Прокатный стан

 

СОЮЗ СО8ЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК ()9) ()1) (5в 4 В 21 В 13/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ (54) ПРОКАТНИЙ СТАН

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ГЮ ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4212860/23-02 (22) 17.03.87 (46) 07.09.88. Бюл. В 33 (75) В.П.Коротков (53) 621.771.7.06 (088 ° 8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 1135503, кл. В 21 В 1/42, 1983.

Авторское свидетельство СССР

В 1274785, кл. В 21 В 13/00, 1985. (57) Изобретение относится к прокатному производству, а именно к волновым прокатным станам с.внешним подводом теплоты, обеспечива)ощим самодвижение прокатываемого металла при однрвременном воздействии на него высоких температур и давлений рабочего

1421433

23. Механизм синхронизации движения ротора-поршня 4 выполнен в виде сцепленных между собой большой шестерни

24 с внутренними зубьями, установленной на роторе-поршне 4", и малой шестерни 25 с наружными зубьями, установленной на эксцентриковом валу 6.

Ломаная плита 3 может быть выполнена съемной и установлена в станине 1 неподвижно, В ломаной плите 3 может быть предусмотрен ручей (не показан), образующий вместе с наружной поверхностью гибкой бесконечной .ленты 23 клинообразный рабочий калибр

Тепловой источник 7 выполнен в виде нагревательных трубок И-образной формы,помещенных как указано ab>ше, в камеру 11 сгорания. Камера 11 . сгорания содержит форсунку 26, воздушный канал 27 с подогревателем 28 и вентилятором 2.9. Форсунка 26 посредством магистрали 30 подключена к регулятору 31 согтава топливовоздушной смеси, присоединенному посредством воэдуховода 3? через воздушный фильтр

33 к вентилятору 29 и топливного трубопровода 34 к топливному баку 35, через подкачивающий насос 36 и топливный фильтр 37.

Регенератор 8 выполнен в виде сетчатой насадки с максимальным отношением ее теплоемкости к теплоемкости рабочего тела что достигается исйольэованием многослойных сеток.

Тепловой сток 9 выполнен в виде охладительных трубок U-образной формы. Тепловой источник 7, регенератор

8 и тепловой сток 9 присоединены к внутренней полости 2 станины 1 параллельно.

Наружная поверхность гибкой бес-. конечной ленты 23 и внутренняя поверхность ломаной плиты 3 образуют камеры 38 и 39 переменного в процессе работы объема. Камера 38, постоянно соединенная с тепловым источником 7 посредством трубопровода 40, является камерой расширения, а камера 39, постоянно соединенная с тепловым стоком 9 посредством трубопровода 41, является камерой сжатия.

В качестве рабочего тела могут быть использованы воздух, гелий, водород, перечисленные в порядке возрастания термодинамической эффективности при увеличении числа п оборотов ротора-поршня 4. При невозможности избежать больших утечек рабоче5

55 го тела предгочтительным является воздух, легко восполнимый в процессе работы прокатного стана.

В качестве термоэлектрической батареи 14 могут быть использованы существующие термоэлектрические модули, обеспечивающие максимальный удельный тепловой поток на спаях до 2,5 Вт/см 2. =1 и имеющие добротность 1i10 К, рабогоспособные при вибрациях в диапазоне частот 5-1000 Гц при ускорениях до 108 ударах с ускорением до 1508, усилиях прижима до 10-15 кгс/см и акустических шумах в диапазоне частот

20-10000 Гц с интенсивностью звуковых колебаний свыше 130 дБ.

Тепловая труба 16 имеет на внутренней поверхности капиллярно-пористый слой, например, иэ,пенообразного никеля, пропитанный легкоиспаряющимся жидким теплоносителем, например, этиловым спиртом.

Турбогенератор 13 состоит из кинематически связанных между собой турбины 4? и электрогенератора 43. Электрическая связь с термоэлектрической батареей I4 осуществляется посредством кабеля 44, Для обеспечения малоинерционного регулирования скорости прокатки прокатный стан снабжен газовым компрессором 45 и баллоном 46 высокого давления, заполненным рабочим телом, подключенными через блоки 47 и 48 управления к внутренней полости 2.

Прокатный стан снабжен также моталками 49 и 50 и отклоняющими роли" ками 51, служащими для перемотки прокатываемого металла и создания требуемых переднего и заднего натяжений.

В прокатном стане предусмотрены (не показаны) необходимые проводки и уплотнения на входе и выходе металла, пусковое приспособление, системы смазки, охлаждения, регулировки натяжений.

Для получения существенно низких температур отвода теплоты порядка

200-150 К термоэлектрическая батарея

14 может быть выполнена многокаскадной. В этом случае горячие спаи последующего каскада охлаждаются холод- ными спаями предыдущего.

При использовании в качестве электрогенератора 43 электрической .машины переменного тока в прокатном стане предусмотрены выпрямители, например тиратронные, обеспечивающие пита

1421433

25

5Ъ нне термоэлектрнческой батареи 14 постоянным током.

Прокатный стан работает следующим образом.

После задачи заготовки одним из иэвестных способов установки требуемых параметров прокатки и включения вСех систем прокатываемьп металл образует внутри станины 1 треугольную петлю, охватывающую ротор-поршень 4 по наружной поверхности гибкой бесконечной ленты 23. Посредствои пускового приспособления эксцентриМовый

4 нал 6 приводится во вращение, включаются также подкачивающий насос 36, вентилятор 29 и газовый компрессор 45.

В регулятор 31 состава топливонОздушиой сМеси из топливного бака

35 по топливноиу трубопроводу 34 подкачивающим насосом 36 подается жидкое, топливо, а иэ атмосферы по воздуховоду 32 через воздушный фильтр 33 вентилятором 29 подается воздух, Приготовленная н регуляторе 31 топливовоздушная смесь через магистраль 30 и форсунку 26 подается в распыленном виде в камеру 11 сгорания. Сюда же по воздушному каналу 27 от вентилятора 29, подается предварительно подогрЕтый отходящими газами в подогревателе 28 атмосферный воздух.

В камере 11 сгорания происходит ийтенсивное горение топливовоздушной смеси и к рабочему телу н камере 38 расширения через нагревательные трубкй теплового источника 7 подводится теплота сгорания топливовоздушной смеси при максимальной температуре

Т,„ осуществляемого в стане термодйиамического цикла.

Одновременно от рабочего тела в камере 39 сжатия через тепловой сток

9 непрерывно отводится отбросная теплота при минимальной температуре

Т ;„ осуществляемого цикла.

Отходящие газы камеры 11 сгорания, представляющие собой смесь продуктов сгорания топлива и нагретого воздуха, имеют достаточно высокую кинетическую и внутреннюю энергию, которая преобразуется турбиной 42 турбогенератора

13 в механическую работу — электрогенератор 43 приводится во вращение н по кабелю 44 в термоэлектрическую батарею 14 подается электрический ток. Полярность подключения термоэлектрической батареи 14 такова, что по холодным спаям 15 электрический ток течет от полупроводникового элемента с и-проводимостью к полупроводниковому элементу с р-проводимостью, а по горячим спаям 18 электрический ток течет от полупроводникового элемента с р-проводимостью к полупроводниковому элементу с п-проводимостью.

Вследствие эффекта Пельтье дополнительно поглощается теплота в горячих спаях 18,и дополнительно выделяется теплота в холодных спаях 15. Температура горячих спаев 18 вьппе температуры окружающей среди, а температура холодных спаев 15 ниже температуры окружающей среды и может достигать, как указано вьппе, ?00-150 К, что значительно повышает эдмЬективность осуществляемого в прокатном стане термодинамического цикла.

Интенсивный отвод теплоты от горячих спаен 18, определяющий эффективность работы термоэлектрической батареи 14, обеспечивается тепловой трубой 16, радиатором 10 и эжектором, состоящим из активного 21 и пассивного 2? сопел.

Теплота горячих спаев 18 с высокой эффективностью передается радиатору

10 тепловой трубой 16 за счет непрерывных фазовых переходов теплоносителя. В зоне 17 испарения жидкая фаза теплоносителя переходит в паровую фазу, а н зоне 19 конденсации паровая — в жидкую. Как обычно, паровая фаза теплоносителя транспортируется по адиабатному участку тепловой трубы 16 от зоны 17 испарения к зоне 19 конденсации, а жидкая фаза теплоносителя транспортируется по капиллярно-пористому слою от эоны 19 конденсации к зоне 17 испарения за счет капиллярных сил. Прн этом к радиатору

10 от горячих спаев 18 передается большое .количество теплоты, равное теплоте парообразования теплоносителя, разность температур зоны 17 испарения и эоны 19 конденсации не превышает нескольких градусов и температура радиатора 10 практически равна температуре горячих спаев 18, а тепловой поток достигает 10-20 кВт/см .

Прошедшие турбины 42 отходящие газы камеры 11 сгорания через выхлопную трубу 12 и активное сопло 2 1 попадают в верхнюю часть вытяжной трубы 20, где за счет турбулентного смещения с воздухом, поступающим через пассивное сопло 22, происходит

1421433 тела во внутренней полости 2 станины 1. При этом рабочее тело перекачивается из баллона 46 высокого дав»

5 ления и обратно посредством газового компрессора 45.

Коэффициент полезного действия предлагаемого прокатного стана может бить определен из соотношения

Е = 2тKc7a2 Aл. где — термодинамический коэффициент полезного действия, К вЂ” коэффициент Стирлинга, — коэффициент полезного действия теплового источника, „ — механический коэффициент полезного действия, 20 А — коэффициент ослабления.

Термодинамический коэффициент полезного действия регенеративного цикла совпадает с выражением дпя коэффициента полезного действия цик25 ла Карно:

15 (2) Коэффициент Стирлинга выражает доЗ0 лю коэффициента полезного действия идеального цикла, которую можно.получить при современном уровне техноло" гии.

Коэффициент ослабления учитывает

35 снижение коэффициента полезного действия из-sa наличия в стане вспомогательных устройств.

Диапазон значений параметров, входящих в соотношение (1) ° следующий:

К, (0,55-0,88), с: La = (О 85-.0 ° 95) (О, 75-0,90), A„(О,85-0,90) .

При сопоставимых значениях указанных параметров выигрыш цри использовании предлагаемого прокатного стана

55 повышение давления смеси в верхней части вытяжной трубы ?О и увеличение скорости потока воздуха в ее нижней части, обдувающего радиатора 10, Высокая температура радиатора 10 и большая скорость обдува обеспечивают эффективный отвод теплоты в окружающую среду, при этом критерий Био достигает 10-40. 1

Рабочее тело в камере 38 расширения находится при высокой температуре T „, например, 1000 К, а в камере 39 сжатия — при низкой темпера туре Т,„, которая за счет охлаждения термоэлектрической батареей 14 (без дополнительных затрат энергии) значительно ниже температуры окружающей среды и равна, например, 200 К.

Температурный градиент между торцовыми поверхностями регенератора 8 при этом равен Т „-Т ;„ . В процессе работы объемы рабочего тела в камерах

38 и 39 переменного объема изменяются по косинусоидальному закону, что обусловлено геометрией ротора-поршня

4 и ломаной плиты 3. При этом процессы в камере 39 сжатия отстают по фазе от процессов в камере 38 расширения на 90

В прокатном стане осуществляется регенеративный термодинамический цикл с внешним подводом теплоты, близкий к циклу Рейлиса, состоящий из адиабатного процесса сжатия в камере 39 сжатия, изохорно-изобарнога процесса теплоотдачи от регенератора 8, адиабатного процесса расширения в камере 38 расширения изохорно-изобарного процесса теплоотдачи к регенератору 8.

Механическая работа процесса расширения обеспечивает самодвижение прокатываемого металла и его обжатие в рабочих калибрах. Одновременно прокатываемый металл разупрочняется действием рабочего тела, имеющего высокую температуру и давление. Прокатываемый металл перематывается с правой моталки 49 (на чертеже) на левую моталку 50, не испытывая трения о ломаную плиту 3 вне рабочих калибров.

Скорость прокатки при этом определяется числом п оборотов ротора-поршня

4, играющего роль генератора бегущих волн деформации.

Воздействием блоков 47 и 48 управления обеспечивается малоинерционная регулировка скорости прокатки путем изменения среднего давления рабочего где Т вЂ” температура холодных cnai%1 ll у ев 15 термоэлектрической батареи 143

Т вЂ” температура окружающей п Н среды, при которой осуществляется отвод теплоты в известном прокатном стане, 1421433

Формула изобретения

Составитель Г.Ростов

Редактор А.Ворович Техред М.Ходанич

Корректор М.Демчик

Заказ 4365/9

Тираж 467

Подписное

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

При Т„,;„, * 300 К, Т„, „ 1000 К и Т„„„, 200 K получим К 1, 14.

Еще более весом выигрыш при низких значениях Т „ и Т ;„. Например, при

° 150 К получим К 1,50.

Таким образом, преплагаемый.прокатный стан обеспечивает существенное повышение производительности про- 10 катки путем повышения удельной мощности sa счет снижения температуры

Отвода теплоты, так как при этом его коэффициент полезного действия увеличивается в среднем на 14-50Х. 15

Прокатный стан, содержащий неподвижную станину с внутренней полостью 2р

И ломаной TLHHtoA ° охватывающей треугольный ротор-поршень,несущий рабоЧие валки и установленный на эксцентриковом валу, механизм синхронизации движения ротора-поршня и после- 25 довательно включенные тепловой источник, регенератор и тепловой сток, сообщающиеся с внутренней полостью, заполненной рабочим телом, причем тепловой сток снабжен радиатором, а тепловой источник помещен в камеру сгорания с выхлопной трубой, о т— л и ч а ю шийся тем, что, с целью увеличения производительности прокатки путем повышения удельной мощности за счет снижения температуры отвода теплоты, он снабжен установленным в камере сгорания турбоI генераторомр электрически связанной с ним термоэлектрической батареей, холодные спаи которой размещены на тепловом стоке, тепловой трубой, зона испарения которой соединена с горячими спаями термоэлектрической батареи, а зона конденсации — с радиатором, и вытяжной трубой, при этом радиатор установлен в нижней части вытяжной трубы перпендикулярно ее оси, выхлопная труба введена в вытяжную трубу над радиатором в виде активного сопла эжектора, а вытяжная труба выполнена с сужением, образующим пассивное сопло эжектора.