CN107988478A - 风电主轴淬火用工装 - Google Patents

Abstract

本发明公开了风电主轴淬火用工装，包括用于弥补内孔冷速不足的流体供应管，流体供应管包括水管或气管；其中水管与淬火池外的水泵相连，水管连接在支撑架上，支撑架包括底座以及与用于插入主轴或支撑主轴的支撑板，支撑板与底座一体设置，支撑板设有一块或两块；其中气管包括用于插入风电主轴内孔的柱状管以及包覆风电主轴表面的分部气管，分部气管朝向风电主轴的表面均布设置出气孔。本发明采用大功率水泵向主轴内孔注水；加强内孔冷却，解决非马组织；本发明还可采用包覆整个风电主轴内外表面的气管，用冷气给主轴淬火，解决内孔冷速不足的问题，结构简单，想法巧妙。

Description

风电主轴淬火用工装

技术领域

本发明涉及风电主轴淬火用工装。

背景技术

风电主轴随着风电发力功率的越来越大其尺寸也越来越大，比如3MW风电空心主轴内孔直径300mm，长度达3066mm，孔径比达1:10；若按常规淬火方法冷却，由于内孔冷速不足，使内孔表面产生非马组织转变(屈氏体)，表面产生拉应力，心部压应力，从而使内孔表面产生纵向裂纹，深度达45～50mm的裂纹，使主轴报废。

发明内容

本发明的目的在于，克服现有技术中存在的缺陷，提供风电主轴淬火用工装，采用大功率水泵直接向主轴内孔注水；加强内孔冷却，解决非马组织；本支撑架具有两种结构完成不同形式的吊装，以适应不同尺寸、不同深度的淬火池用；水管的管口处设置三个均与水平线倾斜的分支管；本发明甚至改变淬火方式，采用全新的淬火方式，采用冷气给风电主轴淬火冷却，保证了风电主轴内孔、外表面淬火的均匀一致。

为实现上述目的，本发明的技术方案是设计一种风电主轴淬火用工装，包括用于弥补内孔冷速不足的流体供应管，流体供应管包括水管或气管；其中水管与淬火池外的水泵相连，水管连接在支撑架上，支撑架包括底座以及与用于插入主轴或支撑主轴的支撑板，支撑板与底座一体设置，支撑板设有一块或两块；其中气管包括用于插入风电主轴内孔的内管以及包覆风电主轴表面的空心壳体结构的外管，内管的表面与外管朝向风电主轴的表面均布设置出气孔，内管与外管的一端封闭，另一端相互连通且通过进气管与冷气源连接。包括用于弥补内孔冷速不足的流体供应管，流体供应管包括水管或气管；其中水管与淬火池外的水泵相连，水管连接在支撑架上，支撑架包括底座以及与用于插入主轴或支撑主轴的支撑板，支撑板与底座一体设置，支撑板设有一块或两块；其中气管包括用于插入风电主轴内孔的柱状管以及包覆风电主轴表面的分部气管，分部气管朝向风电主轴的表面均布设置出气孔。支撑板上插入主轴或支撑主轴后，通过行车将整个工装吊起放入淬火池，然后水泵工作，水管向风电主轴中心孔注水，加强内孔冷却，解决非马组织。针对采用淬火液淬火存在的风电主轴内孔冷速不足的问题，采用插入风电主轴内孔的柱状管来专门给其内孔通入淬火冷气，风电主轴外表面则采用包覆其表面的分部气管实现不留死角且均匀放出冷气。

进一步的技术方案是，支撑板与底座垂直设置，支撑板设有两块，每块中部设有与主轴外表面匹配的半圆曲面，底座上、支撑板两侧各设有两个用于将工装吊起后置于淬火池的吊环，水管的管口正对置于支撑板上的风电主轴中心孔。这样的设置可以通过两根链条分别与四个吊环连上后在两根链条的中部通过吊钩配合行车就能将整个工装平行放置(也即风电主轴其中心轴线一直是水平的)到淬火池中。

另一种技术方案是，支撑板与底座垂直设置，支撑板设有一块，呈矩形，其中部设有用于插入主轴的圆孔，支撑板的两侧面各设有一个用于将工装吊起后置于淬火池的吊环。圆孔孔径与风电主轴外径相适配；这样的设置通过一根两端与吊环相连的链条，再在链条中部通过吊钩配合行车就能将整个工装竖向(也即风电主轴其中心轴线一直是竖直的)放到淬火池中。

进一步的技术方案为，水管的管口处均布设置三个分支管，每个分支管均与水平线倾斜设置。风电主轴包括轴端法兰以及与其一体成型的主轴段，风电主轴中部设有贯穿轴端法兰和主轴段的中心孔。这样使得喷射出的水流呈与风电主轴中心轴线倾斜的方向注入风电主轴的中心孔内，避免直射造成的进入内孔的水量的不均，更均匀地保证内孔冷速。

进一步的技术方案为，外管包括空心管，其与内管一体成型且其内壁包覆主轴段的外表面，外管还包括两个半圆盘状的空心壳体，两个壳体配合用于包覆轴端法兰，壳体的一端连接气源，壳体内壁均布设置出气孔。分部气管包括用于给主轴段表面冷却的环状管；环状管与柱状管一体成型且其表面均布设置出气孔，分部气管还包括两个半圆盘状的空心壳体，两个壳体配合用于包覆轴端法兰，壳体的一端连接气源，空心壳体内壁均布设置出气孔。环状管与柱状管的配合正好将管状的主轴段的内外表面都包覆起来(当然还包括轴端法兰中部的风电主轴内孔部分)，再通过环状管与柱状管的表面设置的气孔实现整个主轴段的内外表面淬火的均匀一致；两个半圆盘状的壳体从轴端法兰的两侧将轴端法兰包覆，再配合环状管与柱状管可以由内至外完全包覆风电主轴，实现淬火的均匀一致，且结构简单，实现容易，成本不高，但想法巧妙，改变以往一直以来的传统淬火方式。

另一种技术方案为，外管包括一个与轴端法兰外端面形状相适配的环状气盘，气盘的正对轴端法兰外端面的表面均布设置出气孔，所述外管还包括与内管一体成型的异形气管，异形气管包覆主轴段外表面以及轴端法兰内端面和轴端法兰侧面。分部气管包括一个与轴端法兰外端面形状相适配的环状气盘，气盘表面均布设置出气孔，所述分部气管还包括与柱状管一体成型的异形气管，异形气管包覆主轴段表面以及轴端法兰内端面和侧面，柱状管、异形气管的朝向风电主轴的表面均布设置出气孔。这样整个气管只需两部分即可完成整个风电主轴内外表面的淬火冷却，且淬火均匀一致性很好。

进一步的技术方案为，给气管提供的气源为内装压缩空气的罐体，其与气管相连的连接管上设置膨胀阀。由于罐体内装的是压缩空气，膨胀螺丝打开后压缩空气压强减小，其温度降低，因此当压缩空气从罐体内传递到气孔时射出的是冷气，这样改变了淬火介质，并且由于是气体，可以全部包覆风电主轴内外表面，解决了常规淬火方式内孔冷速不足的缺陷。

进一步的技术方案为，水管伸入风电主轴内孔中，其表面均布设置多个出水孔。

另一种技术方案是：在前述将整个工装平行放置到淬火池中的工装结构的基础上，在底座的下方设置一个或两个硬橡胶材质制成的气囊，气囊置于淬火池底壁，气囊上方设置隔热板，隔热板通过硬橡胶弹性条固连在淬火池侧壁，隔热板与气囊之间存在间隙，气囊开口处设置与其一体成型的用于给风电主轴内孔注水的弯管，弯管口的位置为工装底座放至淬火池底部(也即底座压着隔热板和气囊)时弯管口恰好正对内孔，气囊与弯管的连接处设置单向阀(这样保证工装压下后气囊内的冷水是高压射出至内孔内)，在这次淬火完毕后拿出气囊再充入冷水即可进行下一次的淬火。

本发明的优点和有益效果在于：

1、采用大功率水泵直接向主轴内孔注水；加强内孔冷却，解决非马组织；本支撑架具有两种结构完成不同形式的吊装，以适应不同尺寸、不同深度的淬火池用；

2、水管的管口处均布设置三个分支管，每个分支管均与水平线倾斜设置，这样使得喷射出的水流呈与风电主轴中心轴线倾斜的方向注入风电主轴的中心孔内，避免直射造成的进入内孔的水量的不均，更均匀地保证内孔冷速。

3、本发明还可采用包覆整个风电主轴内外表面的气管，用冷气给主轴淬火，解决内孔冷速不足的问题，结构简单，想法巧妙；

4、改变淬火方式，采用全新的淬火方式，采用冷气给风电主轴淬火冷却，保证了风电主轴内孔、外表面淬火的均匀一致；

5、针对采用淬火液淬火存在的风电主轴内孔冷速不足的问题，采用插入风电主轴内孔的柱状管来专门给其内孔通入淬火冷气，风电主轴外表面则采用包覆其表面的分部气管实现不留死角且均匀放出冷气；

6、环状管与柱状管的配合正好将管状的主轴段的内外表面都包覆起来(当然还包括轴端法兰中部的风电主轴内孔部分)，再通过环状管与柱状管的表面设置的气孔实现整个主轴段的内外表面淬火的均匀一致；两个半圆盘状的壳体从轴端法兰的两侧将轴端法兰包覆，再配合环状管与柱状管可以由内至外完全包覆风电主轴，实现淬火的均匀一致，且结构简单，实现容易，成本不高，但想法巧妙，改变以往一直以来的传统淬火方式；

7、改变了淬火介质，并且由于是气体，可以全部包覆风电主轴内外表面，解决了常规淬火方式内孔冷速不足的缺陷。

附图说明

图1是本发明风电主轴淬火用工装实施例一的示意图；

图2是图1去除水管后的右视图；

图3是本发明实施例一置于淬火池内的状态示意图；

图4是本发明实施例二置于地面的状态示意图；

图5是图4去除水管后的右视图；

图6是本发明实施例二置于淬火池内的状态示意图；

图7是本发明实施例三淬火时的状态示意图；

图8是图7的分解示意图；

图9是本发明实施例四淬火时的状态示意图；

图10是图9的分解示意图。

图中：1、支撑架；1-1、底座；1-2、支撑板；2、水管；3、淬火池；4、水泵；5、主轴；6、半圆曲面；7、吊环；8、中心孔；9、圆孔；10、分支管；11、柱状管；12、分部气管；13、轴端法兰；14、主轴段；15、环状管；16、出气孔；17、壳体；18、气盘；19、异形气管。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

实施例一：

如图1至图3所示，本发明是风电主轴淬火用工装，包括风电主轴5支撑架1和用于弥补内孔冷速不足的水管2，水管2与淬火池3外的水泵4相连，水管2连接在支撑架1上，支撑架1包括底座1-1以及与用于支撑主轴5的支撑板1-2，支撑板1-2与底座1-1一体设置，支撑板1-2设有两块。支撑板1-2与底座1-1垂直设置，支撑板1-2设有两块，每块中部设有与主轴5外表面匹配的半圆曲面6，底座1-1上、支撑板1-2两侧各设有两个用于将工装吊起后置于淬火池3的吊环7，水管2的管口正对置于支撑板1-2上的风电主轴5中心孔8。水管2的管口处由三个均布设置的均与水平线倾斜的分支管10构成。

淬火时严格控制工艺冷却时间，机液温度，水泵注水的流速流量为每小时600方水，，出液温度：300～350℃；经实验，连续加工了二十支30MW主轴，无一支出现内孔裂纹的现象。风电主轴材质为34CrNiMo6，其中两支经本法热处理后的各数据(抗拉强度Rm、屈服强度Re、伸长率A、断面收缩率Z、冲击功AK)如下表：

其中，第一支风电主轴在小端的取样深度是10.02mm，在大端的取样深度是10.29mm；第一支风电主轴在小端的取样深度是10.05mm，在大端的取样深度是9.96mm；冲击功满足KV^2(-40℃)≥35；各项指标满足：950MPa≥Rm≥800Mpa；Re≥650Mpa；A≥13％；Z≥55％。因此采用本工装加工热处理后的风电主轴其各项指标均达标，且无内孔裂纹。

实施例二：

与实施例一的不同仅在于，如图4至图6所示，支撑板1-2与底座1-1垂直设置，支撑板1-2设有一块，呈矩形，其中部设有用于插入主轴5的圆孔9，支撑板1-2的两侧面各设有一个用于将工装吊起后置于淬火池3的吊环7。这种形式的工装适合那种深度深，但口较小的淬火池。

实施例三：

与实施例一的不同仅在于，如图7、图8所示，包括用于弥补内孔冷速不足的气管；气管包括用于插入风电主轴内孔的柱状管11以及包覆风电主轴表面的分部气管，分部气管朝向风电主轴的表面均布设置出气孔12。分部气管12包括用于给主轴段14表面冷却的环状管15；环状管15与柱状管11一体成型且其表面均布设置出气孔16，分布气管12还包括两个半圆盘状的壳体17，两个壳体17配合用于包覆轴端法兰13，壳体17的一端连接气源，壳体17内壁均布设置出气孔16。给气管提供的气源为内装压缩空气的罐体，其与气管相连的连接管上设置膨胀螺丝。

实施例四：

与实施例三的不同仅在于，如图9、图10所示，分部气管12包括一个与轴端法兰13外端面形状相适配的环状气盘18，气盘18表面均布设置出气孔16，所述分部气管12还包括与柱状管11一体成型的异形气管19，异形气管19包覆主轴段14表面以及轴端法兰13内端面和侧面，柱状管11、异形气管19的表面均布设置出气孔16。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.风电主轴淬火用工装，其特征在于，包括用于弥补内孔冷速不足的流体供应管，流体供应管包括水管或气管；其中水管与淬火池外的水泵相连，水管连接在支撑架上，支撑架包括底座以及与用于插入主轴或支撑主轴的支撑板，支撑板与底座一体设置，支撑板设有一块或两块；其中气管包括用于插入风电主轴内孔的内管以及包覆风电主轴表面的空心壳体结构的外管，内管的表面与外管朝向风电主轴的表面均布设置出气孔，内管与外管的一端封闭，另一端相互连通且通过进气管与冷气源连接。

2.如权利要求1所述的风电主轴淬火用工装，其特征在于，所述支撑板与底座垂直设置，支撑板设有两块，每块中部设有与主轴外表面匹配的半圆曲面，底座上、支撑板两侧各设有两个用于将工装吊起后置于淬火池的吊环，水管的管口正对置于支撑板上的风电主轴中心孔。

3.如权利要求1所述的风电主轴淬火用工装，其特征在于，所述支撑板与底座垂直设置，支撑板设有一块，呈矩形，其中部设有用于插入主轴的圆孔，支撑板的两侧面各设有一个用于将工装吊起后置于淬火池的吊环。

4.如权利要求2或3所述的风电主轴淬火用工装，其特征在于，所述水管的管口处均布设置三个分支管，每个分支管均与水平线倾斜设置。

5.如权利要求4所述的风电主轴淬火用工装，其特征在于，所述外管包括空心管，其与内管一体成型且其内壁包覆主轴段的外表面，外管还包括两个半圆盘状的空心壳体，两个壳体配合用于包覆轴端法兰，壳体的一端连接气源，壳体内壁均布设置出气孔。

6.如权利要求4所述的风电主轴淬火用工装，其特征在于，所述外管包括一个与轴端法兰外端面形状相适配的环状气盘，气盘的正对轴端法兰外端面的表面均布设置出气孔，所述外管还包括与内管一体成型的异形气管，异形气管包覆主轴段外表面以及轴端法兰内端面和轴端法兰侧面。

7.如权利要求5或6所述的风电主轴淬火用工装，其特征在于，给气管提供的气源为内装压缩空气的罐体，其与气管相连的连接管上设置膨胀阀。

8.如权利要求1所述的风电主轴淬火用工装，其特征在于，所述水管伸入风电主轴内孔中，其表面均布设置多个出水孔。