Прокатный стан

 

СОЮЗ СО8ЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

gg 4 В 21 В 13/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3886913/22-02 (22) 18.04.85 (46) 23.09.86. Бюл. ¹- 35 (72) В.П.Коротков (53) 62 1.771.2.06(088.8) ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (56) Авторское свидетельство СССР № 547243, кл. В 21 В 21/00, 1975.

Авторское свидетельство СССР

¹ 1135503, кл. В 21 В 1/42, 1983. (54)(57) ПРОКАТНЫЙ СТАИ, содержащий неподвижную станину с герметичными крышками, образующими внутреннюю полость, и С-образной плитой, профиль которой имеет вид двухэпитрохоидной поверхности, обхватывающей установленный на эксцентриковом валу треугольный ротор-поршень, в вершинах которого с возможностью вращения размещены рабочие валки, сцепленные между собой шестерни с внутренними и

- SU 1258524 А1 наружными зубьями, закрепленные соответственно на роторе-поршне и ста1нине, подводящий и отводящий каналы, соединенные соответственно с источником карбюрированной рабочей смеси и глушителем, и запальное приспособление, установленное во внутренней полости, отличающийся тем, что, с целью повышения удельной мощности и экономичности, роторпоршень снабжен герметичной камерой, частично заполненной легкоиспаряющимся жидким теплоносителем, и размещенными в ней последовательно соединенными парогенератором, турбиной, конденсатором.и конденсатным насосом, Ж при этом конденсатор и парогенератор выполнены в виде тел вращения, коаксиальных эксцентриковому валу, а С

:конденсатор прикреплен к парогенератору и смещен относительно него к оси Я вращения ротора-поршня, 58524 3 торообразный термоизолятор 19, имеющий большое термосопротивление, !

0 !

Для повышения удельной мощности и экономичности в роторе-поршне 7 выполнена герметичная камера 14, частично заполненная легкоиспаряющимся жидким теплоносителем, в которой размещены последовательно соединенные парогенератор 15, турбина 16, конденсатор 17 и конценсатный насос 18, при этом конденсатор 17 и парогенератор

15 выполнены в виде тел вращения, коаксиальных эксцентриковоиу валу 6, а конденсатор 17 прикреплен к парогенератору 15 и смещен относительно него к оси вращения ротора-поршня 7.

Для уменьшения паразитных теплоперетоков из парогенератора 15 к конденсатору 17 между парогенератором !

5, турби»ой 16, конденсатором 17 и ко»де»сатным насосом 18 установлен

1 12

П ропрете»ие относится к прокатному

»пои в<>дству, а именно к волновым прокат»ыи станам, и может быть ис» льзонано на металлургических и машиностроительных заводах, преимуществе»но для листовой прокатки труднодеформируеиых заготовок.

11ель изобретения — повышение удель»ой мощности и экономичности прокатного стана.

На фиг.1 изображен прокатный стан, продольный разрез, на фиг.2 — разрез

А-А на фиг.1; на фиг.3 — часть ротора с валком в более крупном масштабе, на фиг.4 — осуществляемый в прокатном стане бинарный термодинамический цикл.

Прокатный стан содержит неподвижную станину 1 с герметичными крышками 2 и 3, образующими внутреннюю полость 4, и С вЂ образн плитой 5, профиль которой выполнен в виде двухэпитрохоидной поверхности, обхватывающей установленный на эксцентриковои валу 6 треугольный ротор-поршень

7, в вершинах которого с возможностью вращения размещены рабочие валки 8, сцепленные между собой шестерни 9 и

10 с внутренними и наружными зубьями, закреппенные соответственно на роторе-поршне 7 и станине 1, передаточное отношение которых равно 3/2, подводящий 11 и отводящий 12 каналы, соединенные соответственно с источником карбюрированной рабочей смеси и глушителем, и запальное приспособление 13, установленное во внутренней полости 4.

S0

В качестве легкоиспаряющегося жидкого теплоносителя могут быть использованы вода, этиловый спирт, гептан, флутек и др. При осуществлении более высокотемпературного цикла могут быть использованы термекс, ртуть, цезий, литий и др.

Герметичная камера 14, парогенератор 15, турбина 16, конденсатор 17 и конденсатный насос 18 могут быть выполнены за одно целое с роторомпоршнем 7 методом литья по выплавляемым моделям. Литники (не показаны) при этом служат одновременно для вакуумной заправки герметичной камеры

14 теплоносителем, после чего герметически заглушаются. Возможна также сборная конструкция этих элементов.

В любых случаях кардинальным является решение проблемы утечек рабочего тела, так как функционирование обеспечивается без применения подвижных уплотнений.

С-образная плита 5 выполнена сиен» ной и установлена в станине 1 неподвижно. В С-образной плите 5 предусмотрен ручей, образующий вместе с наружными поверхностями рабочих валков

8 клинообразный в полярной системе координат рабочий калибр. В рабочих валках 8 также могут быть выполнены требуемые ручьи.

Для улучшения отвода теплоты от конденсатора 17 могут быть предусмотрены масляные каналы (не показаны), выполненные в эксцентриковом валу 6 и включенные в циркуляционный контур системы смазки стана, оснащенной масляными насосами и маслоохладителями (не показаны). Возможны и другие варианты теплоотвода от конденсатора

17, например, в виде тепловых труб.

Однако при умеренной мощности стана теплоотвода на массу стана обеспечивается без специальных иер за счет теплопроводности.

Внутренняя поверхность С-образной плиты 5, наружная поверхность роторапоршня 7 и внутренние поверхности герметичных крышек 2 и 3 образуют три камеры переменного объема; заполненные рабочей средой — воздухом с рабочей смесью для левой камеры, и продуктами сгорания для правой.

Источник карбюрированной рабочей смеси, соединенный с подвопящим пат1258524 рубком 11, представляет собой воздухозаборник и распылитель жидкого топлива и служит для приготовления и подачи рабочей смеси, сгорающей в верхней камере переменного объема.

Глушитель, соединенный с отводящим каналом 12, служит для снижения акустических колебаний, возникающих при выпуске отработанных продуктов сгорания, и может быть снабжен нейтрализа-10 тором для снижения токсичности выпускных газов.

Для подачи и приема прокатываемого металла, создания переднего и заднего натяжений и обеспечения обхваты-15 вания ротора-поршня 7 петлей прокатываемого металла служат моталки 20 и

2 1 и отклоняющие ролики 22-25.

Для снижения паразитного газообмена между камерами переменного объе-20 ма ротор-поршень 7 снабжен радиальны- . ми уплотнениями 26, Запальное приспособление 13 электрически соединено с кулачковым прерывателем 27, механически связанным 25 с эксцентриковым валом 6 и допускающим регулировку опережения зажигания.

Для пуска прокатного стана путем первоначальной закрутки эксцентриковый вал 6 снабжен шпинделем 28, сое- щ0

1 иняющимся со стартерным устройством (не показано) .

Для оптимизации режима прокатки могут быть предусмотрены связанные с электронной вычислительной машиной средства для малоинерционного измерения и регулирования в процессе прокатки скорости и момента прокатки, переднего и заднего натяжений., состава и подачи рабочей смеси, величины 40 опережения зажигания, температуры и давления в камерах переменного объема, величины опережения зажигания, состава и температуры выпускных газов и других параметров. 45

Прокатный стан функционирует следующим образом.

После задачи полосы одним из известных способов устанавливается не- 50 обходимый режим прокатки и включаются вспомогательные системы оптимизации режима. При этом прокатываемый металл образует внутри станины 1 петлю треугольной формы, обхватывающую рабочие55 валки 8 по наружным образующим. Посредством стартерного устройства через шпиндель 28 проводится пуск, и прокатный стан переходит в режим самовращения.

При вращении ротора-поршня 7 в направлении, указанном на фиг.1 (по часовой стрелке), в прокатном стане осуществляется бинарный (комбинированный) термодинамический цикл, состоящий из четырехтактного цикла с изохорным подводом теплоты и паросиловîrо цикла с изобарным подводом теплоты и паросилового цикла с изобарным подводом теплоты от предыдущего цикла, Четырехтактный цикл осуществляется во вйутренней полости 4, а паросиловой — в герметичной камере 14 °

Идеальный четырехтактный цикл (фиг.4) состоит из следующих процессов.

Первый процесс а — Ь сжатия рабочей смеси является адиабатным и протекает в камере переменного объема при ее левом положении. Температура повышается от Тс, до Tb. Степень сжатия 6-10.

Второй процесс b — с сгорания рабочей смеси является изохорным и протекает в камере переменного объема при ее верхнем положении. Температура повышается от Т до Т . Подвод тепла в этом процессе происходит в результате зажигания сжатой рабочей смеси электрической искрой запального приспособления 13, управляемого кулачковым прерывателем 27. Высокая температура и давление повышают текучесть прокатываемого металла.

Третий процесс с — d расширения продуктов сгорания является адиабатным и протекает в камере переменного объема при ее правом положении. Температура снижается от Т до Т,1 °

Происходит трансформация тепла в механическую работу, обеспечивающую самовращение рабочих валков 8 и деформирование прокатываемого металла.

Четвертый процесс d — а отвода продуктов сгорания является изохор-.ным и протекает в камере переменного объема нри ее нижнем положении. Температура снижается от Т,1 до Т . Параметры приобретают исходное значение и цикл замыкается.

Реальный четырехтактный цикл отличается от описанного идеального тем, что работа протекает с потерями тепла через стенки внутренней полости 4, одной из которых является наружная

5 12585 поверхность ротора-поршня 7, поэтому процессы сжатия а — Ь и расширения с — d происходят не адиабатно, а политропно при переменных значениях показателей политроп.

Отводимая в четырехтактном цикле теплота частично используется в паросиловом цикле.

ИдЕальный паросиловой цикл (фиг.А) состоит из следующих процессов. 10

Первый процесс е — f изображенный ломаной линией, является изобарным процессом подвода теплоты от предыдущего цикла и протекает в парогенераторе 15. Температура повышается от 1

Т до Т . Начальный участок линии е — f соответствует доведению теплоносителя герметичной камеры 14 до кипения, горизонтальной — изотермическому парообразованию, а конечный — 2п перегреву.

Результатом процесса является генерация перегретого пара.

Второй процесс f — g является адиабатным расширением перегретого пара 25 в турбине 16. Температура снижается от T o T . Происходит трансформация тепла в механическую работу — на лопатках турбины 16 возникает вращающий момент, суммирующийся с вращающимся Зп моментом ротора-поршня 7.

Третий процесс g — h является изотермическим процессом конденсации отработанного пара турбины 16 в конденсаторе 17, протекающим при постояннойз температуре T. = Т . Теплота конденсации отводится через эксцентриковый вал 6.

Четвертый процесс h — е является адиабатным сжатием конденсата конден-Аб сатным насосом 18. Температура повышается от Т po Te. Ввиду малой cxcvмаемости жидкости Т Т,.

Реальный паросиловой цикл также отличается от идеального так как про-4„= цессы расширения f — g и сжатия h — е протекают с потерями тепла.

Теплоотвод в герметичную камеру 14 не снижает максимальную температуру четырехтактного цикла ввиду практиче- б ски мгновенного протекания процесса

Ь вЂ” с сгорания рабочей смеси.

Прокатываемый металл движется с правой моталки 21 на левую моталку

20, при этом рабочие валки 8 обеспе- чивают обжатие в рабочем калибре и подачу прокатываемого металла, вращаясь против часовой стрелки (фиг>1).

24 ф

Подаваемая полоса не испытывает трения о рабочую поверхность С-образной плиты 5. В процессе прокатки вдоль прокатываемого металла распространяется бегущая волна деформации, частота которой определяетгя скоростью вращения. ротора-поршн 7, а амплиту-. да — разностью радиуса описанной вокруг ротора-поршня 7 окружности и радиуса вписанной в ротор-поршень 7 окружности.

За один оборот ротора-поршня 7 прокатываемый металл проходит расстояние, равное разности длин С-образной плиты 5 и периметра ротора-поршня 7.

Так как эта разность относительно мала, прокатываемый металл находится во внутренней полости ц в течение нескольких рабочих циклов и каждый его участок многократно подвергается пе-, ред очагом деформации воздействию высоких температур и давлений, что повышает его текучесть и существенно увеличивает производительность прокатки труднодеформируемых заготовок.

Частичная утилизация отбросной теплоты четырехтактного цикла а— — Ь вЂ” с — d протекающего во внутренней полости 4, в паросиловом цикле е — f — g — h протекающем в герметичной камере 14, позволяет повысить удельную мощность и экономичность прокатного стана на 20-ЗОЕ. Одновременно стабилизируется температура ротора-поршня 7 в заданных температурных прецелах, что предотвращает заклинивание ротора-поршня 7 во внутренней полости и возникновение аварийной ситуации.

В первом приближении повышение удельной мощности и экономичности прокатного стана за счет утилизации отбросной теплоты может быть оценено по формуле .=Й у )/y,, где Š— коэффициент, характеризующий повышение удельной мощности и экономичности,, — эффективность известного стана, эффективность утилизации отбросной теплоты.

F2 = (1 — 3 )rL,k где I7> — эффективность паросилового цикла; — коэффицие нт характеризую1

9 ший долю утилизируемой теплоты.

Например, при, = = k 0,4 получаем k = 1, 2, т.е. удельная

1258524 8 мощность и экономичность повышаются на 203.

1258524

2б

17

Составитель Г.Ростов

Техред Л.Олейник

Редактор О.Головач

Корректор В.Синицкая

Заказ 6294

Подписное

Тираж 518

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое ° предприятие, г. ужгород, ул. Проектная, 4