Прокатный стан

 

Изобретение относится к прокатке металлов и сплавов на кулачковых прокатных станах и может быть использовано для организации прокатного производства в специфических условиях отсутствия атмосферного воздуха с применением возобновляемых источников энергии. Цель изобретения - повышение термодинамической эффективности процесса прокатки, увеличение мощности прокатного стана и расширение области его применения путем осуществления термодинамического цикла с внешним подводом теплоты. Тепло к ра-:Z3 (Л 00 4 ю ел 4 4;:

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (51) 4 В 21 В 13/00 ;: F" <))()ЯК/! Я

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21 ) 4069653/22-02 (22) 22,05.86 (46) 07,10.87, Бюл. и 37 (75) В,П,Коротков

{53) 621.771 ° 06(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 1036410, кл, В 21 В 13/00, 1982.

Авторское свидетельство СССР

М - 1170679, кл. В 21 В 13/20, 1984, (54) ПРОКАТНЫЙ СТАН (57) Изобретение относится к прокатке металлов и сплавов на кулачковых прокатных станах и может быть использовано для организации прокатного производства в специфических условиях отсутствия атмосферного воздуха с применением возобновляемых источников энергии. Цель изобретения — повышение термодинамической эффективности процесса прокатки, увеличение мощности прокатного стана и расширение области его применения путем осуществления термодинамического цикла с внешним подводом теплоты. Тепло к ра1342544

20 бочему телу подводится от источника 19. Осуществляемый термодинамический цикл близок к циклу Шмидта. Противоположные рабочие валки 5 находят" ся в одной фазе. Процессы в подпоршневой полости 16 отстают по фазе на

90 от процессов в надпоршневой полости 10. В каждой полости каждого цилиндра эа полный цикл происходят четыре процесса, Валок 5 перемещается в сторону кулачкового валка 4, обжимает полосу и одновременно поворачивает валок 4, При этом рабочее тело через теплообменник теплового .стока 21 и регенератор 20 из полосИзобретение относится к прокатке металлов и сплавов на кулачковых прокатных станах, в которых воздействующие на очаг деформации рабочее давление обеспечивает одновременно вращение прокатных валков путем осуществления изотермического термодинамического цикла с внешним подводом теплоты, и может быть использовано для органи- 10 эации прокатного производства в специфических условиях отсутствия атмосферного воздуха с применением возобновляемых источников энергии, например солнечных и геотермальных. 15

Цель изобретения — повьппение термодинамической эффективности процесса прокатки, увеличение мощности прокатного стана и расширение области его применения путем осуществления термодинамического цикла с внешним подводом теплоты„

На фиг,l показан прокатный стан, поперечный разрез; на фиг,2 — то же, продольный разрез. 25

Прокатный стан содержит станины 1 и 2, выполненные с заполненной рабочей средой замкнутой геометрической камерой 3, в которой расположены неприводной кулачковый прокатный ва- 30 лок 4, окруженный приводными прокатными валками 5, установленными в вилках 6, хвостовики ? которых оборудованы поршнями 8, размещенными в цилиндрах 9 с образованием надпоршневых полостей 10, расположенных по ти 16 передается в тепловой источник 19, нагретое здесь рабочее тело поступает в надпоршневую полость следующего рабочего валка и цикл повторяется ° Такое выполнение прокатного стана позволяет существенно увеличить термический коэффициент полезного действия, изолировать его внутренние полости от окружающей среды, обойтись беэ потребления атмосферного воздуха и использовать для обеспечения работы стана возобновляемые источники энергии, например солнечную энергию, 2 ил, окружности герметичной камеры 3, и профилированные обоймы 11, механически связанные друг с другом поперечными стержнями 12, пропущенными через отверстия 13 в неприводном кулачковом прокатном валке 4 и .взаимодействующие с опорными роликами 14, установленными на цапфах 15 приводных прокатных валков 5, Кроме того, прокатный стан снабжен подпоршневыми полостями. 16, выполненными в стенках 17 геометрической камеры 3, а хвостовики 7 вилок 6 снабжены неподвижными уплотнениями 18, при этом надпоршневая полость 10 каждого цилиндра 9 соединена с подпоршиевой полостью 16 соседнего цилиндра 9 через последовательно включенные тепловой источник 19, регенератор 20 и тепловой сток 21.

В прокатном стане предусмотрены также средства для подачи 22 и приема 23 прокатываемой полосы 24.

Профиль неприводного кулачкового прокатного валка 4 выполнен с синусоидальными выступами, а профили профилированных обойм 11 — в виде эпициклоид.

Для обеспечения требуемых фазовых соотношений процессов в надпоршневых 10 и подпоршневых 16 полостях число синусоидальных выступов неприводного кулачкового прокатного валка 4 связано с числом цилиндров 9 следующим соотношением:

N = i (К+ у/27); у = Тm/и (!) (2) где N число синусоидальных выступов неприводного кулачково.5

ro прокатного валка 4; число цилиндров 9; целые положительные числа, причем m>n, t0

К,mРабочий калибр образован тем, что профилированные обоймы ll установлены эксцентрично относительно неприводного кулачкового прокатного валка 4 (эксцентриситет ввиду малости не показан), Входной калибр (со стороны средства 22 для подачи) больше выходного калибра (со стороны средства 23 для приема) на величину, про— порциональную удвоенному зксцентри- 2О ситету, !

Тепловой источник 19 выполнен в виде теплообменника, подключенного к высокотемпературному нагревателю 25 (фиг.2, стрелки, направленные внутрь).

При использовании солнечной энергии нагревателем служит фокальная область гелиоустановки, соединенная с теплообменником посредством высоко- Зр температурных тепловых труб.

Регенератор 20 выполнен в виде полости, заполненной пористым материалом, имеющим большую теплоемкость и теплоотдачу. Полость можно заполнить металлической губкой, состоящей из отдельных полос или проволочек, Тепловой сток 21 выполнен в виде теплообменника, подключенного к холодильнику (фиг,2, стрелки, направ- 4р ленные наружу). При использовании стана на космических базах холодильником может служить поверхностный излучатель, соединенный с теплообменником посредством низкотемпературных 45 тепловых труб, Цилиндры 9 заполнены рабочим телом, при дальнейшем рассмотрении считающимся идеальным газом, В качестве 50 рабочего тела можно использовать такие газы, как, например, воздух, гелий, водород, перечисленные в порядке возрастания термодинамической эффективности при увеличении частоты вращения неприводного.кулачкового прокатного валка 4, Рабочее тело заполняет, таким образом, надпоршневую полость 10, теплообменник теплового

1342544 4 источника 1 9, полость регенера тора 20, теплообменник теплового стока 21 и подпоршневую полость 6.

При числе цилиндров 9, равном

i=8 (фиг,2), число синусоидальных выступов неприводного кулачкового прокатного валка 4N=)0 (К=2, m=3,, n=2, а в выражении () ) принят знак минус).

В прокатном стане предусмотрены каналы (не показаны), служащие для подачи смазки ко всем движущимся эле— ментам, такие. служащие для оптимиза" ции режима прокатки и связанные с компьютером средства для малоинерционного измерения и регулирования в процессе прокатки переднего и заднего натяжений, скорости прокатки, режимов работы теплового источника 19 и теплового стока 21.

Стан работает следующим образом °

При подводе к рабочему телу теплоты от теплового источника 19 и отводе от рабочего тела теплоты в тепловой сток 21 в каждой надпоршневой полости 10 и связанной с ней регенератором 20 подпоршневой полости )6 осуществляется замкнутый термодинамический цикл с внешним подводом теплоты, близкий к циклу Шмидта, Объем рабочего тела в надпоршневой полости 10 находится при высокой температуре Т„, „ a объем рабочего тела в подпоршневой полости 16 находится при низкой температуре .T«„, Температурный градиент между торцовыми поверхностями регенератора 20 равен Тмакс T«„

Так как профиль неприводного кулачкового прокатного валка 4 выполнен с синусоидальными выступами, в процессе работы объемы рабочего тела в надпоршневой 10 и в подпоршневой !6 полостях изменяются по синусоидальному закону, При этом процессы в подпоршневой полости 16 отстают по фазе на

90 от процессов в надпоршневой полости 10, что обусловлено выбором числа цилиндров 9 и числа синусоидальных выступов неприводного кулачкового прокатного валка 4N в соответствии с выражениями (1) и (2).

Первый процесс термодинамического цикла является иэотермическим процес,сом сжатия и протекает при постоянной низкой температуре Т „ за счет отвода теплоты в тепловой сток 21, Объем надпоршневой полости 10 уменьшается до минимума, а объем подпоршневой полости 16 уменьшается от максимума до среднего значения. Производимая в

1342544 этом процессе работа отрицательна и производится за счет инерции вращающегося,неприводного кулачкового про-, катного валка 4 и изотермических процессов расширения, протекающих в дру- 5 гих цилиндрах 9.

Второй процесс термодинамического цикла является изохорным процессом регенеративной теплоотдачи и протекает при постоянном суммарном объеме 10 надпоршневой 10 и подпоршневой 16 полостей. Объем надпоршневой полости 10 увеличивается от минимума до среднего значения, а объем подпоршневой полости 16 уменьшается от средне- 15

ro значения до минимума, Температура рабочего тела увеличивается от низкой температуры T„ < до высокой температуры Т к,за счет передачи теплоты регенерации от регенератора 20 рабо- 20 чему телу, рабочее тело перетекает из подпоршневой полости 16 в надпоршневую полость 10. Работа в этом про— цессе не производится °

Третий процесс термодинамического цикла является изотермическим процессом расширения и протекает при постоянной высокой температуре Тцдксза счет подвода теплоты от теплового ис- 0 точника 19, Объем надпоршневой полости 10 увеличивается от среднего значения до максимума, объем подпоршневой полости 16 увеличивается от минимума до среднего значения. Производимая в этом процессе работа положительна и используется для осуществле— ния процесса прокатки, Давление в надпоршневой полости 10 цилиндра 9 возрастает до максимального значения 40 и передается через поршень 8, хвостовик 7, вилку б и приводной прокатный валок 5 в очаг деформации и одновременно через прокатываемую полосу 24 на неприводной кулачковый прокатный 45 валок 4„ Приводной прокатнь и валок 5 перемещается к центру неприводного кулачкового прокатного валка 4, При этом за счет взаимодействия с кулач.ковой поверхностью неприводного кулач-50 кового прокатного валка 4, кроме нормальной составляющей силы, действующей на очаг деформации прокатываемой полосы 24, появляется тангенциальная составляющая сила, которая создает приводящий во вращение прокатные валки 4 и 5 крутящий момент, Четвертый процесс термодинамического цикла является изохорным процессом регенеративной теплоотдачи и протекает при постоянном суммарном объеме надпоршневой 10 и подпоршневой 16 полостей, Объем надпоршневой полости 10 уменьшается от максимума до среднего значения, а объем подиоршневой полости 16 увеличивается от среднего значения до максимума. Температура рабочего тела уменьшается от высокой температуры Т до низкой темпемакс ратуры Т„„„за счет передачи теплоты регенерации от рабочего тела регенератору 20, рабочее тело протекает из надпоршневой 10 в подпоршневую 1 6 полость, Работа в этом процессе не производится, Приводной прокатный валок 5 перемещается от центра неприводного кулачкового прокатного валка 4.

При этом опорные ролики 14, взаимодействующие с рабочими поверхностями профилированных обойм 11 и ограничивающие перемещение приводных прокат— ных валков 5 от центра неприводного кулачкового прокатного валка 4, ког— да давление прокатываемой полосы 24 превышает давление в надпоршневой полости 1 0 цилиндра 9, обеспечивает постоянство зазоров между неприводным кулачковым прокатным валком 4 и приводными прокатными валками 5 в течение всего периода работы, что позволяет уменьшить разнотолщинность и . повысить качество прокатки, Этим замыкается осуществляемый в прокатном стане термодинамический цикл, Процессы в остальных цилиндрах 9 протекают. аналогично и только сдвинуты по фазе, Как видно, цикл состоит из двух изотермических и двух изохорных процессов, Термический КПД цикла близок к предельному, а количество подводимой в цикле теплоты больше, чем в цикле Карно, Вместе с воэможностью использования возобновляемых источников энергии это позволяет повысить термодинамическую эффективность процесса прокатки, увеличить мощность прокатного стана без увеличения его габаритов и значительно расширить область его применения, Формула изобретения

Прокатный стан, содержащий станины, выполненные с заполненной рабочей средой замкнутой герметичной камерой, в которой расположены неприводной кулачковый прокатный валок, 1342544

Составитель Г,Ростов

Техред Л.Сердюкова Корректор М,Максимишинец

Редактор Н,Рогулич

Тираж 480 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 4545/6

Производственно-полиграфическое предприятие, г,ужгород, ул,Проектная,4 окруженный приводными прокатными валками, установленными в вилках, хвостовики которых оборудованы поршнями, размещенными с образованием надпоршневых полостей в цилиндрах, расположенных по окружности герметичной камеры, и профилированные обоймы, связанные одна с другой поперечными стержнями, пропущенными через отверстия в неприводном кулачковом прокат- 10 ном валке, и взаимодействующие с опорными роликами, установленными на цапфах приводных прокатных валков, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения термодинамической эф — 15 фективности процесса прокатки, увеличения мощности прокатного стана и расширения области его применения путем осуществления термодинамического цикла с внешним подводом теплоты, он снабжен подпоршневыми полостями, выполненными в стенках герметичной камеры, а хвостовики вилок снабжены неподвижными уплотнениями, при этом надпоршневая полость каждого цилиндра соединена с подпоршневой полостью соседнего цилиндра через последовательно включенные тепловой ис— точник-, регенератор и тепловой сток.