Прокатный стан

 

Изобретение относится к прокатному производству и может быть использовано на металлургических и машиностроительных заводах преимущественно для листовой прокатки труднодеформируемых заготовок. Цель изобретения - повышение энергетической эффективности процесса прокатки. В стане реализуется термодинамический цикл трансформации химической энергии топлива в механическую работу с утилизацией отбросной теплоты и одновременным обеспечением воздействия на очаг деформации прокатываемого металла высоких температур и давлений рабочей среды. Ротор 12 объемного насоса 11 вращается от двигателя внутреннего сгорания. Рабочая среда от насоса 11 движется к камере 9 через теплообменник 16 и от камеры 10 через теплообменник 19 назад к насосу 11. В теплообменнике 16 рабочей среде передается теплота выпускных газов из системы 17 двигателя внутреннего сгорания. Скорость потока рабочей среды и ее кинетическая энергия увеличиваются. Энергия рабочей среды в камере 9 преобразуется в полезную работу. Величина этой работы превосходит работу двигателя внутреннего сгорания утилизации теплоты выпускных газов. 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ.

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (51) 4 В 21 В 13/20

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4329866/23-02 (2?) 18.11.87 (46) 30. 08. 89. Вюл. ¹ 32 (75) В.П.Коротков (53) 621.771.2.06 (088.8) ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГННТ СССР (56) Авторское свидетельство СССР ¹ 1117096, кл . В 21 В 13/20, 1983.

Авторское свидетельство СССР

¹ 1174106, кл. В 21 В 13/20, 1984.

I ..

2 (54) ПРОКАТНЫЙ СТАН (57) Изобретение относится к прокатному производству н может быть использовано на металлургических и машиностроительных заводах преимущественно для листовой прокатки труднодеформируемых заготовок. Цель изобретения — повышение энергетической эффективности процесса прокатки. В стане реализуется термодинамический

3 1503908 цикл трансформации химической энергии топлива в механическую работу с утилизацией отбросной теплоты и одновременным обеспечением воздейст5 вия »а очаг деформации прокатываемого металла высоких температур и давлений рабочей среды. Ротор 12 объемного насоса 11 вращается от двигателя внутреннего сгорания. Рабо- 10 чая среда от насоса 11 движется к камере 9 через теплообменник 16 и от камеры 10 через теплообменник 19 назад к насосу 11. Б теплообменнике 16 рабочей среде передается теплота выпускных газов из системы 17 двигателя внутреннего сгорания. Скорость потока рабочей среды и ее кинетическая энергия увеличиваются. Энергия рабочей среды в камере 9 преобразуется в полезную работу. Величина этой работы превосходит работу двигателя внутреннего сгорания за счет утилизации теплоты выпускных газов. 4 ил.

Изобретение относится к прокатному производству, a именно к конструкциям волновых прокатных станов, и может быть использовано на метал20 лургических и машиностроительных заводах преимущественно для листовой прокатки труднодеформируемых заготовок.

Целью изобретения является повы25 шение энергетической эффективности процесса прокатки.

На фиг. 1 изображен предлагаемый стан, разрез, по осям теплообменников; на фиг. 2-то же, разрез по оси цилиндра двигателя; на фиг. 3 — то же, вид сбоку; на фиг. 4 — то же, вид сзади.

Прокатный стан содержит неподвижную станину 1 с размещенными в ней 35

С-образным профилированным вкладышем 2и нажимными .элементами 3 и 4, охватывающими кулачковый генератор 5 бегущих волн деформации, несущий рабочие валки 6. С-образный профили- 40 рованный вкладыш 2 и нажимные элементы 3 и 4 вместе с кулачковым генератором 5 бегущих волн деформации и боковыми крышками 7 и 8 образуют по крайней мере две камеры 9 и 10 45 переменного объема, имеющие «ерповидную форму и размещение вдоль С-образного профилированного вкладыша 2.

При вращении кулачкового генератора

5 бегущих волн деформации по часовой стрелке объем левой камеры 9 переменного объема увеличивается, а объем правой камеры 10 переменного объ.ема уменьшает я (фиг. 1) .

Для повышения энергетической эффективности проце< са прокатки прокатный стан снабжен объемным насосом 11, ротор 12 которого кинематически связан с выходным валом 13 двигателя 14 внутреннего сгорания, при этом выход 15 объемного насоса 11 соединен с одной камерой 9 переменного объема через теплообменник 16, включенный в выпускную систему 17 двигателя 14, а вход 18 объемного насоса 11 соединен с другой камерой

10 переменного объема через теплообменник 19, включенный в систему охлаждения (не показана).

Объемный насос 11 содержит статорное кольцо 20, ось которого смещена относительно оси ротора 12. В радиальных прорезях 21 ротора 12 помещены с возможностью возвратно-поступательного перемещения вытеснительные пластины 22. Кинематическая связь ротора 12 с выходным валом 13 двигателя внутреннего сгорания обеспечивается соединительной .муфтой 23.

Ротор.12, вытеснительные пластины 22 и статорное кольцо 20 образуют рабочие камеры объемного насоса 11.

При вращении ротора 12 по часовой стрелке (фиг. 1) объем рабочих камер, расположенных по левую сторону бт вертикальной плоскости и сообщенных с выходом 15, уменьшается, а объем рабочих камер, расположенных по правую сторону от вертикальной плоскости и сообщенных со входом 18, увеличивается.

Двигатель 14 внутреннего сгорания выполнен в виде двухтактного дизеля и содержит по крайней мере один цилиндр 24, установленный на картере

;25> поршень 26, размещенный в цилиндре 24 с образованием рабочей 27 и подпоршневой 28 полостей, шток 29, подсоединенный к поршню 26 и пропущенный через сальниковое отверстие

30 в диафрагме 31, размещенной между поршневой полостью 28 и картером

5 15

25, коленчатый вал 32, связанный через шатун 33 и крейцкопф 34 сошто"ком 29 поршня 26. Выходной вал 13 жестко связан с коленчатым валом 32.

Выпускная система 17 двигателя

14 внутреннего сгорания содержит коллектор 35 для сбора выпускных газов, соединенный с выпускными окнами 36 рабочей полости 27 цилиндра

24 и теплообменником 16. Впускная. система двигателя 14 внутреннего сгорания включает в себя вентилятор

37 и клапанную коробку 38, сообщающуюся с подпоршневой полостью 28 и через продувочные окна (не показаны) с рабочей полостью 27 цилиндра 24.

Топливная система двигателя 14 внутреннего сгорания содержит топливную форсунку 39, связанную с топливным насосом (не показан), синхронизированным с вращением коленчатого вала

32.

Теплообменники 16 и 19 типа "труба в трубе" выполнены с противопоточным движением теплообменивающихся сред и содержат коаксиально расположенные центральные трубы 40 и

41, по которым в процессе работы циркулирует рабочая среда; заполняющая камеры 9 и 10 переменного объема станины 1 и рабочие камеры объемного насоса 11, например высокотемпературная силиконовая жидкость, и наружные трубы 42 и 43, образующие полости 44 и 45, по которым циркулируют выпускные газы коллектора 35 и охлаждающая среда системы охлаждения соответственно. Выпускной патрубок 46 теплообменника 16 сообщен с атмосферой через фильтры и глушители (не показаны), служащие для снижения токсичности отработавших выпускных газов и уменьшения уровня акустических шумов соответственно.

Входной 47 и выходной 48 патрубки теплообменника 19 присоединены к системе охлаждения (не показана).

Для перемотки прокатываемого металла и создания переднего и заднего натяжений предусмотрены моталки 49 и 50, тянущие 51 и 52 и отклоняющие

53 и 54 ролики. Приспособление 55 для перемещения нажимных элементов

3 и 4 представляет собой управляемый гидроцилиндр и обесцечивает герметичность камер 9 и 10 переменного объема в процессе работы. Для o6ec.—

03908

49 печения электропривода мотнлок и 50, вентилятора 37 и другихвспомогательных механизмов предусмотрен электрогенератор 56, используемый также в период пуска стана в двигательном режиме. Электрогенератор 56 связан с коленчатым валом 32 двигателя 14 внутреннего сгорания посредством соединительной муфты 57.

Рабочие валки 6 могут быть охвачены жестким кольцом 58, торцовые поверхности которого касаются внутренних поверхностей боковых крышек

7 и 8 для повышения герметичности камер 9 и 20 переменного объема.

При .этом рабочий калибр образован наружной поверхностью жесткого кольца 58 и внутренней рабочей поверхностью С-образного профилированного вкладыша 2. Для оптимизации режима прокатки подшипники 59 генератора 5 бегущих волн деформации могут быть установлены в боковых крышках 7 и 8 с воэможностью перемещения для регулировки величины рабочего калибра.

Могут быть предусмотрены также связанные с электронной вычислительной машиной средства для малоинерционного измерения и регулирования в процессе прокатки скорости и момента прокатки, переднего и заднего натяжений, температуры и давления выпускных газов и других параметров.

Имеются также системы смазки и охлаждения двигателя 14 внутреннего сгорания.

Прокатный стан функционирует следующим образом.

После задачи заготовки одним из известных способов устанавливается необходимый режим прокатки и включаются все вспомогательные системы.

При этом прокатываемый металл образует внутри станины 1 петлю С-образной формы, охватывающую жесткое кольцо 58 по наружной поверхности. Посредством электрогенератора 56, работающего в двигательном режиме, производится закрутка коленчатого вала

32 и пуск двигателя 14 внутреннего сгорания — прокатный стан переходит в режим самовращения..

В установившемся режиме в двигателе 14 внутреннего сгорания осуществляется замкнутый термодинамический цикл двухтактного дизеля, результатом которого является трансформация химической энергии топлива, подава1503908 емо го в цилиндр 24 топливной форсункой 39, в механическую работу вращения коленчатого вала 32 и энергию выпускных газов. Поршень 26 совер5 шает в цилиндре 24 возвратно-поступательные перемещения, преобразующиеся посредством штока 29, крейцкопфа 34, шатуна 33 и коленчатого вала

32 во вращение выходного вала 13 и 10 кинематически связанного с последним посредством соединительной муфты 23 ротора 12 объемного насоса 11.

Вследствии вращения двигателем 14 внутреннего сгорания ротора 12 в ра- 15 бочих камерах объемного насоса 11, расположенных по левую сторону от вертикальной плоскости, создается нагнетание„ а в рабочих камерах, . расположенных по правую сторону от . 20

Ю вертикальной плоскости, — разряжение. Возникает градиент давления, под воздействием которого рабочая среда движется от выхода 15 объемного насоса 11 по центральной трубе 40 25 через теплообменник 16 к левой камере 9 переменного объема и от правой камеры 10 переменного объема по цен" тральной трубе 41 через теплообменник 19 к входу объемного насоса 11. 30

В результате кулачковый генератор

5 бегущих волн деформации приводится во вращение. При этом объем левой камеры 9 переменного объемаувеличивается, а объем правой камеры 10 переменного объема уменьшается. Кулачковый генератор 6 бегущих волн деформации вращения по часовой стрелке, жесткое кольцо 58 вращается против часовой стрелки, обеспечивая 40 волновую прокатку, — прокатываемый металл движется с правой моталки 49 на левую моталку 50 и происходит его обжатие в рабочем калибре, образованном наружной поверхностью жест4 кого кольца 58 и внутренней рабочей поверхностью С-образного профилированного вкладыша 2, при этом прокатываемый металл не испытывает трения о С-образный профилированный вкладыш 2.

Механическая энергия вращающегося коленчатого вала 32 двигателя 14 внутреннего сгорания трансформирует55 ся объемным насосом 11 в кинетическую энергию потока рабочей среды в центральной трубе 40 с начальной скоростью.

Посредством теплообменника 16 потоку рабочей среды в центральной трубе 40 с начальной скоростью С передается теплота выпускных газов из коллектора 35 и происходит утилизация их энергии. Скорость потока в центральной трубе 40 возрастает и становится равной С,= 2g + C,, Соответственно увеличивается кинетическая энергия потока рабочей среды в центральной трубе 40 после теплообменника 16.

Кинетическая энергия потока рабочей среды в центральной трубе 40 после теплообменника 16 преобразуется в левой камере 9 переменного объема в полезную механическую работу, величина которой превосходит величину механической работы двигателя 14 внутреннего сгорания за счет утилизации теплоты выпускных газов, обеспечивающую волновую прокатку прокатываемого металла в рабочем калибре за счет вращения кулачкового генератора 5 бегущих волн деформации.

Одновременно рабочая среда, имеющая высокие температуру и давление, в левой камере 9 переменного объема воздействует на очаг деформации, повышает пластичность прокатываемого металла и экструдирует его через рабочий калибр. Утилизация энергии выпускных газов при одновременном обеспечении воздействия рабочей среды на очаг деформации повышает энергетическую эффективность процесса прокатки.

Отбросная теплота осуществляемого в стане замкнутого термодинамического цикла отводится от рабочей среды, протекающей, через центральную трубу 41, посредством теплообменника 19.

По сравнению с прокатными станами, имеющими электропривод, энергетическая эффективность процесса прокатки предлагаемого стана существенно возрастает.

Формула изобретения

Прокатный стан, содержащий неподвижную станину с размещенными в ней

С-образным профилированным вкладышем и нажимными элементами, охватывающими кулачковый генератор бегущих волн деформации, несущий рабочие валки, и образующими вместе с боковыми крышками по крайней мере две камеры переменного объема, размещенные вдоль С-образного профилированного вкладыша, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения энергетической эффективности процесса прокатки, он снабжен двигателем внутреннего сгорания, объемным насосом, теплообменниками и системой охлаждения, при этом ротор насоса кине1503908 1О матически связан с выходным валом двигателя внутреннего сгорания, а его выход соединен с одной из камер переменного объема через теплообменник, включенный в выпускную систему двигателя, причем вход объемного насоса соединен с другой камерой переменного объема через теплообменник, включенный в систему охлаждения.

1503908

Составитель Г.Ростов

Редактор Т.Парфенона Техред М.Моргентал Корректор М.Васильева заказ 5181/11 Тираж 459 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113()3>, Москва, Ж-3 >, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, !О!