尚亚成
中车永济电机有限公司，山西 永济 044500
摘要：轴承作为风力发电机的关键零部件，轴承装配至关重要，直接影响着轴承的寿命；为提高2.XMW风力发电机装配质量和提升发电机装配能力，本文主要针对2.XMW转轴加热温度不均匀，从设计、工艺进行了原因分析，并针对性地提出了相应的解决措施。
关键词：轴承装配 过盈配合 动轴加热炉 中频加热器 加热温度
0引言：
风力发电是通过风能转化为机械能，再由机械能转化为电能，这其中机械传动部分即主传动链非常关键，主轴轴承是主传动链上的关键零部件，目前各大风机厂家为了保证轴承可靠性均选取SKF、FAG和TMK等世界一流品牌，轴承本身的质量得到保证；为了保证发电量，避免轴承在运行中提前失效，导致风力发电机下塔，主轴轴承的装配工艺尤为重要。
与2.0MW风力发电机相比，2017年公司推出2.XMW风力发电机，单台发电量提高12%；电机采用双轴承结构，轴承外圈与动轴属于过盈配合，需要加热动轴完成装配，试制期间通过中频加热器加热，但中频加热器对动轴轴承安装面加热的均匀性较差，中频加热器只有一个传感器检测温度，需要将此传感器吸附在温度最高处，在加热的同时需要操作员工用红外测温枪辅助测量，实时监控温度，避免温度超差，难以保证加热质量及生产效率。
1轴承装配工艺
1）使用耐磨丝毛刷清理动轴螺纹孔，使用净洗剂和大布清理轴承安装面和转轴止圈安装面，将中频加热器电缆线缠绕到动轴小端，电缆线与动轴外表面相切，间距均匀，固定牢靠，绕置3~4圈，加热温度100℃，保温30min；
2）使用吊具安装BT轴承外圈，将转轴端盖安装到动轴小端端面；
3）将中频电缆线缠绕到动轴大端，电缆线与动轴外表面相切，间距均匀，固定牢靠加热温度100℃，保温30min，
4）拆除中频电缆线，安装动轴组件；
2 原因分析
中频感应加热器的原理为交变的电流产生交变的磁场，在利用交变的磁场产生涡流达到加热的效果，工件放到感应器内，感应器一般是输入中频或高频交流电的空心铜管产生交变磁场，在工件中产生出同频率的感应电流，这种感应电流在工件的分布是不均匀的，在表面强而在内部很弱，到心部接近于0，工件上的涡流由于集肤效应，沿工件横截面由表面至中心按指数规律衰减；动轴材质为球墨铸铁，且各部位壁厚厚度不一致，同时由于动轴外形复杂，中频电缆线缠绕疏密程度不一致，而且加热过程中动轴暴露在空气中，热量损失较大，导致动轴加热均匀性较差。
3应用研究
目前行业主要加热方式有：涡流加热、电热丝加热和中频加热器。涡流加热器加热速度快，可以使工件在极短的时间内达到所需的温度，缺点是设备比较复杂，感应部件互换性和适应性较差，不宜于在一些形状复杂的工件上应用等；中频加热器加热速度快，可以应用一些形状复杂的工件，缺点设备昂贵，中频加热器电缆线易损伤，不易于维护。电热丝加热广泛应用于公司各机型动轴加热和转子加热，设备稳定，运行期间能够满足转子和动轴加热要求，通过温度控制系统和报警装置能够保证产品质量。通过对该设备技术水平和工艺能力分析，动轴加热炉采用加热丝加热，技术水平虽低于中频加热器，但考虑到用电经济性，设备维护简单程度，加热效果等综合考虑，采用电热丝加热最适合2X批量生产要求。根据动轴结构和外形尺寸确定加热炉结构尺寸，加热炉主要由炉体、加热元件、空气循环系统和控制系统组成，整体采用钢结构框架，内外侧加蒙皮，中间使用耐高温岩棉填充，采用内部空气整体循环，进行温差互补，增加温控装置，提高可靠性.
2.XMW动轴加热炉主要技术参数：
a.额定功率：36KW；
b.额定温度：110℃；
c.额定电压：380V；
d.加热方式：热辐射；
e.炉膛有效尺寸：5623mm；
f.外形尺寸：Φ3672*4710；
对加热炉设置加热分区，底座均匀分布6组加热丝，加热盖均匀分布9组加热丝,各共计15组，单组加热丝功率为2KW，工作电压220V，总功率33KW，加热管使用发热量大寿命长的镍铬合金加热丝发热，柱体外增加不锈钢散热翅片，加快热量发散，提高升温效率和炉温均匀性。传感器使用PT100测温头，传感器长5米，共设置4组，底座2组，加热盖2组，底座和加热盖传感器分别放置于动轴大小端内外壁；采用整体式温度控制，当动轴整体达到要求的温度后，所有加热管停止加热。当动轴某点温度到达下限后，加热设备加热重新启动，采用内部空气整体循环，进行温差互补，增加温控装置，提高可靠性；离心风机选用4级电机，功率3KW。
4加热工艺参数确定
动轴加热后轴承安装面膨胀，由过盈配合变为间隙配合，便于轴承的安装，目前2.X发电机轴承和动轴尺寸如下表：
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容易得出：动轴小端与BT轴承配合过盈量为0.12～0.31mm，动轴大端与NU轴承配合过盈量为0.21～0.43mm。要想轴承顺利准确装配，一般装配间隙：0.15～0.3mm，为算的最大膨胀量，取装配间隙为0.3mm，动轴加热前后的膨胀量为：
△d=δ+0.3 （1-1）
式中△d为膨胀量，δ过盈量，为算的最大膨胀量，动轴小端δ取0.31mm，动轴大端取0.43mm，则动轴小端膨胀量△d=0.61，动轴大端膨胀量△d=0.73，动轴加热温度为：
T1=T0+△T （1-2）
△T=△d/（d×α） （1-3）
式中T1为轴承设定加热温度，T0为为环境温度，△T为T0为20℃时动轴温升，α为动轴线膨胀系数α=11.2×0.000001/°C，
动轴大端加热温度为：
T=T0+△T=20+0.73/（1430*11.2*0.000001）=66℃；
动轴小端加热温度为：
T=20+0.61/(950*11.2*0.000001)=77.3℃；
因轴承装配过程中动轴会逐渐冷却，根据装配经验，装配时间约5min，一般温度下降5～10℃，考虑夏季和冬季环境温度等因素，为保证加热温度和加热效率冬季加热温度取90℃，夏季加热温度取100～110℃。
5结语
大型风电机组轴承的装配工艺直接影响风机的可靠运行，本文通过对直驱发电机结构、工艺等方面分析，找出了动轴膨胀量均匀性差的原因，提出了设计动轴加热炉改善方案，重点介绍了动轴加热工艺参数的确定，通过严格的工艺控制，保证轴承的装配质量。
参考文献
（1）成大先，机械设计手册，北京：化工工业出版社，2004.
（2）赵长汉，感应加热器原理及应用，天津；天津科技出版社，1993.