Устройство для охлаждения цилиндрических изделий

 

Изобретение относится к термообработке и может быть использовано для-закалкю цилиндрических изделий, например труб. Цель изобретения - повышение равномерности охлаждения изделий и снижение энергозатрат. Устройство содержит спрейер, состоящий из кольцевого коллектора с форсунками, оси которых расположены под углом к радиальному направлению. Внутри спрейера соосно с ним установлен ротор с лопастями, расположенными под углом к радиальному направлению. Прямая, соединяющая внутреннюю и наружную кромки соседних лопастей, пересекается с окружностью , проходящей по срезу форсунок с образованием угла а. с диаметром этой окружности . Ротор соединен с приводом вращения . 7 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 С 21 0 1/62. 9/08

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

1 (21) 4707224/02

/ (22) 19.06,89 (46) 15.11.91. Бюл. ¹ 42 (71) Институт машиноведения Уральского отделения АН СССР (72) Л.M.ÇàìàðàåB, Б.Е.Локшин и А.И,Липовецкий (53) 621.784.6(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 196072, кл. С 21 D 9/08, 1967.

Хейфец Г.И, идр, Сталь, 1966, ¹5, с.447. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОХЛАЖДЕНИЯ ЦИ-

ЛИНДРИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ (57) Изобретение относится к термообработке и может быть использовано для закалки цилиндрических изделий, например

Изобретение относится к термообработке и может быть использовано для охлаждения цилиндрических изделий, например труб.

Цель изобретения — повышение равномерности охлаждения изделий и снижение энергозатрат.

На фиг.1 показано устройство, продольный разрез; на фиг,2 — то же, вид сбоку; на фиг.3 — 5 — относительное положение струй и . лопаток в различные моменты времени; на фиг.6 — следы движения струй по боковой поверхности изделий; на фиг,7.— схема взаимного положения элементов устройства.

Устройство состоит иэ спрейера, выполненного в виде кольцевого коллектора 1 с равномерно расположенными по его пери- метру форсунками 2 для подачи охлаждающей жидкости и установленного на подшипниках 3 соосно со спрейером ротора

„„5U„„ 1691495 АI труб. Цель изобретения — повышение равномерности охлаждения иэделий и снижение энергозатрат. Устройство содержит спрейер, состоящий из кольцевого коллектора с форсунками, оси которых расположены под углом к радиальному направлению. Внутри спрейера соосно с ним установлен ротор с лопастями, расположенными под углом к радиальному направлению. Прямая, соединяющая внутреннюю и наружную кромки соседних лопастей, пересекается с окружностью, проходящей по срезу форсунок с образованием угла с с диаметром этой окружности. Ротор соединен с приводом вращения. 7 ил.

4 с лопастями 5, равномерно установленными по периметру ротора 4. Оси форсунок 2 направлены на внутреннюю, т,е, обращенную к центру спрейера, сторону лопастей 5 и расположены под углом а к радиальному направлению,. Прямая, соединяющая внутреннюю и наружную кромки соседних лопастей, пересекается с окружностью, проходящей по срезу форсунок с образованием угла а с диаметром этой окружности, Ротор соединен приводом 6 вращения с электродвигателем 7. Коллектор запитывается охлаждающей жидкостью через патрубок 8.

Устройство работает следующим образом.

В коллектор 1 через патрубок 8 Подают охлаждающую жидкость. Ротор 4 приводят во вращение в сторону наклона форсунок посредством привода 6 вращения от двига1691405 толя 1. Охлаждаемое изделие 9 подают вдоль оси коллектора 1, Поскольку ротор 4 вращается в сторону наклона форсунок 2, струи воды не отражаются от лопастей 5, а стекают по их внутренней поверхности в сторону изделия 9 в направлении, задаваемом положением лопастей, В процессе вращения ротора каждая струя попадает сначала на верхнюю часть лопасти (фиг.3, точка 1), затем перемещается по ее поверхности (фиг,4, точки 2 и 3}. При подходе струи к нижней кромке лопасти (фиг,5, точка 3) она перекрывается верхней кромкой последующей лопасти (фиг.5, точка 1} и при этом возвращается в исходное положение. Таким образом, струи воды совершак>т колебательное движение в плоскости, перпендикулярной оси спрейера. Места падения струй на поверхность обрабатываемого изделия при различных положениях ротора показаны на фиг.З вЂ” 5 точками 4,5 и б.

В процессе колебания струи омывают изделие так, что зона охлаждения его повер- . хности остается неразрывной. На фиг.с> изображена эпюра движения струй на 1/4 поворота ротора, состоящего из восьми лопастей, Для того, чтобы выполнялось требуемое условие одновременного пересечения осей форсунок верхней и нижней кромок соседних лопастей, последние должны быть ус1 ановлены к радиальному направлению под углом Р, рассчитываемым qo формуле яп (g + arctg — ) — — sin а

rn 8

R sin à rr ,В = arctg у

cos (q + arctg —" ) л

2 где у — центральный угол между лопастями, равный центральному углу между форсунками; а — угол наклона форсунок к радиальному направлению;

R — радиус спрейера по срезу форсунок, r„— минимальный радиус трубы, которую предполагалось охлаждать в спрейере.

Наружный диаметр ротора определяют по формуле

2 rn

D1 = —.-л.

sinð

Внутренний диаметр ротора определяют по формуле

D2=2R зlпа.

Вывод приведенных соотношений проводится по фиг.7;

О В = г1соз 1 ;

РС = PNtg а;

PN = R- r1siny;

ОВ = РС, r1cos у = {R — rlsin y) td а или

30 o> = aresin (— sin p) —,В;

r1

Г2

tj:=y — 8 — N, Ч:= BrCCOS (— з1п а) + а — аR

r1

Г1 — arcsin (— sin Д вЂ” P, Г2

Предельная величина наружного радиуса ротора, которая при заданном угле j3 позволяет струе попадать на поверхность

40 охлаждаемого изделия, определяется по соотношению

Гл

r1 = 81AM .

Для обеспечения выполнения условий, 45 заданных в формуле, ось струи в точке M должна быть касательной к внутренней окружности ротора г2== Rsin а.

Подставив получен н ые 8 bi ражения в форму50 лу, определяющую угол, и решив ее, получим, ° a csin р г n Sin ci

55 " ф

cas (i агсь гк з1л л

Пример, Трубу диаметром Dn =- 60 мм охлажцают в спрейере диаметром (D} 500 мм г соз =1=с " — r з1п

r1 соз y cos а = R sin а — r1 sin y cos а;

R соз y cos а+ sin y sin а = — sin а;

Г1

cos (y .— а) = r sin а, отсюда

y = ЭГССОЯ (— sin Q) + Q .

r1

Угол S равен углу а как углы с перпендикулярными сторонами:

MT = r2slnm;

MT = MDsin P;

r2sin а = МОз1пр; з1п й>

20 M О = r2-„--„-, зlп р

r1 = MDcosp + г2соз в;

Г1 = Г2 sin o> — + Г2соз О>; соз В

sin

25 — sinP = sin ж соз P + соз в sing;

Г1

Г2 . — sin P = з 1 и (в + P), r1

Г2 отсюда

1691405 восьмью форсунками, центральные углы между которыми у = 45 (фиг.7). Форсунки наклонены к радиальному направлению спрейера под углом а = 30 град.

Внутренний диаметр ротора равен

Dz = Dsin а = 500 sin30 250 мм.

Угол наклона лопасти к радиальному на -правлению равен .1

D и

610 (+ a>csin —, — ) - — sin и л

P. acct

cos (g i arcsin

DsENg I

90=-9

= агсЬ

cps 45i avcsin

Минус показывает, что угол откладывается в сторону, противоположную углу у, Наружный диаметр ротора равен

D1 = — = =- 345 мм, Dn 60 зЩ з(п р

В таком спрейере могут охлаждаться трубы диаметром 60 — 200 мм, Верхний предел устанавливается из условий возможности прохождения трубы через устройство.

Труба диаметром 60 мм имеет периметр 188 мм. При охлаждении трубы в известном устройстве восемь форсунок диаметром 10 мм непосредственно струями воды охлаждают только 42; поверхности, Вся остальная поверхность трубы охлаждается растекающимся потоком воды, что снижает равномерность и интенсивность охлаждения, т.е. его качество. Кроме того, неравномерность охлаждения имеется также в зоне факела форсунок. В известном устройстве для трубы большего диаметра неравномерность охлаждения увеличивается. Неравномерность, обусловленная разной интенсивностью внутри факела струи, значительно снижается при диаметре форсунок

< 5 мм, Для равномерного охлаждения трубы диаметром 200 мм (т.е. для смыкания зон орошения) необходимо сорок форсунок.

Суммаоная площадь форсунок составляет

785 мм Для предлагаемого устройства суммарная площадь составляет 628 мм, Таким

5 образом, при разных скоростях истечения струй расход охлаждающей жидкости в предлагаемом устройстве на 20 ниже по сравнению с известным.

Таким образом, предлагаемое устройст10 во по сравнению с известным имеет следующие преимущества: колебание струй в плоскости, перпендикулярной оси спрейера, нивелирует разницу в интенсивности охлаждения внутри факела

15 струй и вне его, чго повышает равномерность охлаждения; суммарная площадь поперечного сечения форсунок для предлагаемого устройства меньше по сравнению с известным, что

20 позволяет обеспечить те же скорости истечения струй при меньших расходах охлаждающей жидкости, т.е, снизить расходы энергии на ее перекачку; перемещение струй позволяет охлаж25 дать изделия меньшим числом форсунок с большей площадью поперечного сечения отверстия; такие форсунки устойчивы к засорению, что также повышает равномерность охлаждения.

30 Формула изобретения

Устройство для охлаждения цилиндрических изделий, содержащее кольцевой спрейер с равномерно расположенными по его периметру форсунками, о т л и ч а ю щ е35 е с я тем, что, с целью повышения равномерности охлаждения изделий и снижения. энергозатрат, оно снабжено установленным внутри спрейера соосно с ним ротором с лопастями, расположенными под углом к

40 радиальным направлениям, при этом число лопастей ротора равно числу форсунок спрейера, форсунки и лопасти расположены под углом к радиальному направлению, а оси форсунок направлены на внутренние

45 поверхности лопастей ротора.

1691405

1691405

Составитель Г.Манишенко

Редактор М,Петрова Техред М.Моргентал Корректор О.Кундрик

Заказ 3907 Ти рамс Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, )К-35, Раушская наб„4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r, Ужгород, ул.Гагарина, 101