风力发电机主轴轴承感应加热装配工艺

风力发电机主轴轴承感应加热装配工艺

师江涛 ,张晶涛 ,伏志红 ,张鹏程

中车永济电机有限公司      山西永济      044502

摘要：目前国内风电机组主轴轴承大多采用外圈滚珠及内外圈滚道的结构形式，滚珠及滚道采用淬火工艺后再进行滚动轴承的装配。对于淬火后的滚道及内圈，传统工艺一般采用砂轮打磨，然后采用回火处理，该方式消耗大量的能源，且修复工作难度大。

关键词：

引言

在风电机组主轴轴承装配现场中，采用感应加热装配方式代替砂轮打磨，不仅降低了能源消耗、提高了工作效率、节省了成本投入，而且修复后轴承内径尺寸及游隙均能满足要求，最重要的是避免了淬火后轴承内圈变形问题。该工艺可满足对风电机组主轴轴承进行快速加热和修复的要求；具有加热速度快、功率消耗低、无噪音、不污染环境等特点。适用于不同直径及形状的风电机组主轴轴承。

一、感应加热装配工艺原理

感应加热是利用电磁感应原理将具有一定阻抗的电流导入工件，产生局部高温使材料气化，使金属表面形成局部高温并持续保持，从而达到局部加热的目的。

感应加热装配的主要原理是：在轴承外圈端面焊接感应线圈，并将功率较大的感应线圈均匀分布在轴承外圈上，每个轴承内径圆周上布置感应线圈一圈。在靠近轴承内圈端面两端焊接一个小型功率较小的金属熔化体（如铁块、铝块等），利用电磁感应原理把金属熔化体加热到较高温度，使其气化成气体并不断向轴承外圈内壁渗透。同时，根据工件与感应线圈的距离不同，将电能转化为热能使金属熔化而达到加热的目的。对感应线圈和金属熔化体进行有效地匹配是保证电流效率和温度分布均匀性的关键。

通过上述原理，在不需要进行热处理的情况下就可以直接进行热处理装配作业。

二、感应加热安装设备

感应加热安装设备由机架、电动机、电源控制器、冷却风机等组成。感应加热安装设备将感应线圈和轴承安装在机架上，并将电动机和电源控制器装在机架的两侧，冷却风机安装在机架的顶部。感应加热装置由变压器、线圈、电阻箱等组成。

感应加热装置的功率是由电动机提供的，所以电动机应与被加热材料保持一定的距离。为了实现快速加热，采用直流或交流电源。线圈与被加热材料之间距离约为300 mm。采用直流或交流电源时，绕组和线圈之间应设置良好的绝缘装置，以免发生短路。

为了使感应线圈与被加材料紧密接触，安装在加热器中的电缆线应尽可能短，绕组与加热器表面的距离应尽可能小。

三、测量轴承尺寸

测量前将轴承内圈加热至250℃左右，并对轴承内、外圈进行均匀加热，使滚道温度达到70℃~80℃左右，然后使用塞尺测量内径、外径，并记录。

测量轴承内径时，将轴承内圈加热至180℃左右后取出，在其外表面涂上一层硬脂酸盐漆进行保护，然后用塞尺测量轴承内径尺寸；测量外径时同样使用塞尺，但只需将轴承内圈加热至180℃左右即可取出，并将内圈涂上硬脂酸盐漆保护，然后用塞尺测量外径尺寸。

测量轴承游隙时，将轴承内圈加热至150℃左右后取出用塞尺测量游隙尺寸。

上述尺寸测量完成后对所有轴承内、外圈进行冷却。冷却温度控制在70~80℃左右为宜。

四、清除轴承内圈与滚道之间的异物

轴承内圈与滚道之间存在异物，会使轴承内圈变形或损坏。对于内圈的异物，一般采用人工锤击的方式来清除。对于滚珠和滚道，则需利用电动工具进行清除，电动工具可以使用风枪、高压气枪等进行清除。

感应加热装配技术对风电机组主轴轴承进行修复时，既要保证其具有较好的物理性能，又要满足其修复后的尺寸精度和形位精度要求。为此在感应加热装配技术中采取了以下几种措施：

利用感应加热装配技术对风电机组主轴轴承进行加热修复时，采用先进的加热装置及控制系统，可实现对风电机组主轴轴承的快速加热及快速修复。

采用先进的材料焊接技术，可保证在焊接过程中不出现变形、断裂等问题。

采用先进的表面处理技术，如激光熔覆等，可以极大地提高风电机组主轴轴承修复后的尺寸精度及形位精度。

采用先进的热处理工艺，保证了在感应加热修复过程中轴承内圈和滚道的形位精度。

五、配合面处理

在感应加热装配过程中，配合面会受到不同程度的损伤，需要对配合面进行处理，以确保修复后的配合面满足工艺要求。

一般的热处理后配合面有一层氧化皮或氧化膜，其厚度一般为1 mm~2 mm，去除这层氧化皮或氧化膜是保证轴承内圈与外圈尺寸、游隙符合要求的关键。常见的处理方法有打磨和喷砂两种。使用砂轮打磨配合面时，其表面粗糙度要求为 Ra1.6~0.4 um；使用喷砂时，其表面粗糙度要求为 Ra1.6~0.6 um。

我公司风电机组主轴轴承感应加热装配采用喷砂工艺配合面处理，确保了修复后的配合面满足工艺要求。对需要打磨处理的部位，在喷完砂后进行砂纸打磨；对需要喷砂的部位，在喷完砂后用砂布打磨。

六、主轴及轴承座的装配工艺

(1)将锁定盘挂在轴上，然后用相应的螺钉将其固定在轴上，以保证两者的紧固性，如果螺钉没有拧紧，就会导致螺钉断裂。

(2)目前使用的是用高频加热器的加热法来对轴套管进行加热。首先，将轴套管1用一个高频率的加热器加热到80摄氏度。在轴承座加热完成后，要采用专门的提升装置，把轴承1吊到主轴安装的地方。与此同时，保证套管1的斜面是面向下的。这个过程完成后，在套管1的温度下降到常温的时候，清洗套管的上边，然后用胶水将其均匀地涂在上面，然后把它挂在支架上，并让检验员对其进行检查。

(3)将使用高频加热器来进行轴承的加热。在进行加热器时，应确保90~110摄氏度的加热器。请留意此处的轴承最大升温不能高于120摄氏度，以免对其产生损害。在加热完毕后，将轴承运动至轴的固定位置，待对座固定好后，将球沿顺时针的顺序注入到支座中。一定要在这个工艺中，一定要保证在这个过程中，润滑脂的数量要达到一定的比例，并使其达到一定的体积的40%至60%。在此基础上，利用高频加热器将轴承2的轴向温度升高到80度，并通过特殊的悬挂装置将轴承2吊到主轴的安装状态。用高频加热器将支承底座加热到80度，然后将其悬挂在支承上。在将轴承架放入常温后，将其吊起。请务必确保上密封件安装到位，端盖安装，螺栓固定，吊起锁紧螺母，拧紧并安装锁紧机构。

(4)用相同的方法，用高频加热器的加温方法将轴衬1加热到65摄氏度，并在确保套管1的倒角面朝向下的情况下，使套管1运动到心轴安装位置。接着，在套管1的降温温度降低至与室温基本一致时，对套管1进行清洗，并将其均匀地涂满。接着，关于套管1的加工工作与（3）中的工艺过程大体类似，应关注的问题也与上面所描述的程序相同。也就是说，在90摄氏度到110摄氏度的范围内，不要大于120摄氏度。和在轴承中加入的润滑油应该是均匀的，其油脂含量应该是在轴承内部体积的40%-60%以上。另外还需将支承架降温到室温，吊运盖，上密封圈安装到位，端盖安装，螺栓固定，吊起锁紧螺母，拧紧并安装锁紧装置，所有紧固螺栓必须均匀地涂抹锁紧材料。

(5)将上述装配和清洗好的主轴放入专门的模具架子中。接着把轴承座的中、下盖装好，把密封件固定好，装上端盖，拧紧螺栓。然后将二硫化钼均匀地涂于锁销的轴端，将锁销插入轴承座，调节锁销的位置，安装轴承座的螺栓，定位销和配件，然后将螺栓紧固。当闭合孔没有干扰后，锁销穿过锁，回到原处，将d-m12型空气过滤器装在两个支承上。所有固定螺钉都要用锁紧材料，并确保每个零件都已正确地固定。

七、感应加热安装调试

感应加热安装调试主要包括以下几个环节：确定感应加热装配方式；检查设备运行情况；确认是否满足感应加热装配的要求；检查设备的接地系统；检查感应加热装配设备与电机之间的电缆线是否匹配；连接好冷却水系统、设备操作面板，并依次接通电源，按照工艺要求进行感应加热装配；对轴承座进行加热，如发现异常情况及时停机处理；启动设备，观察是否达到工艺要求。

结束语

而风机的安装过程直接关系到风机的运行周期，甚至是风机的寿命。因此，对风机轴承进行科学而严格的组装是非常有意义的。

参考文献

[1]王庆伟. 感应加热技术在风力发电机轴承热装中的应用[J]. 中国重型装备, 2019(4):3.

[2]左勇刚, 李胜兰, 李淦林. 一种具有调位功能的风力发电机主轴轴承恒温组装装置:, CN114453826A[P]. 2022.