Устройство для волочения изделий с электроконтактным нагревом

 

Изобретение относится к оборудованию для обработки тугоплавких металлов волочением при высоких температурах и может быть использовано на металлургических и машиностроительных заводах для изготовления труб и проволоки. Цель изобретения - повышение качества изделий и энергетической эффективности процесса волочения. Устройство для волочения изделий с электроконтактным нагревом содержит волокодержатели 2 и 3, несущие волоки 4 и 5, размещенную между волокодержателями теплоизолирующую камеру 1, сообщенные с входом камеры 1 камеру 6 сгорания и с выходом камеры 1 газовую турбину 8 и кинематически связанные с газовой турбиной воздушный компрессор 9 и электрогенератор 7, подключенный через кабели к волокодержателям. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si)s В 21 С 3/14

ГОСУДАРСТВЕ !НЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОП ИСАН И Е И ЗОБ РЕТЕ Н ИЯ i :.;

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4401533/02 (22) 01.04,88 (46) 30,09.91. Бюл. N 36 (75) В.П. Коротков (53) 621.778.07(088.8) (56) Коликов А.П. др. Технология и оборудование для обработки тугоплавких металлов.

M.: Металлургия, 1982, с. 317 — 318. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВОЛОЧЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ С ЭЛЕКТРОКОНТАКТНЫМ НАГРЕВОМ (57) Изобретение относится к оборудованию для обработки тугоплавких металлов волочением при высоких температурах и может быть использовано на металлургических и

„„ Ы„„1680402 А1 машиностроительных заводах для изготовления труб и проволоки. Цель изобретения — повышение качества изделий и энергетической эффективности процесса волочения.

Устройство для волочения изделий с злектроконтактным нагревом содержит волокодержатели 2 и 3, несущие волоки 4 и 5, размещенную между волокодержателями теплоизолирующую камеру 1, сообщенные с входом камеры 1 камеру 6 сгорания и с выходом камеры 1 газовую турбину 8 и кинематически связанные с газовой турбиной воздушный компрессор 9 и электрогенератор 7, подключенный через кабели к волокодержателям. 2 ил.

1680402 а 45 газ с низшей теплотой сгорания Н=31,8и 52,1 МДж/кг, имеющий следующий состав

20оС оД

СН4 81,8 — 99,2

С2Нб 0,07 — 10,2 м 50 С1Н1о 0 — 12,6

С6Н12 0 — 3,6

С 02 0,01 — 0,7

Н2 0,4-8,2

Как видно. природный газ состоит в оси 55 новном из метана, реакцию полного сгорам ния которого можно написать в следующем виде;

rO СН4+2О2=-С02+2Н20+800 кДж

Получаемый в соответствии с приведеной реакцией гаэ состои- иэ горячего углеИзобретение относится к оборудованию для обработки тугоплавких металлов волочением при высоких температурах и может быть использовано на металлургических и машиностроительных заводах для изготовления труб и проволоки.

Целью изобретения является повышение качества изделий и энергетической эффективности процесса волочения.

На фиг, 1 изображено устройство для волочения, продольный разрез; на фиг. 2— в координатах энтропия-температура осуществляемый в устройстве термодинамический цикл. устройство для волочения содержит теплоизолирующую камеру 1 с внутренней полостью, волокодержатели 2 и 3 с входной и выходной волоками 4 и 5, камеру 6 сгорания, электрогенератор 7 и кинематически связанные с ним газовую турбину 8 и воздушный компрессор 9, Теплоизолирующая камера выполнена из термостойкого электроизоляционного материала, например из стеклопластика

СК вЂ” 101, Волокодержатели выполнены в виде винтов, соединенных с теплоизолирующей камерой посредством гаек i0 и 11, Входная и выходная волоки выполнень1 из твердосг1лавного материала, например типа ВК6М, и герметизируюттеплоизолирующую камеру путем затяжки винтов гайками 10 и 11, Во входной валок 4 обраба i ûâàåìàÿ заготовка обжимается не более чем на 10 / за проход. Эта волока служит в основном для герметизации теплоизолирующей камеры и подключена к одному полюсу электрогенератора. Выходная волока 5 предназначена для деформации и выдавливания заготовки, а также для подключения к другому полюсу электрогенератора. Эта волока вставлена в стальной бандаж 12, который установлен в волокодержателе 3 на конусной посадке, необходимой для быстрой смены инструмента.

Подключение к полюсам электрогенератор обеспечивается посредством кабелей 13

14 с наконечниками 15 и 16 и гаек 17 и 18.

Камера 6 сгорания имеет входной пат рубок 19, форсунку 20, подключенную к ис точнику топлива (не показан) посредство трубопровода 21, запальное приспособле ние 22 и выхлопное сопло 23.

Электрогенератор 7 имеет неподвиж ный ротор 24, смонтированный на валу 25

Вал неподвижно закреплен в верхней нижней крестовинах 26 и 27 посредство гаек 28 и 29, Подвижный статор 30 электро

Генератоpd уc! ановлен с Возможность

ВРаЦГЕНИЯ В В1 РХнel И ". ЖНЕМ ПС 1Ш! ПНИ

Воздушный компрессор 9 имеет входной диффузор 33 и выходной конфузор 34.

Подвижные лопатки 35 установлены на наружной поверхности статора электрогенератора, являющегося одновременно вращающимся ротором воздушного компрессора, Этим достигается кинематическая связь электрогенератора с воздушным компрессором. Неподвижные лопатки 36 установлены на внутренней трубе 37, являющейся неподвижным статором воздушного компрессора. Выходной конфузор

34 воздушного компрессора подключен ко входу камеры сгорания посредством входного патрубка 19. Входной диффузор 33 воздушного компрессора сообщен с атмосферой посредством патрубка 38, снабженного фильтром для очистки поступаюшего воздуха, Газовая турбина 8 имеет входной конфузор 39 и выходной диффузор 40. Подвижные лопатки 41 установлены на вращающемся роторе 42, кинематически связанном с электрогенератором посредством продольных пластин 43 и 44. Неподвижные лопатки 45 установлены на наружной трубе 46, герметично присоединенной к внутренней полости теплоизолирующей камеры и являющейся неподвижным статором газовой урбины. Входной конфузор 39 газовой турбины 8 соединен с внутренней полостью теплоизолирующей камеры через кольцевой зазор между внутренней трубой37 и наружной трубой 46, связанных между собой посредством продольных пластин 47 и 48, Выхлопное сопло 23 камеры сгорания также соединено с внутренней полостью теплоизолирующей камеры через нижний срез 49 внутренней трубы. Выходкой диффузар 40 газовой турбины через патрубок 50 сообщен с атмосферой.

В качестве топлива, подаваемого в форсунку 20 камеры 6 сгорания по трубопроводу 21, может быть использован природный

1680402 кислого газа и перегретого водяного пара и предохраняет нагретый металл заготовки от окисления.

В предложенном устройстве может быть предусмотрена автоматическая система регулирования процесса волочения, включающая измерители температуры и диаметра обрабатываемой заготовки и регулятор напряжения электрогенератора. обеспечивающая высокую точность волочения путем изменения температуры металла в функции диаметра готового изделия.

Устройство для волочения работает следующим образом.

Свернутую в бухту загс-.овку устанавливают на разматыватель {не показан), входной конец заготовки травят в подогретой селитре и протягивают через входную волоку 4, внутреннюю полость теплоизолирующей камеры 1 и выходную волоку 5 и закрепляют в клещах тележки либо на катушке моталки (не показана).

Запускается электрогенератор 7 и кинематически связанные с ним газовая турбина

8 и воздушный компрессор 9 путем поджига запальным приспособлением 22 распыленного форсункой 20 топлива в камере 6 сгорания.

При этом процесс волочения интенсифицируется за счет нагрева электрическим током, протекающим по обрабатываемой заготовке между волоками 7. Одновременно генерируется защитный газ, предохраняющий нагретую до высокой температуры заготовку от окисления, и обеспечивается утилизация высокопотенциальной теплоты, излучаемой нагретой заготовкой, для производства электроэнергии, используемой для нагрева заготовки.

Первичным источником является химическая энергия топлива, высвобождающаяся в процессе его сгорания в камере сгорания.

Рабочими телами устройства являются топливо, атмосферный воздух, горячая смесь, защитный гаэ, электрический ток, обрабатываемый металл, отработавший гаэ, выпускной гаэ.

Топливо подается по трубопроводу 21 в форсунку 20 и распыливается ею внутри камеры сгорания.

Атмосферный воздух поступает через патрубок 38 и входной диффузор 33 в воздушный компрессор 9, где сжимается. Сжа- тый воздух через выходной конфузор 34 и входной патрубок 19 поступает в камеру сгорания.

Горючая смесь образуется в верхней части камеры сгорания в результате смешения топлива, распыленного форсункой 20, и

55 сжатого воздуха, поступающего через входной патрубок 19 от воздушного компрессора.

Защитный гаэ образуется в нижней части камеры сгорания в результате сгорания горючей смеси, поджигаемой запальным приспособлением 22, и представляют собой продукты сгорания — горячий углекислый газ и перегретый водяной пар, обладающие большой внутренней энергией, Через выхлопное сопло 23 и нижний срез 54 внутренней трубы 37 защитный газ поступает во внутреннюю полость тенлоизолирующей камеры 1. где дополнительно нагревается до более высокой температуры за счет теплового излучения нагретой электрическим током заготовки, в результате чего внутренняя энергия защитного газа еще более возрастает. Далее защитньй газ через кольцевой зазор и входной конфузор 39 поступает в газовую турбину, где расширяется. В результате внутренняя энергия защитного газа трансформируется в кинетическую энергию и на подвижных лопатках

41 возникает крутящий момент, приводящий ротор 42 газовой турбины и кинематически связанные с ним злектрогенератор и воздушный компрессор во вращение, Далее защитный газ поступает в выходной диффузор 4 газовой турбины.

Электрический ток вырабатывается электрогенератором и протекает по внешней цепи, составленной иэ последовательно включенных изолированного участка трубопровода 21, кабеля 13, волокодержателя

2. входной волоки 4, участка обрабатываемой заготовки, выходной волоки 5, волокодержателя 3 и кабеля 14. При этом протекающий между волоками электрический ток нагревает обрабатываемую заготовку до требуемой температуры, Обрабатываемый металл, разогретый, как указано выше, электрическим током до требуемой температуры, деформируется путем волочения через входную и выходную волоки.

Отработавший гаэ является расширенным защитным газом и поступает иэ газовой турбины 9 через выходной диффузор 4 и патрубок 5.

Выпускной газ образуется иэ отработавшего газа, прощедшего через фильтр, и удаляется в атмосферу, 3а счет высвобождения при горении топлива его энергии в устройстве осуществляется новый термодинамический цикл с частичным преобразованием теплоты сгорания топлива в электроэнергию, используемую для нагрева обрабатываемой заготовки, и утилизацией теплоты, излучае1680402

Составитель Н. Умнягина

Редактор Н, Горват Техред M.Mîðråíòàë Корректор С. Шевкун

Заказ 3267 Тираж 377 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

П,:-;;ои:;всдсвенно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101 мой заготовкой, для производства той же самой электроэнергии.

Этот термодинамический цикл а — b — с—

1 с-d-d -а состоит из ряда последовательно

1 и непрерывно протекающих процессов.

Процесс а-Ь является процессом сжатия в воздушном компрессоре. Процесс bc является процессом подвода теплоты в

1 камере сгорания. Процесс с -с является процессом подвода теплоты в теплоизолирующей камере. Процесс с — d является процессом расширения в газовой турбине.

Результатом этого процесса, как отмечалось выше, является трансформация подведенной теплоты в механическую работу вращения электрогенератора и воздушного компрессора. Процесс d — d -а является

1 процессом отвода теплоты в окружающее пространство.

К работе газотурбинного цикла, изображенной на фиг. 3 площадью аЬс d, заштрихованной горизонтальными лийиями, прибавляется полезная работа, изображенная площадью d с cd, заштрихованной

1 1 вертикальными линиями. Одновременно повышается максимальная температура цикла. Это существенно повышает энергетическую эффективность устройства, В первом приближении энергетическую эффективность устройства можно оценить по энергетической эффективности газотурбинного цикла с указанной максимальной температурой. Например, при максимальной температуре, равной 1273 К, и степени повышения давления воздушным компрес5 сором, равной 9, энергетическая эффективность составляет 30О, По сравнению с известным устройством, потребляющим электроэнергию для нагрева заготовки от обычных электростан10 ций и имеющим энергетическую эффективность не более 10, предложенное устройство позволяет повысить энергетическую эффективность по крайней мере в 2 раза при необратимых потерях, равных

15 50 $.

Формула изобретения

Устройство для волочения изделий с электроконтактным нагревом, содержащее соединенные с источником электрического

20 тока последовательно установленные волокодержатели, несущие входную и выходную волоки, отличающееся тем,что,с целью повышения качества изделий и энергетической эффективности процесса воло25 чения, оно снабжено размещенной между волокодержателями теплоизолирующей камерой, сообщенными с ней с одной стороны камерой сгорания, а с другой — газовой турбиной, и кинематически связанными с гаэо30 вой турбиной воздушным компрессором и электрогенератором.