[发明专利]加热炉

说明书

技术领域

本发明涉及一种加热设备，尤其涉及一种用于加热轴承的加热炉。

背景技术

热套安装是实现轴承与轴之间的安装的常用方法，主要有介质加热和电加热两种加热方式。在热套安装过程中，先使轴承加热膨胀，轴承内圈内径的膨胀量大于过盈量之后，轴承即可装配到轴上。对于风力发电机等大型部件的轴承目前常采用“油浴”方式、电磁感应加热器、热空气作为传热介质加热方式。

轴承加热的“油浴”法即属介质加热。安装前，把轴承放入矿物油池内，加热温度为80℃～100℃，加热时间根据轴承的材质、质量、特征尺度可以确定。但是，使用这种方法，轴承容易被污染，存在火灾危险。除了健康和安全这些考虑事项以外，还需考虑到环境，对油的处理问题，费用都非常高。对于新轴承，轴承油浴会损坏轴承防护油的作用。因此，对于大型风力发电机组的大尺度、大质量轴承热装配已经不再推荐使用“油浴”法。

感应加热法属于电加热法，具有高品质快速加热的特点。对于不同尺寸的轴承，需要配备不同尺寸的磁轭，轴承最大加热温度为100℃～120℃，需要保证被加热轴承与轴之间的温差在80℃～90℃，必须对轴承进行消磁，但是，此种加热方法存在深度彻底退磁的困难。而且，因为对大尺度、大质量轴承，在使用感应加热器加热时，还存在集肤效应现象，最大电流密度出现在轴承的表层，截面上的温度分布不均匀，“电流穿透深度层”以下的轴承材料仅能从已加热层以热传导的方式传递热能获得热量。另一方面，使用感应加热器容易致使轴承表面“产热”的同时，轴承也通过表面向安装环境不断散热。因此，轴承“涡流产热”本身均温效果差，轴承断面温度难以均一化。除了上述难以使轴承均温之外，还存在邻近效应。在对大质量、大尺度轴承进行感应加热时，感应器和轴承须同心安置。由于对称安置，轴承中电流分布才能对称均匀。但是，如果没有对称安置的工装，仅凭套装人员视觉感觉来放置，则难以做到同心安置，因此会造成电流密度分布不均匀，最终导致产热不均匀，热膨胀自然不均匀。另外，对于几十千瓦以上感应加热装置，所需要制造的电力电子感应加热电源的费用是空气介质传热加热炉费用的2-3倍以上。

电阻炉加热是以循环的热空气作为传热介质的一种加热装置，当气流通过电热元件表面时，以对流换热方式将热量带走，再以对流方式把热量传给轴承，采用的是以热空气作为传热介质对轴承表面对流传热为主辅以辐射传热的复合方式。为了减小气流进口端与出口端的温差，以及合理均匀地布置电热元件，采用圆形截面的炉子较为有利。

图1示出了传统的加热炉的截面示意图。如图1所示，加热炉体分为炉盖1和炉盆底3两部分。加热炉体由型钢及钢板焊接而成，炉衬8使用硅酸铝纤维岩棉通过平铺与叠铺的方法填充在内胆与护壳之间，用于绝热保温。炉盖1顶部中心位置设置炉用电机2，可采用法兰进行固定。炉用电机2驱动离心风机4作为空气流动的动力。离心风机4下方设置有上导流板11，上导流板11包括圆形的水平部分和环形的竖直部分，通过导流板拉杆14悬吊在加热炉炉盖1的下侧。上导流板11的水平部分与炉盖1内壁之间形成空气流道的上盖辐流通道部分。炉盆底3内与上导流板11的竖直部分同轴设置有环形的下导流板7，上导流板11与下导流板7在炉盖1与炉底3和缝后在内部形成对接，从而在上导流板11的竖直部分以及下导流板7与炉子内壁之间形成环形气流通道。炉底3内部采用槽钢作底架12支撑轴承5，并用于导风，以增强炉温均匀性。在下导流板7与炉底3内壁留有等高间隙，供来自上盖的气流经环状间隙从炉底间隙流入被加热轴承区域（见图1的箭头所示）。气流沿着轴承5的下端面冲刷，横掠轴承圈部件、轴承上端面，对轴承部件表面放热后汇流到离心风机4的吸风口。通常在上盖辐流通道内设置一定数量的电热元件6作为加热器加热流动空气，电热元件6沿圆周均匀分布。被加热大型轴承部件5在炉盆底3与环形导流板7同轴等间距放置在多点面支撑上，具体地，由设置在炉盆底3中的槽钢均流支撑件12支撑轴承5的下端面。

加热过程，利用传感器9测量轴承5的外表面温度，传感器10测量空气温度，从而对循环热空气温度、轴承部件表面温度进行实时跟踪测量，对加热器电热元件工作采用分区控制。

热空气横掠轴承对流换热，表面传热准则方程式：Nu=CReⁿPr^0.33，“Nu”为对流换热的努谢尔数，“Re”为流体流体的雷诺数，“Pr”为流体的普朗特数。非圆形截面柱体实验关联式中的系数C和常数n列表如下：