热电源(730)，所述多个感应加热器(710)通过所述电磁线(720)相互串联或并联。11.如权利要求8中所述的加热装置，其特征在于，所述待加热部件为永磁直驱风力发电机的转动轴(2)。12.如权利要求8所述的加热装置，其特征在于，所述感应加热器(710)在所述螺栓孔中设置为更靠近所述筒体。13.如权利要求8所述的加热装置，其特征在于，所述加热装置还包括绝热保温层，用于在所述柔性加热膜(500)包覆在待加热部件上之后覆盖在所述柔性加热膜(500)的外侧。14.一种用于加热待加热部件的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：用柔性加热膜(500)包覆所述待加热部件的表面，所述柔性加热膜(500)中埋设有柔性电热元件；将所述柔性加热膜(500)密封并利用抽真空系统(600)对柔性加热膜(500)的内部抽真空，使所述柔性加热膜(500)紧密贴附在所述待加热部件的表面上；利用所述柔性加热膜(500)对所述待加热部件进行加热。15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述柔性加热膜(500)中埋设有压电传感器(560)，或者在所述柔性...

【专利技术属性】
技术研发人员：马盛骏，
申请(专利权)人：北京金风科创风电设备有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11