Прокатный стан

 

Изобретение относится к прокатному производству, а именно к волновым прокатным станам, и может быть использовано на металлургических и машиностроительных з.аводах преи гущественно для листовой прокатки труднодеформ 1руемых заготовок. Цель изоб

СОЮЗ СОЧЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) Я (Ill (50 4 В 21 В 13/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (54) ПРОКАТНЫЙ CTAH

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4212857/23-02 (22) 17.03.87 (46) 23.09.88. Бюл. В 35 (75) В.П.Коротков (53) 621.771.2.06(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 547243, кл, В 21 В 21/00, 1975.

Авторское свидетельство СССР

У 1135503, кл. В 21 В 1/42, 1983. (57) Изобретение относится к прокатному производству, а именно к волновым прокатным станам, и может быть использовано на металлургических и машиностроительных заводах преимущественно для листовой прокатки труднодеформируемых заготовок. Цель изоб1424882 ретения — увеличение производительности проката путем повышения удель-. ной мощности стана за счет прямого ( преобразования теплоты выхлопных газов в когерентное электромагнитное излучение. При вращении ротора-порш( ня 5 осуществляется комбинированный ( термодинамический цикл, состоящий из цикла двигателя внутреннего сгорания, цикла прямого преобразования теплоты выхлопных газов в когерентное электромагнитное (лазерное) излучение и

1 цикла лазерного двигателя протекаюУ щих в процессе работы одновременно

1 и непрерывно. Лазерное излучение возИзобретение относится к прокатному производству, а именно к волновым прокатным станам, и может быть использовано на металлургических и ма5 шиностроительных заводах преимущественно для листовой прокатки труднодеформируемнх заготовок.

Цель изобретения — увеличение производительности прокатки путем повышения удельной мощности стана за счет прямого преобразования теплоты выхлопных газов в когерентное электромагнитное излучение.

На чертеже схематично изображен предлагаемый прокатный стан, продольный разрез. r

Прокатный стан содержит неподвижную станину 1 с герметичными крышка, 20 ми (не показаны), образующими внутреннюю полость 2, и С-образной плитой 3, профиль которой имеет вид двухэпитрохоидной поверхности,охватывающей установленный на эксцентриковом валу 4 треугольный ротор-поршень 5, в вершинах которого с возможностью вращения размещены рабочие валки 6, сцепленные между собой шестерни 7 и 8 с внутренними и наружными зубьями, закрепленные соответстЗО венно на роторе-поршне 5 и станине 1, подводящий канал 9, соединенный с источником 10 карбюрированной рабочей смеси, и выхлопной канал 11. никает в оптическом резонаторе 19 и через линзопризматическую систему 17 передается во внутреннюю полость 2.

Лазерное излучение используется как для инициирования рабочей смеси в конце процесса сжатия, так и для преобразования энергии лазерного излучения в механическую работу и создания дополнительного вращающего момента ротора-поршня 5. Кроме того, в результате взаимодействия с малопрозрачной рабочей средой внутренняя энергия когерентных электромагнитных колебаний преобразуется в высокопотенциальную теплоту. 1 ил.

Для увеличения производительности прокатки путем повышения удельной мощности стана за счет прямого преобразования теплоты выхлопных газов в когерентное электромагнитное (лазерное) излучение прокатный стан снабжен ускоряющим соплом 12, конфузор 13 которого присоединен к выхлопному каналу 11, а диффузор 14 — к сверхзвуковому отсеку 15, при этом внутренняя полость 2 через отверстие 16, проведенное в станине 1, и линзопризматическую систему 17 присоединена к выходному окну 18 оптического резонатора 19, размещенного в сверхзвуко" вом отсеке 15.

С-образная плита 3 выполнена сменной и установлена в станине 1 неподвижно. В С-образной плите 3 предусмотрен ручей (не показан), образующий вместе с наружными поверхностями рабочих валков 6 клинообразный в полярной системе координат рабочий калибр. В рабочих валках 6 также могут быть выполнены требуемые ручьи.

Внутренняя поверхность С-образной плиты 3, наружная поверхность ротора-поршня 5 и внутренние поверхности герметичных крышек образуют три камеры переменного в процессе прокатки объема, заполненные рабочей средой воздухом с рабочей смесью для левой камеры и выхлопными газами (смесью

1424882 продуктов сгорания с горячим воздухом) для правой.

Источник 10 карбюрированной рабочей смеси представляет собой воздухо- заборник 20 и распылитель 21, соединенный трубопроводом 22 с топливной емкостью (не показана), и служит для приготовления и подачи рабочей смеси, сгорающей в верхней камере переменно- 1ð

ro объема.

Для подачи и приема прокатываемо-. го металла, для создания переднего и заднего натяжения и обеспечения охватывания ротора-поршня 5 петлей прока- 15 тываемого металла служат моталки 23 и 24 и отклоняющие ролики 25 — 28.

Линзопризматическая система 17 представляет собой трубу 29, в которой размещены линзы 30 и призмы 31, 2р служащие для канализации когерентного электромагнитного (лазерного) излучения из выходного окна 18 оптического резонатора 19 во внутреннюю полость 2 станины 1. 25

Оптический резонатор 19 открытого типа составлен из параллельных зеркал 32 и 33 (резонатор Фабри-Перо).

Зеркало 32, образующее выходное окно

18, является полупрозрачным. 30

Сверхзвуковой отсек 15 представляет собой трубу прямоугольного сечения. К выходной апертуре сверхзвукового отсека 15 присоединен фильтр

34 для очистки отработанных выхлопных газов от химически активных и токсичных компонентов.

При больших тепловых потоках для вывода излучения из оптического резонатора 19 могут быть использованы 4р газодинамические окна со сжатием потока.

Для снижения параэитного гаэообмена между камерами переменного объема ротор-поршень 5 снабжен уплотнениями 45 (не показаны).

Специального запального приспособления не предусматривается, так как в установившемся режиме инициирование рабочей смеси обеспечивается ла- ® зерным излучением.

Для пуска прокатного стана путем первоначальной закрутки эксцентриковый вал 4 снабжен шпинделем, соединяющимся через выключаемую муфту со

>5 стартерным устройством (не показаны).

Для оптимизации режима прокатки могут быть предусмотрены связанные с электронной вычислительной машиной средства для малоинерционного измерения и регулирования в процессе прокатки скорости и момента прокатки, переднего и задйего натяжений, состава и подачи рабочей смеси, температуры и давления в камерах переменного объема и ускоряющем сопле 12, состава и температуры выхлопных газов и других параметров.

Для предотвращения преждевременноro зажигания рабочей смеси в процессе сжатия прокатный стан может быть выполнен сдвоенным, состоящим из двух идентичных частей, процессы в которых о сдвинуты по фазе на 180, и снабженным оптическим коммутатором, обеспечивающим передачу когерентного электромагнитного излучения в камеру переменного объема при ее верхнем и правом положении.

Прокатный стан работает следующим образом.

После задачи полосы одним из известных способов устанавливается необходимый режим прокатки и включается вспомогательная система оптимизации режима. При этом прокатываемый металл образует внутри станины 1 петлю треугольной формы, охватывающую рабочие валки 6 по наружным образующим. Посредством стартерного устройства обеспечивается пуск стана путем первоначальной закрутки эксцентрикового вала 4, и он переходит в режим самовращения.

При вращении ротора-поршня 5 в направлении, указанном на чертеже (по часовой стрелке), в прокатном стане осуществляется комбинированный термодинамический цикл, состоящий из цикла двигателя внутреннего сгорания, цикла прямого преобразования теплоты выхлопных газов в когерентное электромагнитное (лазерное) излучение и цикла лазерного двигателя, протекающих в процессе работы одновременно и непрерывно.

Цикл двигателя внутреннего сгорания протекает во внутренней полости 2 при полном обороте ротора-поршня 5, цикл прямого преобразования теплоты выхлопных газов в когерентное электромагнитное (лазерное) излучение протекает в оптическом резонаторе 19 сверхзвукового отсека 15, а цикл лазерного двигателя протекает в камере переменного объема при ее верхнем и правом положении, 1424882

Ц икл двигателя внутреннего сгорания протекает во внутренней полости 2 и состоит .из следующих процессов.

Первый процесс сжатия поступающей через подводящий канал 9 от источни ка 10 карбюрированной рабочей смеси являерся адиабатным и протекает в ка,мере переменного объема при ее левом ! положении. Температура и давление 1О Рабочей среды (воздуха с распыленным топливом) повышаются.

Второй процесс сгорания сжатой ра бочей среды является изохорным и про текает в камере переменного объема ри ее верхнем положении. Температура давление рабочей среды повышаются ( о максимальных значений, одновременно воздействуя на прокатываемый металл

И способствуя повышению его пластич- 20

Ности.

Третий процесс расширения рабочей середы (смеси продуктов сгорания с гоячим воздухом) является адиабатным протекает в камере переменного объ- 25 (leva при ее правом положении. Происходит трансформация подведенной теплоты в механическую работу, что обесПечивает самовращение рабочих валков 6, взаимодействующих через прокатываемый металл с С-образной пли той 3. Температура и давление рабочей среды снижаются и она превращается в выхлопные газы.

Четвертый процесс отвода выхлоп ных газов в выхлопной канал .11 явля:ется изохорным и протекает в камере беременного объема при ее нижнем положении.

Нагретые выхлопные газы, в состав

40 которых входят азот, углекислый газ и пары воды, по выхлопному каналу 11 подаются в ускоряющее сопло 12.

При течении выхлопных газов в ускоряющем сопле 12 теплота от возбуж45 денных молекул азота N, обладающих большим временем колебательной релаксации, передается молекулам углекислого газа СО с коротким временем колебательной релаксации.

Молекула СО имеет разрешенные дипольные переходы в инфракрасной (ИК) области сектора, а ее колебательный уровень (00 1) Е/he=2349 см близок к первому колебательному уров«55 ню Е/he=2330,7 см, где Е - энергия, с — скорость света (2,99792458 +

+0,000000012) ° 10 м/с, h — постоянная Планка (6,626176+0,000036)

" 1(7 Дж. с.

В диффуэоре 14 в результате расши- . рения температура снижается, а поток выхлопных газов становится сверхзвуковым. При этом находящийся высоко над основным состоянием уровень

Р (10 С) заселен слабо и входящий. в оптнческий резонатор 19 сверхзвукового отсека 15 поток является инверсно заселенным, Для ускорения релаксации молекул СО в основное состояние служат пары воды, имеющие еще более короткое время колебательной релаксации, чем СО . Так в оптическом резонаторе 19 сверхзвукового отсека 15 создается активная среда, обладающая отрицательным поглощением по отношению к световому пучку. Благодаря положительной обратной связи, обеспечиваемой зеркалами 32 и 33, усиливаемые активной средой когерентные электромагнитные колебания являются незатухающими и мощное лазерное излучение иэ выходного окна 18 оптического резонатора 19 посредством линзопризматической системы 17 передается во внутреннюю полость 2 станины 1. Так протекает цикл прямого преобразования теплоты выхлопных газов в когерентное электромагнитное (лазерное) излучение.

Цикл лазерного двигателя протекает в камере переменного объема при ее верхнем правом положении. При этом лазерное излучение используется как для инициирования рабочей смеси в конце процесса сжатия рабочей смеси, так и для преобразования энергии лазерного излучения в механическую работу и создания дополнительного вращающего момента ротора-поршня 5.

В результате взаимодействия с малопрозрачной (из-эа частиц полностью не сгоревших мелкодисперсных капелек топлива) рабочей средой внутренняя энергия когерентных электромагнитных колебаний практически полностью преобразуется в высокопотенциальную теплоту.

Высокопотенциальная теплота подводится к рабочей среде в процессе расширения при переменном объеме, Происходит трансформация подводимой теплоты в механическую работу, что приводит, как указано, к созданию дополнительного вращающего момента.

1424882

Средняя температура подвода теплоты в цикле лазерного двигателя выше средней температуры подвода теплоты в цикле, двигателя внутреннего сгора- 5 ния. Соответственно термический КПД цикла лазерного двигателя больше термического КПД цикла двигателя внутреннего сгорания.

Таким образом, прямое преобразо- 10 вание теплоты выхлопных газов в когерентное электромагнитное излучение повьппает среднюю температуру комбинированного термодинамического цикла, осуществляемого в предлагаемом прокатном стане, что повьппает его удельную мощность.

Прокатываемый металл движется с правой моталки 23 на левую моталку

24, при этом рабочие валки 6 обеспе- 20 чивают обжатие в рабочем калибре и подачу прокатываемого металла, вращаясь против часовой стрелки. Подаваемая полоса не испытывает трения о рабочую поверхность С-образной пли- 25 ты 3. В процессе прокатки вдоль прокатываемого металла распространяется бегущая волна деформации, частота которой определяется скоростью вращения ротора-поршня 5, а амплитуда — разностью радиуса описанной вокруг ротора-поршня 5 окружности и радиуса вписанной в ротор-поршень 5 окружности.

За один оборот ротора-поршня 5 про,катываемый металл Проходит расстоя35 ние, равное разности длин С-образной плиты 3 и периметра ротора-поршня 5.

Так как эта разность относительно мала, прокатываемый металл находится во внутренней полости 2 в течение нескольких рабочих циклов и каждый

его участок многократно подвергается перед очагом деформации воздействию высоких температур и давлений рабочей среды, что повышает его пластичность °

Повьппение удельной мощности предлагаемого прокатного стана в первом приближении может быть оценено следующим образом.

Эффективность предлагаемого прокатного стана дается следующим выражением

Е =, <1-Рп)2. l55 где п — термический КПД цикла двигателя внутреннего сго" рания; — термический Г1Д прямого преобразования теплоты выхлопных газов в когерентное электромагнитное излучение;

1,1 — термический КПД цикла лазерного двигателя.

Увеличение производительности прокатки путем повышения удельной мощности стана за счет прямого преобразования теплоты выхлопных газов в когерентное электромагнитное излучение

К ($ )/ г

Пример.. При fe, =0,4; „ =0,25 и „ =0,8 получаем эффективность стана =0,52 и увеличение производительности на 307..

Таким образом, использование предложенного прокатного стана позволяет существенно увеличить производительность проката.

Ф о р м у л а и з о б р е,т е н и я

Прокатный стан, содержащий неподвижную станину с герметичными крьппками, образующими внутреннюю полость, и С-образной плитой, профиль которой имеет вид двухэпитрохоидной поверХности, охватывающей установленный на эксцентриковом валу треугольный ротор-поршень, в вершинах которого с возможностью вращения размещены рабочие валки, сцепленные между собой шестерни с внутренними и наружными зубьями, закрепленные соответстве но на роторе-поршне и станине, подводящий канал, соединенный с источником карбюрированной рабочей смеси, и выхлопной канал, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью увеличения производительности прокатки путем повышения удельной мощности стана за счет прямого преобразования теплоты выхлопных газов в когерентное электромагнитное излучение, он снабжен сверхзвуковым отсеком с размещенным в нем оптическим резонатором, кото" рый своим выходным окном связан через линзопризматическую систему с внутренней полостью, и ускоряющим соплом, конфузор которого присоединен к выхлопному каналу, а диффуэор— к сверхзвуковоМу отсеку.