[發(fā)明專利]用于風(fēng)機(jī)軸承拆裝的柔性感應(yīng)加熱電源及其控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410532427.6
• 申請日: 2014-10-10
• 公開（公告）號: CN104244479A
• 公開（公告）日: 2014-12-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張文波;田河江;陳鋒
• 申請（專利權(quán)）人: 北京金風(fēng)科創(chuàng)風(fēng)電設(shè)備有限公司
• 主分類號: H05B6/04
• 分類號: H05B6/04;H05B6/06
• 代理公司: 北京銘碩知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11286
• 代理人: 魯恭誠

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域，涉及一種用于大中型風(fēng)機(jī)軸承拆裝的柔性感應(yīng)加熱電源及其控制方法。

背景技術(shù)

兆瓦級(例如2.5MW)風(fēng)力發(fā)電機(jī)(簡稱風(fēng)機(jī))的主軸軸承體積和重量大，而風(fēng)力發(fā)電場一般地理位置偏僻(以荒灘、山地、草原和海邊為主)，將主軸和軸承一起運(yùn)輸回廠房完成拆卸和裝配的成本較高。因此，風(fēng)力發(fā)電機(jī)制造企業(yè)希望開發(fā)出一種能夠兼顧主軸軸承拆卸和裝配的裝置，而且該裝置適用范圍廣且體積小易于搬運(yùn)。圖1示出了風(fēng)機(jī)主軸與風(fēng)機(jī)軸承的拆裝的示意圖。

目前應(yīng)用較為普遍的軸承拆裝方法包括以下三種：機(jī)械法、注油法和溫差法。機(jī)械法為傳統(tǒng)方法，包括擊卸法、壓力法和拉拔法。注油法在大型軸承拆卸上替代機(jī)械法已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。溫差法就是通過軸和軸承之間的溫差產(chǎn)生間隙完成拆裝，具體包括干冰降溫法、油浴法、烘烤法、火焰加熱法和感應(yīng)加熱法。在拆卸過程中，必須明確軸承拆卸的注意事項(xiàng)：避免損傷軸，不能通過滾動(dòng)體傳遞拆卸力，當(dāng)軸承需要重新使用時(shí)，盡量避免損壞軸承。

感應(yīng)加熱法通過電磁感應(yīng)的方法來加熱軸承。此方法是目前過盈配合工件拆卸的主流研究方向，與其它類型的加熱技術(shù)相比，感應(yīng)加熱法具有顯著的優(yōu)勢：

(1)感應(yīng)加熱屬于非接觸式加熱，因此加熱中不會(huì)給加熱對象(工件)帶入雜質(zhì)；

(2)感應(yīng)加熱的加熱功率和區(qū)域可以得到準(zhǔn)確而快速的控制，因此局部加熱和溫度控制實(shí)現(xiàn)容易；

(3)感應(yīng)加熱過程中不會(huì)產(chǎn)生污染物且噪音小。

感應(yīng)加熱技術(shù)早在19世紀(jì)末就已經(jīng)出現(xiàn)在工業(yè)應(yīng)用中，但由于當(dāng)時(shí)沒有好的技術(shù)手段來生成和控制用于感應(yīng)加熱的高頻率電流(只能由體積巨大的中頻發(fā)電機(jī)組作為交流電源)，所以感應(yīng)加熱技術(shù)一直發(fā)展緩慢。直到1958年美國研制出第一個(gè)半導(dǎo)體可控硅(后稱晶閘管，SCR)之后，感應(yīng)加熱技術(shù)伴隨著電力電子器件性能的不斷改進(jìn)而飛速發(fā)展。

感應(yīng)加熱電源的輸出頻率是影響加熱效果的主要參數(shù)，工業(yè)上按照交流電源工作頻率的不同，將電磁感應(yīng)加熱技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域劃分為低頻領(lǐng)域、中頻領(lǐng)域、超音頻領(lǐng)域和高頻領(lǐng)域。

低于500Hz的交流電一般稱為低頻電，而感應(yīng)線圈中的電流頻率越低則渦流在導(dǎo)體內(nèi)的分布越均勻，同時(shí)加熱速度也越慢，因此低頻感應(yīng)加熱主要用于加熱速度沒有嚴(yán)格要求的大型工件透熱和保溫。雖然隨著半導(dǎo)體器件性能的不斷改進(jìn)，由全控型開關(guān)器件組成的逆變電源在性能上已經(jīng)超越了工頻電源(電網(wǎng)提供的工業(yè)用電，50～60Hz不等)，但由于工頻電源價(jià)格便宜、容量較大等優(yōu)點(diǎn)，目前工業(yè)上仍以工頻感應(yīng)加熱裝置為主。

1-20kHz的交流電一般稱為中頻電，在半導(dǎo)體開關(guān)器件發(fā)明之前只有中頻發(fā)電機(jī)組能提供中頻交流電，但中頻發(fā)電機(jī)組體積大且控制不易，所以自20世紀(jì)70年代開始由半導(dǎo)體開關(guān)器件組成的逆變電源已逐經(jīng)步取代中頻發(fā)電機(jī)組。而功率金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管(power?MOSFET)和絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)等大容量開關(guān)器件的出現(xiàn)則進(jìn)一步提升了中頻逆變電源的容量，目前歐美最大容量的中頻感應(yīng)加熱電源容量已經(jīng)達(dá)到MW級，而國內(nèi)同類型電源單機(jī)容量低于200kW。

25-100kHz的交流電一般稱為超音頻電，隨著半導(dǎo)體開關(guān)器件的出現(xiàn)，感應(yīng)加熱技術(shù)才逐步涉及這個(gè)領(lǐng)域。目前，日本在超音頻感應(yīng)加熱電源的研制技術(shù)上處于領(lǐng)先地位，早在20世紀(jì)90年代就開發(fā)出了基于IGBT的MW級逆變電源。由于國內(nèi)電力電子技術(shù)的落后，國內(nèi)超音頻逆變電源的研制雖然起步早但是與國外的差距依然巨大，目前同類產(chǎn)品的容量只有幾十kW。

100kHz以上的交流電一般稱為高頻電，由于電力電子技術(shù)的發(fā)展不足，國內(nèi)研究較少涉及這個(gè)領(lǐng)域，日本和歐美的發(fā)展方向則略有不同，其中日本以靜電感應(yīng)晶體管(SIT)技術(shù)為主，歐美則主攻MOSFET技術(shù)，兩者逆變電源容量相差無幾，都已達(dá)到MW級別。

雖然我國感應(yīng)加熱技術(shù)研究的起步時(shí)間與國外差距不大，但是直到20世紀(jì)80年代國內(nèi)感應(yīng)加熱技術(shù)才開始快速發(fā)展。目前，國內(nèi)感應(yīng)加熱裝置的加熱對象類型單一，工作頻率恒定，加熱對象溫度分布不可控，并不能滿足現(xiàn)代機(jī)械裝備制造業(yè)對于感應(yīng)加熱產(chǎn)品越來越多樣性的需求。

發(fā)明內(nèi)容