Устройство для штамповки рабочей средой

 

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано в машиностроении при изготовлении деталей из листового материала. Цель изобретения - повышение удельной мощности путем предотвращения необратимых потерь при (Л S-5 /5 1Ч

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСОУБЛИН

А2 (19) (Ц) (1) 4 В 21 D 26/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPGHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

)О

ГОСУДАРСТВЕННЬ)Й КОМИТЕТ СССР

00 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (61) 1282941 (21) 4069990/25-27 (22) 22,05.86 (46) 30. 10.87. Бюл. Ф 40 (75) В.П.Коротков (53) 621.98.044(088 ° 8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 1282941, кл. В 21 D 26/02, 1985, по которой имеется решение о выдаче авторского свидетельства. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ШТАМПОВКИ РАБОЧЕЙ СРЕДОЙ (57) Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано в машиностроении при изготовлении деталей из листового материала. Цель изобретения — повышение удельной мощности путем предотвращения необратимьм потерь при

1348031

10 теплопередаче через стенку ротора. С эксцентриковым валом 9 кинематически связан электрогенератор 34. В роторе

6 выполнен кольцевой паз 36, в котором установлена термоэлектрическая батарея 35. соединенная с электрогенератором 34. Холодные и горячие спаи термоэлектрической батареи 35 посредством теплопереходов соединены соответственно с ротором 6 и парогенератором 14. Тепловой поток, подвоИзобретение касается обработки металлов давлением и относится к устройствам для штамповки рабочей средой деталей из листового металла.

Цель изобретения — повышение удельной мощности путем предотвращения необратимых потерь при теплопередаче через стенку ротора.

На фиг ° 1 схематически изображено ip предлагаемое устройство, продольный разрез; на фиг. 2 — то же, поперечный разрез; на фиг. 3 — фрагмент ротора, (более крупный масштаб); на фиг. 4 — фрагмент теплового насоса 16 (более крупный масштаб); на фиг. 5 термодинамический цикл (в координатах энтрония — температура).

Устройство содержит корпус 1 с каналом 2 для подачи в его полость 3 рабочей среды. Полость 3 корпуса 1 снабжена средствами (не показаны) для герметизации и боковыми крышками 4 и 5. В полость 3 корпуса t помещен ротор 6, выполненный в виде правильной трехгранной призмы и снабженный механизмом поворота вокруг своей оси и оси корпуса 1 в виде большой шестерни 7 с внутренними зубьями и малой шестерни 8 с наружными зубьями. Большая шестерня 7 закреплена на роторе

6, а малая 8 — на корпусе 1.

Ротор 6 установлен на эксцентриковом валу 9 при помощи подшипника

10 с возможностью взаимодействия бо- 35 ковыми ребрами с внутренней криволи-. нейной поверхностью корпуса 1 через проходящий между ними материал, из которого штампуются детали. Эксцентриковый вал 9 смонтирован в подшипни- 4О димый к теплоносителю парогенератора 14, увеличивается вследствие возрастания температурного напора между стенкой ротора 6 и теплоносителем парогенератора. При этом теплоносителю в парогенераторе передается не только теплота, отводимая от рабочей среды в попости корпуса, но и теплота, эквивалентная работе, совершаемой электрическим током к термоэлектрической батарее 35. 5 ил. ках 11 и 12 боковых крышек 4 и 5.

Внутренняя криволинейная поверхность корпуса 1 образована перемещением прямолинейной образующей вдоль направляющей в виде зпитрохоиды.

В роторе 6 выполнена герметичная тороидальная полость 13, частично заполненная легкоиспаряющимся жидким теплоносителем, в качестве которого могут быть использованы вода, этиловый спирт, гептан, флутек и др. При осуществлении более высокотемпературного цикла могут быть использованы высококипящие теплоносители, такие как термекс, цезий, литий и др.

В герметичной тороидальной полости

13 размещены последовательно соединенные между собой парогенератор 14, турбина 15, конденсатор 16 и конденсатный насос 17, выполненные в виде тел вращения, коаксиальных эксцентриковому валу 9. Конденсатор 16 прикреплен к парогенератору 14 и смещен относительно него к оси вращения ротора 6. Для уменьшения паразитных теплоперетоков из парогенератора 14 к конденсатору 16 между парогенератором 14, трубиной 15, конденсатором

16 и конденсатным насосом 17 установлен термоизолятор 18, имеющий большое термосопротивление.

Герметичная тороидальная полость

13, парогенератор 14, турбина 15, конденсатор 16 и конденсатный насос

17 могут быть выполнены за одно целое с ротором 6. Эксцентриковый вал

9 может быть снабжен теплообменниКоМ (не показан), соединенным при помощи подводящего 19 и отводящего

134803l

20 трубопроводов через коллекторы 21 и 22 с циркуляционной системой охлаждения (не показана). Устройство снабжено также матрицами 23, расположенными на наружной боковой поверхности ротора Ь, который имеет средства герметизации в виде уплотнений

24. В матрицах 23 и роторе 6 предусмотрены дренажные отверстия и каналы (не показаны).

Устройство содержит также средство 25 для подачи штампуемого материала и средство 26 для удаления заготовок. Канал 2 связывает полость 3 корпуса 1 с карбюратором 27. В стенке корпуса 1 смонтирована свеча 28 зажигания. На эксцентриковом валу 9 размещен прерыватель 29 для подачи высокого напряжения на свечу 28 зажигания. Эксцентриковый вал 9 при помощи хвостовика 30 через выключаемую муфту (не показана) связан с пусковым приводом (не показан). Предусмотрен канал 31 для выпуска рабочей среды, выполненный в стенке корпуса 1.

На выходе из канала 31 установлены фильтр-дожигатель 32 и глушитель 33.

Для повышения удельной мощности и увеличения надежности работы устройство снабжено электрогенератором 34, кинематически связанным с эксцентриковым валом 9. и тепловым насосом в ниде термоэлектрической батареи 35, установленной в кольцевом пазу 36, выполненным в роторе 6, и соединенной с электрогенератором 34, при этом холодные 37 и горячие 38 спаи термоэлектрической батареи 35 соединены при помощи теплопереходов 39 и 40 соответственно с ротором 6 и парогенератором 14.

Соединение термоэлектрической батареи 35 с электрогенератором 34 осуществляется кабелем 41, приложенным в эксцентриковом валу 9, и вращающимся токосъемником 42. Электрогенератор 34 может быть или постоянного, или переменного тока. В последнем случае для питания термоэлектрической батареи 35 постоянным током предусмотрен полупроводниковый выпрямитель (не показан). В качестве термоэлектрической батареи 35 могут быть использованы существующие термоэлектрические модули.

Теплопереходы 39 и 40 одновременно служат для предотвращения электрического замыкания полупроводниковых

45 элементов термоэлектрической батареи

35 между собой и для снижения термосопротивления, и могут быть изготовлены из керамики, окисей металлов, эмали. Позициями 43 и 44 на чертежах обозначены штампуемый листовой материал и отштампованная заготовка соответственно.

Устройство работает следующим образом.

Листовой рулонный материал 43 пропускается средством 25 для подачи в полость 3 корпуса 1 между боковыми ребрами ротора 6 и внутренней криволинейной поверхностью корпуса 1 и далее поступает в средство 26 для удаления отштампованных заготовок 44.

При этом создается требуемое натяжение обрабатываемого материала 43 так, что он плотно прилегает к боковой поверхности ротора 6. При вращении ротора 6 в устройстве осуществляется сложный термодинамический цикл, состоящий из четырехтактного цикла а-b-c-d-а с изохорным подводом теплоты, теплонасосного цикла е-f-g-h-e и паросилового цикла î-i-k-1-m-n-о с изобарным подводом теплоты, являющейся отбросной теплотой четырехтактного цикла а-Ъ-с-d-а (фиг.5).

При этом четырехтактный цикл а-Ь-с-d-а осуществляется в полости 3 корпуса 1, теплонасосный цикл 1-f-g-h-e — в термоэлектрической батарее

35, а паросиловой цикл î-i-k-1-m-u-о — в reрметичной тороидальной полости 13.

Четырехтактный цикл а-Ь-с-d-а состоит из следующих четырех процессов.

Первый процесс а-Ъ, сжатия рабочей среды, поступающей из карбюратора 27 через канал 2, является изоэнтропным и протекает в камере переменного объема, образованной ротором 6 в полости 3 корпуса 1, при ее верхнем правом положении. Температура повышается от Т до Т . Степень сжатия составляет 8-10.

Второй процесс Ь-с сгорания рабочей среды, является изохорным и протекает в камере переменного объема при ее правом положении. Температура повышается от Т до Т . Подвод теплоты в этом процессе происходит в результате сгорания рабочей среды. Инициирование процесса обеспечивается от свечи 28 зажигания, управляемой прерывателем 29. Продукты сгорания

1348031

Эксцетриковый вал 9 приводит во вращение электрогенератор 34, и по кабелю 1 через вращающийся токосъемник 42 в термоэлектрическую батарею

35 подается электрический ток. Полярность подключения термоэлектрической батареи 35 такова, что по холодному спаю 37 электрический ток течет от полупроводникового элемента с и-проводимостью к полупроводниковому эле-. менту с р-проводимостью, а по горячему спаю 38 электрический ток течет от полупроводникового элемента с р-проводимостью к полупроводникому элементу с и-проводимостью. Вследствие эффекта Пельтье дополнительно поглощается теплота в гоярчих спаях

38 и дополнительно выделяется теплота в холодных спаях 37.

Температура Т холодных спаев 37 ниже температуры рабочей среды в полости 3 корпуса 1 и тепловой поток, отводимый от рабочей среды, увеличивается вследствие возрастания температурного напора между рабочей средой и стенкой ротора 6.

50 рабочей среды осущаствляют штамповку заготовки 44 в матрице 23.

Третий процесс с-d, расширения продуктов сгорания рабочей среды, является изоэнтропным и протекает в камере переменного объема при ее правом нижнем положении. Температура снижается от Т до Т>. Происходит трансформация теплоты в механическую 10 работу, оебспечивающую окончательное формообразование заготовки 44 в матрице 23 и самовращение ротора 6.

Четвертый процесс d-а, отвода продуктов сгорания рабочей среды, является изохорным и протекает в камере переменного объема при ее нижнем левом положении, Температура снижается от Т до Тс, ° Параметры приобретают исходное значение, и цикл замыкается.

Отбросная теплота четырехтактного цикла а-Ь-с-d-а частично передается через стенку ротора 6 в парогенератор 14 герметичной тороидальной полости 13 для утилизации. При этом обеспечивается интенсификация тепло передачи путем осуществляемого термоэлектрической батареей 35 теплонасосного цикла, коэффициент преобразования которого пропорционален плотности передаваемого из полости 3 корпуса 1 теплового потока.

Температура T„ горячих. спаев 38 выше температуры теплоносителя в герметичной тороидальной полости 13 парогенератора 14, и тепловой поток, подводимый к теплоносителю, увеличивается вследствие возрастания температурного напора между стенкой ротора 6 и теплоносителем. При этом теплоносителю в парогенераторе 14 передается не только теплота, отводи-. мая от рабочей среды в полости 3 корпуса 1, но и теплота, эквивалентная работе, совершаемой электрическим током в термоэлектрической батарее 35.

Теплопереход в самой термоэлектрической батарее 35 обеспечивается как обычным путем теплопроводности, так и переносом теплоты носителями электрического тока полупроводниковых элементов.

Передаваемая термоэлектрической батареей 35 теплота утилизируется в герметичной тороидальной полости 13 в паросиловом цикле î-i-k-1-m-n-о, который состоит из следующих процессов. Процесс i-k-1-m, изображенный ломанной линией, является изобарным процессом подвода теплоты термоэлектрической батареей 35 от четырехтактного цикла а-Ь-с-d-а и протекает в парогенераторе 14. Температура повышается от Т„ до Т . Начальный участок i k соответствует доведению теплоносителя герметичной тороидальной полости

13 до кипения; горизонтальный участок k-1 — изотермическому парообразованию в области насыщения, а конечный 1-m — перегреву пара теплоносителя. Результатом процесса i k-1-ш является генерация пара теплоносителя высокого давления и температурй.

Процесс m-и является изоэнтропным процессом расширения перегретого пара теплоносителя в турбине 15. Температура снижается от Т до Т . Происзодит трансформация теплоты в механическую работу — на лопатках турбины

15 возникает вращающий момент, суммирующийся на эксцентриковом валу 9 с вращающимся моментом ротора 6.

Таким образом, большая часть теплоты превращается в механическую работу, затрачиваемую на самовращение ротора 6 и на приведение в действие средства 25 для подачи и средства 26 для удаления отштампованных-заготовок 44.

1348031

Процесс п-о является изотермическим процессом конденсации отработанного пара в турбине 15 и протекает в конденсаторе 16 при постоянной тем5 пературе Т . При малой массе ротора

6 теплота конденсации отводится теплообменником циркуляционной системы охлаждения устройства.

Процесс о-i является изоэнтропным 10 процессом сжатия конденсата теплоносителя конденсатным насосом 17. Температура повышается от То до Т; .

Вследствие малой сжимаемости жидкой фазы теплоносителя Т вЂ” Т . Конден- !5 о сат теплоносителя попадает в парогенератор 14, и цикл замыкается.

При увеличении подвода теплоты из полости 3 корпуса 1, например вследствие увеличения подачи карбюратором 2р

27 рабочей среды, увеличиваются обороты эксцентрикового вала 9, соответственно возрастает электрический ток электрогенератора 34. Повышаются температурные напоры, обеспечиваемые 25 .термоэлектрической батареей 35, уве- личивается плотность теплового потока, передаваемого через стенку ротора 6 в герметичную тороидальную полость 13, и нормальное функционирование устройства не нарушается.

Возможны различные соотношения температур рабочей среды в полости 3 корпуса 1 и теплоносителя в парогенераторе 14. Температура горячих спаев

38 может быть,как ниже, так и выше температуры рабочей среды в полости

3 корпуса 1 ° Одновременно температура холодных спаев 37 может быть как ниже, так и выше температуры теплоно- 40 сителя в парогенераторе 14. Эффективность работы оценивается отношением теплоты, подводимой к теплоносителю в парогенераторе 14, к затраченной работе электрического тока (отопи- 45 тельным коэффициентом) и при высокой добротности термоэлектрической батареи 35 и не слишком большой разности температур холодных 37 и горячих

38 спаев может достигать 10-12. Это 50 значит, что затрачиваемая для интенсификации теплопередачи через стенку ротора 6 электроэнергия составляет всего 8-1ОХ от передаваемой теплоты, причем значительная часть электроэнергии возобновляется за счет преобразования теплоты в механическую работу турбиной 15.

Возможна также эффективная теплопередача через стенку ротора 6, когда температура рабочей среды в полости 3 корпуса 1 (средняя) ниже температуры теплоносителя в парогенерато1 ре 14. Коэффициент преобразования теплового насоса в виде термоэлектрической батареи 35 и в этом случае также достаточно высок.

Повышение температурных напоров в ряде случаев одновременно увеличивает коэффициенты теплопередачи, что еще больше увеличивает плотность теплового потока через стенку ротора 6 в герметичную тороидальную полость 13.

По сравнению с прототипом интенсивность теплопередачи может быть увеличена в 5-6 раз. Однако пропорциональное ей повышение удельной мощности устройства не следует осуществлять более 2-3 раз вследствие увеличения невозобновляемых затрат электрической энергии электрогенератора

34.

Предлагаемое устройство по сравнению с известным обеспечивает повышение удельной мощности путем предотвращения необратимых потерь при теплопередаче через стенку ротора. формула изобретения

Устройство для штамповки рабочей средой по авт. св. М- 1282941, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения удельной мощности путем предотвращения необратимых потерь при теплопередаче через стенку ротора, ротор выполнен с кольцевым пазом, прилежащим к торообразной полости, а устройство снабжено электрогенерато1 ром, кинематически связанным с эксцентриковым валом, и тепловым насосом в виде термоэлектрической батареи, установленной в кольцевом пазу ротора и соединенной с электрогенератором, при этом холодные и горячие спаи термоэлектрической батареи соединены посредством теплопереходов соответственно с ротором и парогенератором.

1349031

lPue. 1

1348031 иг, Составитель В.Муслимов

Техред А.Кравчук Корректор И.Муска

Редактор С.Лисина

Тираж 730 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 5142/8

Производственно-полиграфическое предприятие, г. ж ор д, у . р

ro о л. Проектная, 4