CN103088200A

CN103088200A - 加热炉

Info

Publication number: CN103088200A
Application number: CN2013100428310A
Authority: CN
Inventors: 马盛骏; 许磊; 詹军; 李永生; 赵涛
Original assignee: Beijing Goldwind Science and Creation Windpower Equipment Co Ltd
Current assignee: Beijing Goldwind Science and Creation Windpower Equipment Co Ltd
Priority date: 2012-12-31
Filing date: 2013-02-01
Publication date: 2013-05-08
Anticipated expiration: 2033-02-01
Also published as: CN203112889U; CN103088200B

Abstract

本发明提供了一种加热炉，所述加热炉包括炉盖、炉底盘、加热器、设置在炉盖下方的风机以及设置在炉底盘上的轴承支撑件，炉盖和炉底盘接合后形成密闭加热腔以加热设置在轴承支撑件上的轴承，其特征在于，所述加热炉还包括导流板，所述导流板包括水平导流板以及从水平导流板外周竖直向下延伸的环形导流板，环形导流板与加热腔内壁之间形成环状气流通道，环形导流板内侧设置有第一分流器，所述第一分流器包括水平气流通道，进入环状气流通道中的总气流的一部分被分流进入所述水平气流通道内，喷吹轴承外圈表面。

Description

加热炉

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：

Re	C	n
			5x10³-1.95x10⁴	0.16	0.638
1.95x10⁴-10⁵	0．0385	0.782

根据这些关系式就可以对加热炉加热轴承进行热分析和热设计。从各参数场的角度，对流换热的性能不仅取决于流体（热空气）的速度和物性，以及流体与固体（轴承部件）壁面的温差，而且还取决于流体速度场和流体热流场间的协同程度。在相同的速度和温度边界条件下，它们的协同程度愈好，则换热强度就愈高。

然而，当采用图1的加热炉对大型轴承进行加热时，热空气从炉底与环形导流板间通过，虽然也存在人造风道，但在强制对流换热方式上“只是横掠”轴承部件。在炉内离心风机4的驱使下，气流在整个空间内整体大规模流动，因此气流冲刷轴承部件接触面时缺乏针对性、方向性和轴对称性，导致轴承部件的外圈、内圈受热面沿轴向高度径向膨胀速率没有做到轴对称，没有做到针对轴承现有结构完成设计者关心的最大热量输运速率。此外，现有技术中的加热炉的设计只讨论了集中参数（如来流速度、流体与壁面的特征温差等）与对流换热系数h的关系，而没有从各参数“场”的角度考虑设计其对流换热系数h的影响。因此，从强化传热对流换热问题物理机制的场分析的角度去衡量，发现现有技术中的加热炉中的速度场和热流场“协同性”不好，场协同度差，带来轴承轴向高度上热应力不对称。

此外，在利用图1的加热炉对大型轴承进行加热时，距离大型轴承受热面较远处的空间里的空气始终接收加热，该空间大，空气流量大，导致启动阶段温度上升迟滞惯性大，离心风机驱动温度较低的冷风与轴承换热，炉用电机、离心风机电耗做功的利用率极低。这一阶段失去了设置离心风机的应有作用。另一方面，由于轴承内部的大空间的存在，进入炉底盘的气流会绕过轴承走流通阻力最小的路径，即，从轴承中心位置被吸入离心风机，结果是，冲刷轴承的气流被“旁路”掉，轴承没有得到流程中高速气流区域的全部热空气的直接冲刷，换热效率降低。

因此，现有技术中的加热炉对大尺度大质量轴承的加热存在场协同度差、轴承温升慢，膨胀不均、换热效率低等多种问题。

发明内容

本发明的目的在于至少解决现有技术中的一部分技术问题。

本发明的一方面在于，提供一种加热炉，在该加热炉中，构造气流分流器，使得轴承部件的外圈、内圈、上端面、下端面均受到热气流的喷吹加热，从而使轴承部件端面温度快速均一化。

本发明的另一方面在于，提供一种加热炉，在该加热炉中，设置了高效换热绝热节能腔，固化封闭离心风机下方、轴承内圈以内区域，限制了远离轴承受热面的空气流动，从而对轴承表面换热不必要的空间进行围堵限制，构造以轴承部件表面对称受热的流线型固体围成的换热空间。

根据本发明的一方，提供了一种加热炉，所述加热炉包括炉盖、炉底盘、加热器、设置在炉盖下方的风机以及设置在炉底盘上的轴承支撑件，炉盖和炉底盘接合后形成密闭加热腔以加热设置在轴承支撑件上的轴承，所述加热炉还包括导流板，所述导流板包括水平导流板以及从水平导流板外周竖直向下延伸的环形导流板，环形导流板与加热腔内壁之间形成环状气流通道，环形导流板内侧设置有第一分流器，所述第一分流器包括水平气流通道，进入环状气流通道中的总气流的一部分被分流进入所述水平气流通道内，喷吹轴承外圈表面。

所述水平气流通道可为由多层板形成的多层水平气流通道，其中至少一个水平气流通道沿着径向向内的方向通道截面积逐渐缩小而具有渐缩喷管功效，通过所述至少一个水平气流通道的气流在轴承外圈处形成射流。

所述水平气流通道的最上层板可延伸到轴承外圈的上方，下面各层板从上至下与轴承外圈表面之间的间隙逐渐变窄，并且满足流体连续性原理要求。

所述水平气流通道径向外端设置有第一导流装置，以引导气体进入水平气流通道内。

在第一分流器下方设置有第一密封结构，第一密封结构与第一分流器下端以及轴承外圈下端密封接触，并与炉底盘之间形成预定间隙，流经环状气流通道后的气流通过该预定间隙进入炉底盘，其中一部分气流进入轴承下端面的空间内，并在所述射流的引射作用下穿过轴承外圈的螺栓孔。

所述第一密封结构包括弹性地支撑在炉底盘上的环状面板以及设置在环状面板上的弹性密封环。

所述轴承内圈下边沿可设置有第二密封结构，第二密封结构的径向外侧可设置有第二导流装置，以引导气流进入螺栓孔。

所述轴承内侧可设置有第二分流器，第二分流器可包括至少一个水平喷吹通道，进入炉底盘的剩余的全部气流可从径向内侧进入水平喷吹通道后，喷吹轴承内圈表面。

所述第二分流器入口处可设置有补偿加热器。

所述水平喷吹通道可为多个，水平喷吹通道的径向外端与轴承内圈表面之间的间隙由上至下逐渐变小，满足连续性原理要求。

所述水平喷吹通道的径向内端可设置有第三导流装置，引导气流以离心运动的方式进入所述水平喷吹通道。

所述第二导流装置可为多个导流弧，所述多个导流弧遵循同心圆、弧长间距不均等的分流原则。

所述第二导流装置可为多个导流弧，所述第二导流装置中的多个导流弧中最外层的导流弧的截面可为半圆形，所述半圆形的导流弧的截面的上端连接最上层水平喷吹通道的顶部，下端连接炉底盘。

所述炉底盘的中部可设置有封闭绝热柱体。所述封闭绝热柱体可为封闭绝热空腔。所述封闭绝热柱体的外表面可为流线型表面。

在根据本发明的加热炉内创造了“场协同换热空间对称喷吹流道”，解决了传统的加热炉内空气流场和空气温度场“协同度”差的问题，实现了轴向高度对称受热、以高热量输运速率换热，保证了大质量、大尺度轴承部件内圈、外圈受热面沿轴向高度径向膨胀速率趋于一致的要求。

附图说明

通过下面结合附图对示例性实施例的详细描述，本发明的上述和其他目的和特点将会变得更加清楚，其中：

图1是现有技术中的加热炉的截面图；

图2是根据本发明示例性实施例的加热炉的截面图。

具体实施方式

本发明的目的在于解决大质量、大尺度（直径、壁厚）轴承部件（轴承内圈、外圈、保持架、滚动体）的基于热空气作为传热介质的强化传热问题。所谓强化传热技术是增加对流传热系数的技术。强化传热技术可以从固体侧着手或者流体侧着手，可以从改变固体的表面结构/形状入手，也可以改变流体的运动状态或所受到的外力场入手。基于受热对象是大型轴承表面，本发明选择从流体热空气侧着手并借助轴承对称结构以及螺栓孔等特点进行强化传热。

基于上述强化传热的设计思路，本发明提供了一种能够强化传热效果的加热炉，以解决现有技术中的至少一部分技术问题。

图2示出了根据本发明优选实施方式的加热炉的截面图。在图2所示的加热炉内，被加热对象为轴承16，该轴承16具有“T”字形轴承截面，轴承外圈轴向圆周上设置有等间距的相当多数量的通孔（螺栓孔）。

如图2所示，所述加热炉包括炉盖1、炉底盘2，炉盖1和炉底盘2上下对接后形成大体圆柱形的密闭加热空间。炉盖1和炉底盘2均包括近似圆形的底板部分和从底板外周竖直延伸的侧壁部分。为了便于操作人员进入炉底盘进行作业，可使炉底盘2的竖直侧壁具有较低的高度，操作人员不用抬腿跨越即可进入炉底盘2内。另外，本发明的加热炉与传统加热炉设计上有所不同，加热炉胆使用不锈钢材质，大大减少了炉内杂质，减少了其它受热面高温下氧化层的脱落造成的杂质进入轴承。

炉用电机4安装在炉盖1的中部，离心风机3设置在炉用电机4的下方，由炉用电机4驱动离心风机3，从而驱使空气流动。

多个加热器14沿着炉盖1的圆周方向均匀布置在炉盖1的下侧。加热器14可以选用不锈钢材质的电热管，不锈钢电热管可热套不锈钢材质螺旋翅片，作为扩展表面强化传热的手段。翅片本身表面可开孔呈现波纹状，起到阻断翅片表面热气流边界层的生长，减薄边界层厚度的作用；螺旋波纹翅片具有借助“离心力”强化传热的效果；同时，螺旋波纹翅片在气流中的振颤会产生扰动，从而减薄边界层。螺旋式翅片依托电热管本体结构，电热管在炉内布置与气流方向垂直，实现空气流与电热管之间的场协同度较高的强化传热效果。可选地，在加热器的选用方面，电热管翅片也可以仅仅是螺旋式波纹型的，不具有开孔。加热器固定的位置也可以不再加热炉内胆导弧处，也可以固定在加热炉盖内的水平导流板之上，或者固定在加热炉盖竖直环状气流通道内。

炉盖1下方安装导流板，该导流板包括大致圆形的水平导流板21和竖直地连接在水平导流板21外周上的环状导流板18。在炉盖1与水平导流板21之间形成气流辐流通道17，在加热炉内胆（竖直侧壁）与环状导流板18之间形成环状气流通道24。水平导流板21和环状导流板18之间可拆卸地连接（例如，通过法兰、螺钉等方式连接），便于更换设置在炉盖1的内侧周围的电热元件14。导流板可通过导流板拉杆20悬挂在炉盖1的下侧表面上。

在环状导流板18的内侧设置有分流器射流装置15，将从气流辐流通道17进入环状气流通道24的气流分流出一部分，在分流器射流装置15内沿着径向向内的方向喷射到轴承16的外圈表面上。分流器射流装置15包括由多层板形成的水平射流通道，所述多层射流通道可为变截面渐缩通道，通道间隙沿着径向向内的方向逐渐缩小，具有渐缩喷管的功效，从而在变截面通道的出口处形成射流，就像一个射流器。同时，在离心风机3的吸风口的负压作用下，分流器射流装置15的出口处获得高速气流，高速气流喷吹轴承外圈表面，然后流经轴承上端面，进入离心风机3的吸风口。在所述多个水平射流通道中，不必将所有水平射流通道都设计成变截面渐缩通道，只要有一个通道是变截面渐缩通道，具有渐缩喷管功效即可，其他通道可以是平直的水平流道。由于所述至少一个渐缩变截面通道的抽吸作用，在气流通道出口处气流流速高而局部压力降低，从而带动其他流道的气流加速流出。在示例性实施例中，所述多层水平射流通道中的最上层通道可以是渐缩喷管通道，而下层的流道是平直的流道。

为了将气流更好地引向离心风机，而不是沿竖直方向吹向水平导流板，多层板中的最上层板伸到轴承外圈上方，以使在轴承外圈螺孔附近形成负压，从而带动轴承外圈螺孔中的气流流出，这将在下面作详细说明。最上层板的下面各层板内侧端（即水平射流通道的出口处）与轴承外圈表面之间的环状间隙从上向下逐渐变小，使得水平射流通道与轴承外圈表面之间形成的间隙的环状面积由下至上逐渐增大的规律满足连续性原理要求。这样，使得下层喷吹气流按照流体连续性原理向上汇集，避免气流汇集在轴承外圈上部区域而产生“壅塞现象”。

可选地，作为分流器和射流器的分流器射流装置15的构造不限于图2所示的示例，也可以仅仅具有一个或多个水平通道，而不具有变截面渐缩通道，只要能将热气流分流出一部分，然后吹射到轴承外圈表面上，仍然能够改进传热效果。

为了使得气流被容易地分流进入分流器射流装置15的水平射流通道内，在环形导流板18的外侧、每层水平射流通道的外侧端部的气流入口处可设置有导流弧13，以助于分流获取部分热气流进入水平射流通道内。多层导流弧13可以由上至下逐渐变长。分流的气流可以是总气流量的1/5-1/3，在本实施例的示例中，分流的气流为1/4，其余3/4热空气进入炉底盘。在炉底盘2的边缘拐角处设置有45°圆弧，便于热空气流进入炉底盘中。

炉底盘2的底表面上设置有多个轴承支撑件6，轴承16通过轴承支撑件6的支撑而与炉底盘2的底表面之间保持预定距离。在炉底盘2的底表面上、分流器射流装置15的下方，设置有环形面板11，环形面板11由弹性支承结构25支撑。环形面板11的外周与环状导流板18的下端密封接触，使得通过环状气流通道24的气流全部进入炉底盘2内。例如，在环形面板11与环状导流板18之间可以借助弹性密封环12软接触而构成密封。在图2所示的示例中，环形面板11和弹性密封环12也可以是一体结构，即，整体上是一个弹性密封环。所述弹性密封环可以设置在炉底盘上，也可以与分流器射流装置15的下端一体设置。

此外，在轴承外圈边沿下端、轴承内圈边沿下端分别设置有密封构件（例如，弹性密封环23和弹性密封环9），从而在轴承16落入炉内底盘支撑件6上之后，通过位于外圈边缘下端和内圈边沿下端的密封构件的包围，在轴承下端面下侧形成环形换热气室26。进入炉底盘2中的气流的一部分（例如，总气流的1/4）被引入到环形换热气室26。为了更好地引导气流进入环形换热气室26中，在位于轴承内圈下边缘的弹性密封环9的整个环周设置有导流弧27，导流弧27可与弹性密封环9相切引出。进入位于轴承下端面的环形换热气室26的热气流与轴承对流换热，加热轴承端面、保持架、滚动体等。然后，气流进入轴承外圈通孔10中加热轴承外圈，等效减薄了轴承外圈厚度（即，当量厚度）。

为了强化轴承下端面处的对流换热，必须及时将流入外圈通孔10的气流引上去。在图2所示的加热炉中，由于分流器射流装置15的水平通道具有高速变截面通道，因此形成了引射器。为了更好地利用引射器的引射作用，使分流器射流装置15的水平射流通道的最上层板伸到通孔10的上方，以更好地带动通孔10中的气流。由于引射器的引射抽吸作用，在通孔10的上方形成低的局部压力，在轴承上端面和下端面之间产生压差，因此，轴承外圈通孔10中的气流在引射器的高速气流带动下以及压差推动下会加速流出上端面，与进入分流器射流装置15的水平射流通道中并喷吹轴承外圈的气流汇合，形成合流横掠轴承内圈上端面。因此，环形加热室26以及轴承外圈通孔10中气流不仅仅单纯地依靠下端面处的气流的推挤，而是在引射器的作用下，被加速引上去，从而加强了轴承下端面处的对流换热。

进入炉底盘2中的剩余的全部气流（在示例性实施例中为总气流的1/2）绕过弹性密封环9进入轴承内圈。在轴承内圈内侧设置有导流喷吹装置28，剩余的全部气流流经导流喷吹装置28后，喷吹轴承内圈表面。导流喷吹装置28包括多层水平气流通道。为了引导气流进入导流喷吹装置28的水平气流通道，在每层水平气流通道的径向内侧设置有内侧导流弧8，内侧导流弧8中的最外圈的导流弧29的剖面图可以是个“半圆”形状，炉底盘气流进入导流弧后作圆周运动，可减少流程阻力损失。导流喷吹装置28的导流弧形成的导流流道与导流弧可以遵循同心圆、弧长间距不均等的分流原则，沿圆弧径向间距逐渐减小。因此，所采用的内侧导流弧8不是均等间隙的。由于气流在导流喷吹装置28内作离心运动，因此，气流会在离心力的作用下快速流出水平气流通道，喷吹轴承内圈表面。可在内圈导流弧29内设置补偿加热器7，补偿由于流速降低带来的对流换热效率的减少。

同时，水平气流通道与轴承内圈之间的环状间隙由下而上逐渐增加，间隙的环状面积逐渐增大的规律满足连续性原理要求，以避免气流在轴承内圈上部区域产生“壅塞现象”。

此外，导流喷吹装置28也可以与分流器射流装置15类似，构造成多个水平气流通道的通道间隙沿着径向向外的方向逐渐减小，具有渐缩喷管功效，并在离心风机3的吸风口的负压作用下，在出口处形成射流，从而具有更好的强化换热效果。

进入导流喷吹装置28的气流喷吹轴承内圈表面、释放热量后与外圈气流、外圈通孔气流三股气流汇合，一同吸入离心风机3的进风口，在离心风机的吸风口形成汇流源。在轴承上端面上的环状向心引射气流的作用调整了上下端面的受热，从而在加热过程中上下受热不对称造成的热应力减小。热气流的往复循环，实现了空气介质吸热、放热的往复循环。在这种往复循环中，轴承圈得到了需要的径向对称膨胀。

根据本发明的另一方面，为了实现高效节能的设计思想，在加热炉中部设置了“高效换热节能腔”。即，在炉底盘中部设置了绝热封闭空腔5，空腔的内壁贴附绝热材料，用来隔绝空腔外部热空气通过空腔壁面与腔内空气换热。由于节能腔5占据了轴承内圈以内的区域，对轴承表面换热不必要的空间进行围堵限制，将这些空间固化成绝热体，并且可以将节能腔5的外表面做成流线型壁面，以构造使轴承表面对称受热的流线型固体壁面围成的换热空间。例如，导流弧29可以是由节能腔5的外表面形成的。换句话说，节能腔的截面外形为弧形。可选地，节能腔的形式不限于圆柱形空腔，也可以是多边形柱状空腔，当然也可以是填满绝热材料的实心柱体结构。

由于节能腔5的存在，高速气流不会在如图1所示的加热炉中那样被短路走捷径，而是如图2中的箭头所示，对轴承进行喷吹换热后进入下一轮循环。此外，由于节能腔5的存在，人为构造了对流换热的有限空间，使得轴承得到流场中高速气流区域的全部热气流的直接冲刷。同时，流速增加，雷诺数增加、努谢尔数增大，使得对流换热系数增加。另外，由于流体换热空间的减小，体积数减小，风机的额定流量降低，使得电机功率降低，从而达到节能的目的。

综合上述多个方面，根据本发明优选实施例的加热炉具有如下有益效果：

在强化传热、提高场协同度方面，根据本发明的示例性实施例的加热炉以场协同原理为指导，以射流引射热空气喷吹被加热装置为措施，借助轴承外圈轴孔为续流通道加速轴承下端面的气流，人为构造场协同对流传热通道。这种设计充分利用了轴承外圈轴孔的三个效能：第一个是作为下端面气流引出辅助通道，“引出”的过程气流同时在通道内加热了外圈内孔表面，等效减薄了外圈厚度（热设计特征）；第二个作用是给轴承下端面气流“回收”提供一个通道，加速通道气流的速率，强化换热外圈轴孔，在外圈轴孔上方设置引射气流；第三个作用是被引出的热气流继续横掠轴承上端面，加热了轴承上端面。

整个轴承下端面获得较热的四分之一气流，上端面获得总流量的二分之一气流。另外四分之一的热气流在通过补偿加热器加热后通过轴承内圈引射器喷吹轴承内圈表面，对轴承内圈进行加热。这种加热方式给需要膨胀的大尺度、大质量轴承创造了一个“场协同度”较高的对流换热场，不仅提高了表面换热系数，起到了强化传热的效果，而且使得轴承内圈、外圈、上端面和下端面均受到热气流的冲刷，尽可能均匀地受热，使得轴承部件受热面沿轴向高度径向膨胀速率趋于一致。因此，解决了设计者所关心的对大尺度、大质量轴承加热膨胀受热面不均等、不对称受热的问题。

在高效节能方面，本发明通过在炉底盘中央设置一个柱形封闭空腔，占去加热炉内大多数空间，以将换热不需要的负压汇流空间封闭绝热固化。作为获得高速气流的特殊结构，绝热腔巧妙占去多余空间，使得气流在人为制造的有限空间内流动，获得了轴承换热面区域气流的高雷诺数。绝热腔内的非流道空间气流不参与离心风机叶轮驱动、不参与吸热、不参与换热。设置绝热腔后，气流通道之外不存在滞留死角的气流，避免了部分气流在吸热的同时还参与被离心风机叶轮驱动耗功，也不存在多余的气流干扰主流。因此，本发明通过设置绝热腔，提高了传热速率，解决了此前的轴承加热炉空间大、流速低、雷诺数低、无法获得高雷诺数和高表面传热系数的问题障碍。

由于本发明的加热炉以“场协同”原理作为强化对流换热的依据，离心风机风道内空气与电热元件的换热速率得到提高，加热炉启动后空气温度比图1所示装置空气流温升速率提高一倍。同时，电热管本身额定功率下的稳定“温升”得到了有效控制（下降了15%），保护了电热元件（防止过热）。

在加热器工作初期，全功率投入，在等同时间内，轴承内外圈表面的温度上升速率得到提高，在相对短的时间内（图1所述的加热炉的时间的65%）轴承表面温度达到预定温度值，从而提早完成“非正规状况阶段”，进入“正规热状况阶段”。随后，按照恒壁温方式控制电热元件工作，电热元件功率消耗是最少的。实际装置使用证实：由于加热炉内设备、元件储热，导致电热元件不再耗电工作。因此，按照恒壁温方式边界条件决定的轴承对流换热最少膨胀量需要的时间被“间接控制”了。

因此，根据本发明的加热炉具有场协同度高、换热效率高、受热均匀、高效节能等多方面的有益效果。

虽然上面参照优选实施方式对本发明的构思进行了描述，但是，在实践中，不要求同时具备上述实施例中的加热炉的各方面的特征，而是可以借鉴其中一方面的特点来改善加热效果。例如，可以仅仅在传统加热炉的中部设置绝热节能腔来占去多余空间，避免热气流短路。例如，可以仅设置轴承外圈分流器射流装置，也可以仅设置轴承内圈分流喷射装置，也可以将上述多个方面进行任意选取组合。此外，上述分流器射流装置也可以仅仅具备分流功能而不具备射流功能，仍然能够获得强化传热、温度均一化的效果。

另外，本发明的技术构思不仅仅限于加热大型轴承，也可以用于加热各种圆形部件、或者圆形部件的内圈加热或者外圈加热等等。

在示例性实施例中，虽然被加热件轴承是环状的，加热炉也被设计成圆形的，但是，在加热非圆环形状的空心体时，加热炉的形状可以随着被加热件的形状而变化，只要是采用了示例性实施例中的分离器射流装置、轴孔气流引射、绝热腔等设计构思均属于对本发明的等同替换或变型。因此，在权利要求中提到的环形等特定形状仅仅是为了便于描述，而无意将加热炉和被加热件限定为特定形状。

虽然参照优选实施例描述了本发明，但是本领域的技术人员应该理解，在不脱离本发明的精神和原理的情况下，可以做出各种改变和变型。这些改变和变型均落入本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种加热炉，所述加热炉包括炉盖、炉底盘、加热器、设置在炉盖下方的风机以及设置在炉底盘上的轴承支撑件，炉盖和炉底盘接合后形成密闭加热腔以加热设置在轴承支撑件上的轴承，其特征在于，所述加热炉还包括导流板，所述导流板包括水平导流板以及从水平导流板外周竖直向下延伸的环形导流板，环形导流板与加热腔内壁之间形成环状气流通道，环形导流板内侧设置有第一分流器，所述第一分流器包括水平气流通道，进入环状气流通道中的总气流的一部分被分流进入所述水平气流通道内，喷吹轴承外圈表面。

2.如权利要求1所述的加热炉，其特征在于，所述水平气流通道为由多层板形成的多层水平气流通道，其中至少一个水平气流通道沿着径向向内的方向通道截面积逐渐缩小而具有渐缩喷管功效，通过所述至少一个水平气流通道的气流在轴承外圈处形成射流。

3.如权利要求2所述的加热炉，其特征在于，所述水平气流通道的最上层板延伸到轴承外圈的上方，下面各层板从上至下与轴承外圈表面之间的间隙逐渐变窄，并且满足流体连续性原理要求。

4.如权利要求1-3中任一项权利要求所述的加热炉，其特征在于，所述水平气流通道径向外端设置有第一导流装置，以引导气体进入水平气流通道内。

5.如权利要求2或3所述的加热炉，其特征在于，在第一分流器下方设置有第一密封结构，第一密封结构与第一分流器下端以及轴承外圈下端密封接触，并与炉底盘之间形成预定间隙，流经环状气流通道后的气流通过该预定间隙进入炉底盘，其中一部分气流进入轴承下端面的空间内，并在所述射流的引射作用下穿过轴承外圈的螺栓孔。

6.如权利要求5所述的加热炉，其特征在于，所述第一密封结构包括弹性地支撑在炉底盘上的环状面板以及设置在环状面板上的弹性密封环。

7.如权利要求5所述的加热炉，其特征在于，所述轴承内圈下边沿设置有第二密封结构，第二密封结构的径向外侧设置有第二导流装置，以引导气流进入螺栓孔。

8.如权利要求5所述的加热炉，其特征在于，所述轴承内侧设置有第二分流器，第二分流器包括至少一个水平喷吹通道，进入炉底盘的剩余的全部气流从径向内侧进入水平喷吹通道后，喷吹轴承内圈表面。

9.如权利要求8所述的加热炉，其特征在于，所述第二分流器入口处设置有补偿加热器。

10.如权利要求8所述的加热炉，其特征在于，所述水平喷吹通道为多个，水平喷吹通道的径向外端与轴承内圈表面之间的间隙由上至下逐渐变小，满足连续性原理要求。

11.如权利要求8所述的加热炉，其特征在于，所述水平喷吹通道的径向内端设置有第三导流装置，引导气流以离心运动的方式进入所述水平喷吹通道。

12.如权利要求11所述的加热炉，其特征在于，所述第二导流装置为多个导流弧，所述多个导流弧遵循同心圆、弧长间距不均等的分流原则。

13.如权利要求11所述的加热炉，其特征在于，所述第二导流装置为多个导流弧，所述第二导流装置中的多个导流弧中最外层的导流弧的截面为半圆形，所述半圆形的导流弧的截面的上端连接最上层水平喷吹通道的顶部，下端连接炉底盘。

14.如权利要求1所述的加热炉，其特征在于，所述炉底盘的中部设置有封闭绝热柱体。

15.如权利要求14所述的加热炉，其特征在于，所述封闭绝热柱体为封闭绝热空腔。

16.如权利要求14或15所述的加热炉，其特征在于，所述封闭绝热柱体的外表面为流线型表面。