張蓉

（東方電氣集團(tuán)東方電機(jī)有限公司 四川德陽(yáng) 618000）

1 引言

隨著國(guó)家能源戰(zhàn)略政策的調(diào)整，風(fēng)力發(fā)電作為清潔能源和可再生能源越來(lái)越受到國(guó)家的重視，風(fēng)力發(fā)電設(shè)備制造業(yè)蓬勃發(fā)展。為了占領(lǐng)風(fēng)電市場(chǎng)，東方電氣集團(tuán)東方電機(jī)有限公司先后自主研發(fā)并制造了多種機(jī)型的風(fēng)力發(fā)電機(jī)產(chǎn)品，其中永磁直驅(qū)同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)即第三代風(fēng)力發(fā)電技術(shù)，因其具有較好的可靠性及穩(wěn)定性已成為目前的主流機(jī)型。

軸承作為永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的核心部件，其直徑較大，均在1500mm以上，與轉(zhuǎn)軸之間的裝配過(guò)盈量約1mm，多采用加熱軸承的方式進(jìn)行裝配。軸承加熱的方式和過(guò)程控制優(yōu)劣直接影響軸承的性能質(zhì)量，進(jìn)而影響發(fā)電機(jī)的運(yùn)行性能。感應(yīng)加熱器應(yīng)用于軸承加熱，安全可靠、可操作性強(qiáng)、潔凈度高，不但保證了軸承本體質(zhì)量性能不受裝配過(guò)程的影響，而且還大大提高了軸承裝配的效率。

2 感應(yīng)加熱的原理和特點(diǎn)

感應(yīng)加熱是利用電磁感應(yīng)的使被加熱的材料內(nèi)部產(chǎn)生電流，依靠渦流的能量達(dá)到加熱的目的。在加熱的過(guò)程中，迅速變化的電流流過(guò)金屬工件時(shí)產(chǎn)生集膚效應(yīng)，在金屬表層產(chǎn)生很高的熱源，再利用受熱工件自身作為熱源進(jìn)行熱傳遞。

根據(jù)感應(yīng)加熱的特點(diǎn)：在熱傳遞的過(guò)程中，如果升溫速度過(guò)快，就會(huì)在厚大工件的不同區(qū)域產(chǎn)生一定的溫度梯度，高溫區(qū)產(chǎn)生較大的拉伸應(yīng)力而收到低溫區(qū)的限制，由此產(chǎn)生一定的溫度應(yīng)力，當(dāng)溫度應(yīng)力達(dá)到材料的屈服點(diǎn)時(shí)，工件會(huì)產(chǎn)生永久的塑性變形[1]。

3 感應(yīng)加熱設(shè)備的選擇和參數(shù)設(shè)置

選擇的中頻感應(yīng)加熱器型號(hào)為ATECFR-80/380T-B15F，恒溫控制模式，其主要調(diào)節(jié)參數(shù)為：升溫速率、溫度最大值、恒溫PID比例系數(shù)、恒溫PID積分時(shí)間、恒溫PID微分時(shí)間、預(yù)置PID積分以及超溫差設(shè)定等。根據(jù)感應(yīng)加熱的原理說(shuō)明，在使用感應(yīng)加熱器加熱軸承前，需對(duì)感應(yīng)加熱器的各項(xiàng)參數(shù)功能充分了解，否則使用感應(yīng)加熱的方式加熱軸承，可能會(huì)對(duì)軸承的尺寸精度造成影響，存在較大的安全隱患，必須尋找一個(gè)溫度和時(shí)間相對(duì)線性的升溫速率，控制合理的始溫-終溫時(shí)間。

3.1 軸承外圈加熱參數(shù)設(shè)置

經(jīng)過(guò)多次參數(shù)設(shè)置測(cè)試，軸承外圈加熱參數(shù)按表1進(jìn)行設(shè)置，滿(mǎn)足軸承外圈加熱要求。

表1 外圈加熱參數(shù)

在軸承外圈上布置的6點(diǎn)測(cè)溫傳感器反饋溫度值，每10min采集一次，得到軸承外圈升溫速率，如圖1所示。

根據(jù)升溫速率曲線可知：最大溫差4℃；升溫速度較均勻，100℃之前升溫速率基本呈現(xiàn)線形；超過(guò)設(shè)定保溫溫度僅0.8℃。

因此，加熱時(shí)間1h，升溫速率基本呈線形，保溫時(shí)最高溫度未大幅度超過(guò)設(shè)定溫度，可滿(mǎn)足軸承外圈加熱的需要。

3.2 軸承內(nèi)圈加熱參數(shù)設(shè)置

經(jīng)過(guò)軸承外圈參數(shù)設(shè)置測(cè)試，軸承內(nèi)圈加熱參數(shù)按表2進(jìn)行設(shè)置，滿(mǎn)足軸承內(nèi)圈加熱要求。

圖1 軸承外圈升溫速率曲線

表2 內(nèi)圈加熱參數(shù)

同樣，在軸承內(nèi)圈上布置的6點(diǎn)測(cè)溫傳感器反饋溫度值，每10min采集一次，得到軸承內(nèi)圈升溫速率，如圖2所示。

圖2 軸承內(nèi)圈升溫速率曲線

根據(jù)升溫速率曲線可知：最大溫差4.5℃；升溫速度較均勻，100℃之前升溫速率基本呈現(xiàn)線形；超過(guò)設(shè)定保溫溫度僅0.6℃。

因此，加熱時(shí)間1h，升溫速率基本呈線形，保溫時(shí)最高溫度未大幅度超過(guò)設(shè)定溫度，可滿(mǎn)足軸承內(nèi)圈加熱的需要[2]。

4 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況

使用感應(yīng)加熱器加熱軸承時(shí)，按照表1和表2內(nèi)、外圈參數(shù)，分別設(shè)置軸承內(nèi)外圈感應(yīng)加熱器。首先，開(kāi)啟外圈加熱器電源將軸承外圈加熱至110℃。軸承外圈在110℃下保溫30min后，繼續(xù)在110℃溫度下進(jìn)行保溫，開(kāi)啟軸承內(nèi)圈加熱器電源，開(kāi)始對(duì)軸承內(nèi)圈進(jìn)行加熱至110℃，保溫60min。

在加熱的過(guò)程中，使用PT100鉑熱電阻對(duì)測(cè)溫點(diǎn)附近測(cè)溫，校核感應(yīng)加熱器的反饋溫度值。

軸承加熱后，水平起吊軸承，測(cè)量軸承內(nèi)徑4點(diǎn)尺寸，要求測(cè)量得到的內(nèi)徑尺寸≥軸承名義尺寸+1.5mm，根據(jù)表3實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)可知，軸承加熱后內(nèi)徑尺寸滿(mǎn)足軸承熱套要求。

表3 軸承內(nèi)徑實(shí)測(cè)值（單位：mm）

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，得出以下討論：

（1）根據(jù)軸承尺寸規(guī)格的不同，中頻加熱電源在恒溫模式下可通過(guò)調(diào)節(jié)升溫速率、溫度最大值、恒溫PID比例系數(shù)、恒溫PID積分時(shí)間、預(yù)置PID積分以及超溫差設(shè)定可將加熱速率調(diào)整至接近線形的狀態(tài)。

（2）在加熱軸承時(shí)，需先對(duì)軸承外圈進(jìn)行加熱，待外圈升溫至預(yù)設(shè)溫度，保溫至少0.5h后，再對(duì)內(nèi)圈進(jìn)行加熱，避免軸承內(nèi)、外圈的膨脹速率不同對(duì)軸承造成損傷。

（3）在軸承內(nèi)外圈加熱過(guò)程中需由專(zhuān)業(yè)操作人員對(duì)軸承升溫、保溫等過(guò)程進(jìn)行嚴(yán)格的監(jiān)控，確保加熱過(guò)程受控，避免突發(fā)事故對(duì)軸承造成損傷。

（4）通過(guò)對(duì)軸承加熱電源及控制模式的選取、加熱參數(shù)的設(shè)置進(jìn)行詳細(xì)的總結(jié)并應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)中的軸承加熱，使軸承裝配速率大大提高，同時(shí)保證了軸承的潔凈度和軸承的質(zhì)量，為永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的批量化生產(chǎn)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。