[發明專利]一種獲取精密風電齒圈加熱器的設計方法

有效

• 申請號: 202010167617.8
• 申請日: 2020-03-11
• 公開（公告）號: CN111414666B
• 公開（公告）日: 2022-02-11
• 發明（設計）人: 韓毅;肖瑤
• 申請（專利權）人: 燕山大學
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;G06F30/20;G06F119/08;G06F111/10
• 代理公司: 石家莊眾志華清知識產權事務所(特殊普通合伙) 13123
• 代理人: 趙小寧

本發明公開了一種獲取精密風電齒圈加熱器的設計方法，包括感應線圈、導磁體及風電齒圈；設計步驟如下：測量風電齒圈單齒齒寬、齒高、壓力角參數；依據參數設置初始感應加熱模擬中感應線圈結構；模擬感應線圈離散化設置；模擬感應線圈掃描加熱風電齒輪溫度場；完成加熱，擬合單齒上等溫線分布；提取xoy截面等值線溫度云圖；判斷溫度等溫線與齒廓間距是否符合淬硬層厚度要求；循環加熱和上述判斷過程保存所有值至數組；據此設計調整感應線圈結構參數，得到加熱均勻且圓滑過渡的單齒掃描感應線圈。本發明能夠自動匹配感應線圈與風電齒圈間距，基于此調整感應線圈形狀，實現風電齒圈齒廓方向上的均勻加熱，提高風電齒圈質量。

技術領域

本發明涉及感應加熱技術領域，尤其是一種獲取精密風電齒圈加熱器的設計方法。

背景技術

由于風能清潔可再生的特點以及我國風力資源豐富，風力發電前景廣闊。風電齒圈作為風力發電設備的重要基礎部件，齒輪箱失效占據風電系統失效的12％，約為工業齒輪箱平均失效幾率的2倍。而齒輪的失效占據風電齒輪箱失效的比例高達55％，一旦出現故障，難以修復且引起整體機組失效。風電齒輪箱不但是整個風力發電機組成本較高部分，約占風電機組總成本的18％左右，而且是風電機組的薄弱環節。提升大型風電齒圈質量，對提高高端風電機組自主化生產能力，突破風電關鍵構件壟斷制約，增強風電機組核心構件競爭力，具有重要意義。因此，對風電齒圈進行強化處理十分必要。

電磁加熱具有加熱效率高、綠色環保的特點，但是由于臨近效應和圓環效應等電磁加熱特點，風電齒圈齒側面溫度分布不均，導致冷卻后淬硬層厚度不均。在長期變負載作用下會造成齒面磨損和點蝕。逐齒掃描加熱是大型風電齒圈感應加熱的常用方式。在同領域研究中，曾對比研究利用V形線圈和π形線圈沿齒槽連續感應加熱，以提高齒面溫度分布均勻性。為提高大型風電齒圈齒面溫度分布均勻性，可通過調整線圈結構實現，但大量重復實驗不僅不便于線圈結構精確調整，還極大增加了生產成本。

發明內容

本發明需要解決的技術問題是提供一種獲取精密風電齒圈加熱器的設計方法，能夠自動匹配感應線圈與風電齒圈間距，基于此調整感應線圈形狀，實現風電齒圈齒廓方向上的均勻加熱，提高風電齒圈質量。

為解決上述技術問題，本發明所采用的技術方案是：一種獲取精密風電齒圈加熱器的設計方法，其特征在于：包括左右結構對稱的V形感應線圈、設置在感應線圈V形角尖端的導磁體以及被加熱的風電齒圈；所述感應線圈置于風電齒圈的兩齒間，且平行于風電齒圈端面并與兩齒齒側面間距相同；還包括以下步驟：

1)測量實際需加熱的風電齒圈，并獲取風電齒圈參數：單齒齒寬、齒高、壓力角；

2)根據風電齒圈參數設置初始感應加熱模擬中感應線圈結構；

3)模擬感應線圈離散化設置；

4)模擬感應線圈掃描加熱風電齒輪溫度場；

5)完成加熱，擬合單齒上等溫線分布；

6)提取xoy截面等值線溫度云圖，y＝n時對應溫度為T₁的等溫線與齒廓間距記為a_n；

7)判斷溫度為T₁的等溫線與齒廓間距a_n是否超過所需淬硬層厚度a；

8)若超過淬硬層厚度，則進一步判斷a_n與a差值是否超過△a；

9)若未超過所需淬硬層厚度，則將數值模擬中y＝n時對應感應線圈與齒側面間距b_n減小0.1mm，并據此對應調整y＝n時對應感應線圈結構尺寸，重新進行感應加熱模擬和數據提取，直到溫度為T₁的等溫線與齒廓間距a_n超過所需淬硬層厚度a；

10)判斷溫度為T₁的等溫線與齒廓間距a_n與所需淬硬層厚度a差值是否超過△a；