CN102237762A - 用于制造发电机转子的方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于制造发电机的转子的方法，包括步骤：将金属板轧制成内直径小于转子的期望端面内直径的周向上开口的圆形圆筒；焊接已轧制金属板的两个自由端，形成闭合圆筒；轧制所述闭合圆筒，以获得期望端面直径的转子。

Description

用于制造发电机转子的方法
技术领域
本发明涉及一种用于制造发电机转子的方法。
背景技术
大规模现代风力涡轮机，例如特别是用于无齿轮型风力涡轮机的直接驱动发电机中使用的发电的转子的制造工艺根据现有技术包括：将厚度大约为例如40mm的钢板轧制成具有期望外直径的周向上开口的圆形圆筒，焊接圆筒的相邻两侧以便形成圆周闭合的圆筒，紧接着在特殊车床上对圆筒进行后续处理，进行多个机加工工艺步骤，直到达到在考虑给定公差下的期望尺寸的转子。例如，对于直径大约为4m的外转子型发电机，内直径公差可以是+/-0.5mm，这对应于大约0.0125%的允许偏差。这些工艺步骤尽管具有以上描述类型的发电机通常具有的其它优点，但耗时、费用高，且牺牲了发电机的一些可用性。
发明内容
因此，本发明的目的是特别是在时间消耗和成本降低方面，提供一种发电机中使用的转子的改进制造方法。
这是通过本发明的用于制造发电机的转子的方法来实现的，包括步骤：
—将金属板轧制成内直径小于转子的期望端面内直径的周向上开口的圆形圆筒；
—焊接已轧制金属板的两个自由端，形成闭合圆筒；
—轧制闭合圆筒，以获得期望端面直径的转子。
根据本发明，从转子的制造工艺中去掉了耗时和因此费用高的步骤，原因具体是，不需要在上述车床上应用的焊接圆筒的耗时机加工工艺来获得期望尺寸的转子。
本发明的方法早在初始步骤中就与现有技术不同，即通过轧制内直径小于转子的期望内直径的金属板，形成周向上开口的圆筒。随后，焊接已轧制金属板的两个自由端即周向上开口的圆形圆筒的两个相邻侧，以便形成尚不具有期望的转子端面尺寸的闭合圆筒。期望的端面尺寸通过包括另一轧制工序的本发明方法的最后一步或在该步骤之后获得，即轧制闭合圆筒，以获得期望端面直径的转子。
由于比现有技术中已知的方法相比，本发明的方法特别不包括任何复杂即耗时、费用高的机加工工艺，所以在其制造工艺中不从转子中去掉任何材料，它被认为是生产发电机特别是大型发电机的转子的快速、成本有效的方式。因此，相比已知方法，根据本发明，每小时可获得多个圆筒的相对高的制造率。
如已知的，轧制代表一种塑性变形工艺，由此引导工件或金属板通过包括许多个旋转轧辊的辊磨机。由于轧辊的旋转，引导工件或金属板通过轧辊，从而被变形为周向上开口的圆形圆筒形状。通常，轧制是一种相当简单的机械工艺，由此轧辊的相对位置主要决定工件或金属板的变形程度。因此，轧辊的相对位置限定如此获得的变形的周向上开口的圆形圆筒的直径的尺寸。
当然，如果需要，可以重复变形工艺，即轧制工艺，以便分别获得或调节轧制工件或金属板的某些机械性质。
优选形成具有内直径是期望的转子端面直径的99-99.95%，特别地是99.5-99.95%的闭合圆筒。因此，分别在焊接之后，或者在最后的轧制工艺之前，闭合圆筒的直径仅仅稍不同于期望的端面尺寸。
金属板的轧制可以以冷轧或热轧来进行。两种技术都是众所周知的，提供轧制工件的不同机械性质。冷轧和热轧通常的区别在于执行轧制的温度。如果温度低于材料的再结晶温度，则轧制被称作冷轧，相应地，如果轧制是在高于材料的再结晶温度下进行的，则轧制被称作热轧。
通常在室温下执行的冷轧由于张力硬化会增大材料的强度。特别是，由于错位或缺陷被引入到材料的晶体点阵中，轧制材料的拉伸强度和硬度会提高。冷轧还负责某些表面抛光，通常满足紧密度公差。
比冷轧相比，在热轧中，材料的变形是在其再结晶温度之上执行的。在处理过程中晶粒变形之后，再结晶出现，其保持等轴的微观结构，防止金属加工硬化，即避免材料中残余应力的形成，导致热轧产品的良好尺寸稳定性。在热轧过程中，定期监控温度，以确保其保持在再结晶温度之上。热轧允许通过相当低的轧制周期数获得大的变形。
闭合圆筒的热轧以在热轧之后转子的直径超过转子的期望端面直径的方式执行是有利的，由此通过在热轧之后对热轧闭合圆筒进行后续冷却来获得期望端面直径的转子。因此，转子的端面尺寸在已经完全完成热轧闭合圆筒的冷却之后才会获得。冷却通常作为在热轧之后的直径后续工艺进行。因此，特别是不得不准确考虑轧制材料的热膨胀即热膨胀系数。换言之，热轧材料在冷却过程中即在温度从其热轧过程中的温度降低到操作工作温度的过程中从初始较大的直径“缩短”即收缩到期望的转子的端面直径。
本发明的又一实施例中，对焊缝进行后处理，以在焊接和/或轧制闭合圆筒之后，获得均匀一致的转子外表面和/或内表面。以此方式，可以去掉源于焊缝的可能的不规则造成转子的外和/或内表面上的不均匀，以便实现外观均匀均匀一致的的转子。只有在这种情况下，可能对转子执行特定程度的机加工。不过，这并不表示与上面指出的本发明的方法不包括去除任何材料的说明抵触，这是因为焊缝的后处理不会对转子的期望端面直径有贡献，而只是去掉焊缝的可能的重叠或超出部分。该步骤可以在焊接之后或者在闭合圆筒的轧制之后直接进行。还可以在两个步骤中对焊缝进行后处理，即直接在焊接之后作为第一步骤，以及在闭合圆筒的轧制之后重新作为第二步骤。
有利的是，在闭合圆筒的轧制之后，执行热处理。金属的热处理允许特别调整其机械行为或性质。已知各种用来影响金属特别是铁基金属的机械行为的热处理。通常，热处理涉及使用加热或变冷到通常到极限温度，从而获得期望的机械行为，诸如举例来说材料的硬化或软化。热处理技术包括退火、表面硬化、沉积硬化、加强、回火和淬火及其它。
优选地，退火或表面硬化作为热处理进行。退火是一种用来恢复冷加工、松弛金属内的应力的技术。退火典型地导致柔软、易延展的材料行为。在退火过程中，小的晶粒再结晶形成较大的晶粒。
表面硬化是一种合金元素的原子扩散到金属的表面以被硬化的工艺，其中使用最多的是碳或氮。所产生的表面比原材料更硬，从而不忽视韧性而提高耐磨性。
优选地，钢板用作金属板。应理解，也可以应用其它金属
根据另一方面，本发明涉及一种用于制造转子的轧制设备，包括多个轧辊，适于执行上述的方法。轧制设备能够接收金属板，随后将其移动通过许多个轧辊，以获得周向上开口的圆形圆筒，并进一步（即在焊接已轧制金属板的两个自由端之后）能够将闭合圆筒轧制成期望端面直径的转子。通常，轧制设备能够执行热轧或冷轧。它能够处理不同大小的金属板。
优选的是，轧制设备包括适于轧制闭合圆筒的内部的至少一个轧辊，该轧辊可在完成轧制之后从闭合圆筒的内部取出。以此方式，确保在完成本发明的方法之后，闭合圆筒可从轧制设备释放。
在本发明的又一实施例中，轧制设备包括用于冷却轧辊和/或轧制金属的冷却装置。冷却装置分别提供轧辊或轧制材料的受控的直接冷却工艺。由于塑料变形工艺使材料变热，冷却装置不仅在执行热轧时有用，而且在冷轧过程中也有用。
附图说明
在下文中，将参照附图详细描述本发明，附图中：
图1-图6示出了根据本发明一个实施例的本发明方法的原理图；和
图7-图12示出了根据本发明另一实施例的本发明方法的原理图。
具体实施方式
图1-图6示出了根据本发明一个实施例的本发明方法的主要操作。图1描述金属板1，即给定尺寸，即长度、宽度和厚度的可轧制钢的钢板。图2示出了金属板1在冷轧后形成周向上开口的圆形圆筒2，其具有几乎彼此接触的两个自由、毗邻或相邻的端3、4。开口圆筒2的内直径d1小于转子7的期望端面直径d2（比较图6）。图3示出了通过焊接开口圆筒2的两个自由端3、4产生的闭合圆筒5，从而形成焊缝6。图4示出了后处理焊缝6之后的闭合圆筒5。以此方式，闭合圆筒5获得均匀一致的的外表面、内表面，即同质的外观。而且，看得出，闭合圆筒5具有稍微小于期望端面直径d2的内直径d1。闭合圆筒5的内直径d1大约是转子7的期望端面直径d2的99.5%。为了获得转子7的期望端面直径d2，必须应用另一冷轧步骤。图5示出了在此最后的轧制工艺之后的闭合圆筒5，因此具有期望的端面直径d2。图6描述在另一热处理步骤之后的转子7。在此情况下，在冷轧闭合圆筒5之后，已经执行退火工艺。因此，由于已经减轻了残余应力，获得的转子7具有特定的机械行为，即坚韧、易延展。
应理解，轧制工艺可包括多个轧制操作。看得出，本发明的方法不涉及任何耗时的机加工工艺。
图7-图12示出了根据本发明另一实施例的本发明方法的主要操作。图7-图10本质上与图1-图4相同。在图7中，提供已知尺寸的金属板8。图8示出了冷轧之后的金属板8，从而形成具有两个自由相邻端10、11的周向上开口的圆筒9。从图9看得出，在焊接两个自由端10、11之后形成闭合圆筒12。由此，形成焊缝13。在图10中已经对焊缝13执行后处理，产生均匀一致的外观的闭合圆筒12。在已经完成这些步骤之后，闭合圆筒12具有稍微小于转子14的期望端面直径d2的内直径d1（比较图12）。闭合圆筒12的内直径d1大约是转子14的期望端面直径d2的99.5%。图11描述在已经执行热轧工序之后瞬间的闭合圆筒12，即材料仍在其再结晶温度之上被加热。由于热膨胀，闭合圆筒12具有稍微大于转子14的期望端面直径d2即超过端面直径d2的内直径d3。在此实施例中，转子14的端面直径d2是通过在热轧之后，导致材料收缩的闭合圆筒12的受控冷却工艺获得的。图12描述在冷却已经完全完成之后的转子14，因此，具有期望的端面直径d2。再一次在制造转子14的过程中没有进行机加工。
所有的轧制工艺是通过上述用于制造转子的轧制设备包括多个轧辊执行的。至少一个轧辊适于轧制闭合圆筒的内部，该轧辊在完成轧制之后可移出闭合圆筒的内部，以便释放轧制圆筒。提供冷却装置，以冷却轧辊和/或轧制金属。

Claims (12)

1.一种用于制造发电机的转子的方法，包括如下步骤：
将金属板轧制成内直径小于转子的期望端面内直径的周向上开口的圆形圆筒；
焊接已轧制金属板的两个自由端，形成闭合圆筒；
轧制所述闭合圆筒，以获得期望端面直径的转子。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，形成的闭合圆筒具有的内直径是期望的转子端面直径的99-99.95%，特别地是99.5-99.95%。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述金属板的轧制是以冷轧或热轧方式进行的。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述闭合圆筒的轧制是以冷轧或热轧方式进行的。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，执行所述闭合圆筒的热轧，使得在热轧之后，转子的直径超过转子的期望端面直径，从而通过在热轧之后对热轧闭合圆筒进行后续冷却来获得期望端面直径的转子。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，对焊缝进行后处理，以在焊接和/或轧制所述闭合圆筒之后，获得均匀一致的转子外表面和/或内表面。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，热处理是在轧制所述闭合圆筒之后进行的。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，退火或表面硬化作为热处理进行。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，使用钢板作为金属板。
10.一种用于制造转子的轧制设备，包括多个轧辊，其适于执行根据权利要求1-9之一所述的方法。
11.根据权利要求10所述的轧制设备，包括适于轧制所述闭合圆筒的内部的至少一个轧辊，该轧辊在完成轧制之后可以从所述闭合圆筒的内部移出。
12.根据权利要求10或11所述的轧制设备，其中，所述设备包括用于冷却轧辊和/或轧制金属的冷却装置。
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