环形部件的加热炉的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种环形部件的加热炉，其在炉体内自上而下依次设有第一、第二和第三导流隔板，在炉体的顶部内壁、第一、第二、第三导流隔板和炉体的底部内壁之间依次构成第一、第二、第三和第四气流通道，第二和第四气流通道中设有气流加热加速器，在第一和第二导流隔板间设有第一离心式叶轮，环形部件的上、下表面及外侧壁与炉体的顶部、底部内壁及内侧壁构成第五气流通道，第一离心式叶轮驱动气体循环流动，气体从第一离心式叶轮的出风口进入第二气流通道，经气流加热加速器后与环形部件的内侧壁撞击，之后依次流经第三、第四气流通道、第五气流通道和第一气流通道后进入第一离心式叶轮的入风口。其能对环形部件有针对性地加热、能耗相对更低。
【专利说明】环形部件的加热炉
【技术领域】
[0001] 本发明涉及加热炉，尤其涉及环形部件的加热炉。
【背景技术】
[0002] 在对某些环形部件进行机械装配前，有时需要对该环形部件进行加热，其中比较 典型的环形部件是轴承。在风力发电机组的制造领域，在被称为"热套安装"的工艺中就需 要对大质量、大尺寸的轴承进行加热。
[0003] 目前普遍采用电阻加热炉对环形部件进行加热，电阻加热炉以循环流动的热空气 作为传热介质，当气流通过电热元件表面时，气流以对流换热的方式将热量带走，再以对流 换热的方式把热量传给轴承，它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、以辐射传热为辅的复合传热方式。如图1所示，其为现有加热炉的结构示意图，现有加 热炉的炉体被分为炉盖1P和炉底盆12'两部分，在炉盖1Γ的顶部中心位置设置炉用 电机10,炉用电机10的转轴上连接有离心式叶轮4,炉底盆12'内设有用于支撑环形部件 5的环形部件支撑件56,炉盖11'下方通过导流板拉杆301吊有第一导流板302,第一导流 板302水平设置，第一导流板302的边缘连接有第二导流板303,第二导流板303呈筒形， 第二导流板303被分成上下两个部分，当炉盖11'和炉底盆12'对接盖合后，第二导流板 303的上下两部分也对接而构成一个整体，在第一导流板302与炉盖1Γ之间设有加热器 6。在工作时，炉用电机10带动离心式叶轮4转动，离心式叶轮4驱动气体沿图中箭头所示 方向循环流动，加热器6对气体进行加热，气体与环形部件5的表面进行对流传热。
[0004] 在实现上述技术方案的过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：
[0005] 1、炉体内用于与环形部件换热的气体占炉体内所有气体的比例较低，即炉体内有 较大一部分气体实际没有与环形部件对流传热，加热炉对于环形部件来说并不紧凑，造成 加热炉的能耗很大，换热速率却很低。特别是当气流的流速越高时，气流越是会优先走"阻 碍更小"的路径，这样环形部件的表面实际上并没有得到流场中高速气流区域的热空气的 直接冲刷，因此加热炉对环形部件的加热效率较低，环形部件的升温较慢。
[0006] 2、热空气在经过环形部件时，是从外向内"横掠"环形部件，而环形部件的内侧壁 才是装配面，在现有技术中环形部件的内侧壁却成了热空气流的背风面，环形部件的内侧 壁没有得到热空气流的直接充分冲刷，因此，现有的加热炉对环形部件的表面的加热缺乏 针对性，没有结合环形部件本身的结构特点进行设计。
[0007] 3、热空气在流过环形部件的外侧壁、上表面和下表面时，仅仅是"横掠"而过，气流 对这些表面的冲刷缺乏方向性，根据强化传热的场协同理论，这样的冲刷方式使这些表面 处的对流换热的场协同性较差，这些表面的传热系数较小，造成了加热炉的能耗较大。
[0008] 4、热空气在经过环形部件时，会依次的流经几个表面，由于气流在冲刷过程中会 放热而降温，因此，对不同表面进行冲刷的热空气的温度并不相同，且对同一表面的不同位 置进行冲刷的热空气的温度也不相同，所以总体上来说，用来冲刷环形部件的各位置的气 流的品质（气流流速和气流温度）存在较大的差异，环形部件的受热并不均匀，造成环形部 件的热应力径向不对称，必然导致环形部件的不对称变形以及径向变形不是最大化。
【发明内容】
[0009] 本发明的目的是提供一种对环形部件有针对性地加热、能耗相对更低、对环形部 件的加热效率相对更高的环形部件的加热炉。
[0010] 为达到上述目的，本发明提供了一种环形部件的加热炉，其包括炉体、第一离心式 叶轮以及驱动所述第一离心式叶轮的炉用电机，在所述炉体内自上而下依次设有第一导流 隔板、第二导流隔板和第三导流隔板，在所述炉体的顶部内壁、第一导流隔板、第二导流隔 板、第三导流隔板和所述炉体的底部内壁五者之间自上而下依次构成第一气流通道、第二 气流通道、第三气流通道和第四气流通道，在所述第二气流通道和第四气流通道中均设有 气流加热加速器，所述第一离心式叶轮设置在所述第一导流隔板和第二导流隔板之间，环 形部件的内侧壁与所述第一导流隔板的外边缘和第三导流隔板的外边缘抵接，环形部件的 上表面、下表面及外侧壁与所述炉体的顶部内壁、底部内壁及内侧壁构成第五气流通道，所 述第一离心式叶轮驱动气体循环流动，气体从第一离心式叶轮的出风口进入第二气流通 道，经过气流加热加速器后与环形部件的内侧壁撞击，之后依次流经第三气流通道、第四气 流通道、第五气流通道和第一气流通道后进入第一离心式叶轮的入风口。
[0011] 本发明提供的环形部件的加热炉，其中所述气流加热加速器可以包括两个加热加 速环，所述加热加速环具有呈环形的隆起表面，所述两个加热加速环的隆起表面相对设置， 在所述加热加速环的内部设有热源，所述第二气流通道中的两个加热加速环分别固定在所 述第一导流隔板的下表面和所述第二导流隔板的上表面上，所述第四气流通道中的两个加 热加速环分别固定在所述第三导流隔板的下表面和所述炉体的底部内壁上。
[0012] 本发明提供的环形部件的加热炉，其中所述隆起表面的位于隆起表面顶部的内侧 的部分为第一环形表面，所述隆起表面的位于隆起表面顶部的外侧的部分为第二环形表 面，所述第一环形表面的径向宽度可以小于所述第二环形表面的径向宽度。
[0013] 本发明提供的环形部件的加热炉，其中所述第一环形表面的坡度可以自内向外先 变大后变小，所述第二环形表面的坡度可以自外向内先变大后变小。
[0014] 本发明提供的环形部件的加热炉，其中所述隆起表面的位于隆起表面顶部的内侧 的部分为第一环形表面，所述隆起表面的位于隆起表面顶部的外侧的部分为第二环形表 面，所述热源可以埋设在所述第二环形表面下。
[0015] 本发明提供的环形部件的加热炉，其中在所述第二环形表面上可以设有多个换热 孔，所述换热孔连通至所述热源的表面。
[0016] 本发明提供的环形部件的加热炉，其中所述多个换热孔在所述第二环形表面上可 以呈多圈分布，所述各圈换热孔在所述第二环形表面上可以呈叉排布置。
[0017] 本发明提供的环形部件的加热炉，其中所述多个换热孔中位于外侧的换热孔的深 度可以深于位于内侧的换热孔的深度。
[0018] 本发明提供的环形部件的加热炉，其中所述热源可以为电热元件。
[0019] 本发明提供的环形部件的加热炉，其中所述第三导流隔板可以包括平板部和导流 弧板部，导流弧板部的内边缘与平板部的外边缘连接，导流弧板部的外边缘与环形部件的 内侧壁抵接。
[0020] 本发明提供的环形部件的加热炉，其中在所述第三导流隔板与所述炉体的底部内 壁之间可以设有第二离心式叶轮，气体流经所述第三气流通道后进入所述第二离心式叶轮 的入风口，并从所述第二离心式叶轮的出风口流入所述第四气流通道。
[0021] 本发明提供的环形部件的加热炉，其中所述第二离心式叶轮的直径可以大于所述 第一离心式叶轮的直径。
[0022] 本发明提供的环形部件的加热炉，其中在所述环形部件上可以设有多个螺栓孔， 在所述第五气流通道内设有分流环，所述分流环与所述环形部件的外侧壁抵接，所述第五 气流通道中的一部分气体经由分流环的内侧流过所述螺栓孔后与所述第五气流通道中的 另一部分气体汇合。
[0023] 本发明提供的环形部件的加热炉，其中在所述分流环上可以设有楔边部，所述楔 边部位于所述分流环的内侧面的下边缘。
[0024] 本发明提供的环形部件的加热炉，其中在所述炉体内还可以设有分流环支撑件， 所述分流环支撑件的下端固定在所述炉体的底部内壁上，所述分流环固定在所述分流环支 撑件的上端。
[0025] 本发明提供的环形部件的加热炉，其中在所述炉体内还可以设有导流片，所述导 流片呈环形，所述导流片的径向截面呈弧形，所述导流片的下边缘位于所述分流环之外，所 述导流片的上边缘位于所述分流环之上并且位于所述环形部件的外侧壁的外侧。
[0026] 本发明提供的环形部件的加热炉，其中所述导流片的片数可以为至少两片，位于 内侧的导流片的上边缘的直径小于位于外侧的导流片的上边缘的直径。
[0027] 本发明提供的环形部件的加热炉，其中所述炉体的顶部内壁可以具有引射环形曲 面，所述引射环形曲面的高度自外向内逐渐变大，所述引射环形曲面的外边缘的直径大于 所述环形部件的外径，所述引射环形曲面的内边缘的直径大于所述环形部件的内径。
[0028] 本发明提供的环形部件的加热炉，其中所述炉体的顶部内壁可以具有温度补偿环 形曲面，所述温度补偿环形曲面的径向截面线构成至少一个向下伸出的尖齿。
[0029] 本发明提供的环形部件的加热炉，其中所述尖齿的个数可以为至少两个，位于内 侧的所述尖齿的齿尖的高度低于位于外侧的所述尖齿的齿尖的高度。
[0030] 本发明提供的环形部件的加热炉，其中所述尖齿的位于外侧的边可以为弧线边， 所述尖齿的位于内侧的边为直线边。
[0031] 本发明提供的环形部件的加热炉，其中所述炉体可以包括顶板、环形密封盖和上 部开口的腔体，所述开口的直径大于所述环形部件的外径，所述环形密封盖的外边缘与所 述开口的边缘密封连接，所述环形密封盖的内边缘与所述顶板的外边缘密封连接，所述顶 板的外径小于所述环形部件的内径。
[0032] 本发明提供的环形部件的加热炉，其中所述环形密封盖可以包括两个半环形盖 体，其中一个半环形盖体的两端与另一个半环形盖体的两端分别可拆卸地密封连接。
[0033] 本发明提供的环形部件的加热炉，其中所述顶板可以包括环形平板和维护盖，所 述维护盖的边缘与所述环形平板的内边缘连接，在所述维护盖与所述第一导流隔板之间设 有除尘装置，所述除尘装置位于所述第一离心式叶轮的入风口的上方。
[0034] 本发明提供的环形部件的加热炉，其中所述炉用电机可以位于所述炉体的下方， 所述炉用电机的转轴伸入所述炉体内，所述第一离心式叶轮连接在所述炉用电机的转轴 上。
[0035] 本发明提供的环形部件的加热炉，其中在所述炉用电机上可以连接有变频器。
[0036] 本发明提供的环形部件的加热炉的主要有益效果在于，流经第二气流通道的气体 在经过气流加热加速器后与环形部件的内侧壁撞击，流经第四气流通道的气体在经过气流 加热加速器后冲刷环形部件的其他表面，气流加热加速器在气体冲刷环形部件的各表面前 均对气体进行加速和加热，提高了气体的流速，总体上强化了环形部件的各表面处的对流 换热，提高了对环形部件的加热效率。并且流经第二气流通道的气流有针对性地正对最需 要被加热的环形部件的内侧壁进行撞击，该撞击气流中几乎全部的热空气都参与了对流传 热，用于传热的热空气的体积更加紧凑，节省了不必要的能耗。另一方面，热空气正对环形 部件的内侧壁进行撞击，不仅使环形部件的内侧壁沿轴向方向受热更均匀，而且也减小了 气流的速度矢量与温度梯度之间的夹角，提高了环形部件的内侧壁处的对流换热的场协同 性，强化了环形部件的内侧壁处的传热。此外，在气流对环形部件的内侧壁加热后，在第四 气流通道中，气流加热加速器再次对气流进行加速加热，然后再与环形部件的外侧壁进行 热交换，从而弥补了与内侧壁进行热交换后的能量损耗，使得环形部件的内侧壁与外侧壁 受热更均衡。
【专利附图】
【附图说明】
[0037] 图1为现有加热炉的结构示意图；
[0038] 图2为本发明实施例一的环形部件的加热炉的结构示意图；
[0039] 图3为本发明实施例一的气流加热加速器的部分径向截面图；
[0040] 图4为本发明实施例一的气流加热加速器的立体结构示意图；
[0041] 图5为本发明实施例二的环形部件的加热炉的结构示意图；
[0042] 图6为本发明实施例二的环形部件的结构示意图；
[0043] 图7为本发明实施例二的环形密封盖的俯视图。
[0044] 附图标号说明：
[0045] 10-炉用电机；101-转轴；102-变频器；11-炉体的顶部内壁；111-引射环形曲 面；112-温度补偿环形曲面；12-炉体的底部内壁；13-炉体的内侧壁；14-顶板；141-环形 平板；142-维护盖；15-环形密封盖；151-半环形盖体；16-腔体；11'-炉盖；12'-炉底 盆；21-第一导流隔板；22-第二导流隔板；23-第三导流隔板；301-导流板拉杆；302-第 一导流板；303-第二导流板；31-第一气流通道；32-第二气流通道；33-第三气流通道； 34-第四气流通道；35-第五气流通道；4-离心式叶轮；41-第一离心式叶轮；42-第二离心 式叶轮；5-环形部件；51-环形部件的内侧壁；52-环形部件的上表面；53-环形部件的下 表面；54-环形部件的外侧壁；55-螺栓孔；56-环形部件支撑件；6-加热器；61-加热加速 环；611-热源；612-隆起表面；6121-第一环形表面；6122-第二环形表面；61221-换热孔； 7_分流环；71-楔边部；72-分流环支撑件；8-导流片；9-除尘装置。
【具体实施方式】
[0046] 下面结合附图对本发明实施例的环形部件的加热炉进行详细描述。
[0047] 本发明的实施例基于场协同原理对环形部件的加热炉的结构进行了重新设计，为 便于理解，在此先简单介绍一下强化传热的场协同理论。
[0048] 对于热气流加热环形部件的对流换热问题，由于有热气流运动必然存在着一个流 体速度场，或称流场，它是一个矢量场。此外热气流的温度是不均匀的，还存在一个热气流 的温度场，由于我们关心的是热量输运速率，因此在论述中用温度梯度场（或称热流场）代 替温度场更方便。以环形部件径向作二维柱坐标处理，对流换热的能量方程为：
[0049]
【权利要求】
1. 一种环形部件的加热炉，其特征在于，包括炉体、第一离心式叶轮以及驱动所述第一 离心式叶轮的炉用电机， 在所述炉体内自上而下依次设有第一导流隔板、第二导流隔板和第三导流隔板，在所 述炉体的顶部内壁、第一导流隔板、第二导流隔板、第三导流隔板和所述炉体的底部内壁五 者之间自上而下依次构成第一气流通道、第二气流通道、第三气流通道和第四气流通道，在 所述第二气流通道和第四气流通道中均设有气流加热加速器，所述第一离心式叶轮设置在 所述第一导流隔板和第二导流隔板之间，环形部件的内侧壁与所述第一导流隔板的外边缘 和第三导流隔板的外边缘抵接，环形部件的上表面、下表面及外侧壁与所述炉体的顶部内 壁、底部内壁及内侧壁构成第五气流通道， 所述第一离心式叶轮驱动气体循环流动，气体从第一离心式叶轮的出风口进入第二气 流通道，经过气流加热加速器后与环形部件的内侧壁撞击，之后依次流经第三气流通道、第 四气流通道、第五气流通道和第一气流通道后进入第一离心式叶轮的入风口。
2. 根据权利要求1所述的环形部件的加热炉，其特征在于，所述气流加热加速器包括 两个加热加速环，所述加热加速环具有呈环形的隆起表面，所述两个加热加速环的隆起表 面相对设置，在所述加热加速环的内部设有热源，所述第二气流通道中的两个加热加速环 分别固定在所述第一导流隔板的下表面和所述第二导流隔板的上表面上，所述第四气流通 道中的两个加热加速环分别固定在所述第三导流隔板的下表面和所述炉体的底部内壁上。
3. 根据权利要求2所述的环形部件的加热炉，其特征在于，所述隆起表面的位于隆起 表面顶部的内侧的部分为第一环形表面，所述隆起表面的位于隆起表面顶部的外侧的部分 为第二环形表面，所述第一环形表面的径向宽度小于所述第二环形表面的径向宽度。
4. 根据权利要求3所述的环形部件的加热炉，其特征在于，所述第一环形表面的坡度 自内向外先变大后变小，所述第二环形表面的坡度自外向内先变大后变小。
5. 根据权利要求2所述的环形部件的加热炉，其特征在于，所述隆起表面的位于隆起 表面顶部的内侧的部分为第一环形表面，所述隆起表面的位于隆起表面顶部的外侧的部分 为第二环形表面，所述热源埋设在所述第二环形表面下。
6. 根据权利要求5所述的环形部件的加热炉，其特征在于，在所述第二环形表面上设 有多个换热孔，所述换热孔连通至所述热源的表面。
7. 根据权利要求6所述的环形部件的加热炉，其特征在于，所述多个换热孔在所述第 二环形表面上呈多圈分布，所述各圈换热孔在所述第二环形表面上呈叉排布置。
8. 根据权利要求6所述的环形部件的加热炉，其特征在于，所述多个换热孔中位于外 侧的换热孔的深度深于位于内侧的换热孔的深度。
9. 根据权利要求2所述的环形部件的加热炉，其特征在于，所述热源为电热元件。
10. 根据权利要求1所述的环形部件的加热炉，其特征在于，所述第三导流隔板包括平 板部和导流弧板部，导流弧板部的内边缘与平板部的外边缘连接，导流弧板部的外边缘与 环形部件的内侧壁抵接。
11. 根据权利要求1所述的环形部件的加热炉，其特征在于，在所述第三导流隔板与所 述炉体的底部内壁之间设有第二离心式叶轮，气体流经所述第三气流通道后进入所述第二 离心式叶轮的入风口，并从所述第二离心式叶轮的出风口流入所述第四气流通道。
12. 根据权利要求11所述的环形部件的加热炉，其特征在于，所述第二离心式叶轮的 直径大于所述第一离心式叶轮的直径。
13. 根据权利要求1所述的环形部件的加热炉，其特征在于，在所述环形部件上设有多 个螺栓孔，在所述第五气流通道内设有分流环，所述分流环与所述环形部件的外侧壁抵接， 所述第五气流通道中的一部分气体经由分流环的内侧流过所述螺栓孔后与所述第五气流 通道中的另一部分气体汇合。
14. 根据权利要求13所述的环形部件的加热炉，其特征在于，在所述分流环上设有楔 边部，所述楔边部位于所述分流环的内侧面的下边缘。
15. 根据权利要求13所述的环形部件的加热炉，其特征在于，在所述炉体内还设有分 流环支撑件，所述分流环支撑件的下端固定在所述炉体的底部内壁上，所述分流环固定在 所述分流环支撑件的上端。
16. 根据权利要求13所述的环形部件的加热炉，其特征在于，在所述炉体内还设有导 流片，所述导流片呈环形，所述导流片的径向截面呈弧形，所述导流片的下边缘位于所述分 流环之外，所述导流片的上边缘位于所述分流环之上并且位于所述环形部件的外侧壁的外 侧。
17. 根据权利要求16所述的环形部件的加热炉，其特征在于，所述导流片的片数为至 少两片，位于内侧的导流片的上边缘的直径小于位于外侧的导流片的上边缘的直径。
18. 根据权利要求16所述的环形部件的加热炉，其特征在于，所述炉体的顶部内壁具 有引射环形曲面，在所述引射环形曲面和所述导流片及环形部件的上表面之间构成自外向 内先收缩后扩张的缩放通道，所述引射环形曲面的外边缘的直径大于所述环形部件的外 径，所述引射环形曲面的内边缘的直径大于所述环形部件的内径。
19. 根据权利要求1所述的环形部件的加热炉，其特征在于，所述炉体的顶部内壁具有 温度补偿环形曲面，所述温度补偿环形曲面的径向截面线构成至少一个向下伸出的尖齿。
20. 根据权利要求19所述的环形部件的加热炉，其特征在于，所述尖齿的个数为至少 两个，位于内侧的所述尖齿的齿尖的高度低于位于外侧的所述尖齿的齿尖的高度。
21. 根据权利要求19所述的环形部件的加热炉，其特征在于，所述尖齿的位于外侧的 边为弧线边，所述尖齿的位于内侧的边为直线边。
22. 根据权利要求1所述的环形部件的加热炉，其特征在于，所述炉体包括顶板、环形 密封盖和上部开口的腔体，所述开口的直径大于所述环形部件的外径，所述环形密封盖的 外边缘与所述开口的边缘密封连接，所述环形密封盖的内边缘与所述顶板的外边缘密封连 接，所述顶板的外径小于所述环形部件的内径。
23. 根据权利要求22所述的环形部件的加热炉，其特征在于，所述环形密封盖包括两 个半环形盖体，其中一个半环形盖体的两端与另一个半环形盖体的两端分别可拆卸地密封 连接。
24. 根据权利要求22所述的环形部件的加热炉，其特征在于，所述顶板包括环形平板 和维护盖，所述维护盖的边缘与所述环形平板的内边缘连接，在所述维护盖与所述第一导 流隔板之间设有除尘装置，所述除尘装置位于所述第一离心式叶轮的入风口的上方。
25. 根据权利要求1所述的环形部件的加热炉，其特征在于，所述炉用电机位于所述炉 体的下方，所述炉用电机的转轴伸入所述炉体内，所述第一离心式叶轮连接在所述炉用电 机的转轴上。
26.根据权利要求1所述的环形部件的加热炉，其特征在于，在所述炉用电机上连接有 变频器。
【文档编号】C21D9/40GK104152663SQ201410345152
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年7月18日 优先权日:2014年7月18日
【发明者】马盛骏, 刘承前 申请人:新疆金风科技股份有限公司