Прокатный стан

 

Изобретение относится к прокатному производству, а именно к волновым самовращающимся прокатным станам , и быть использовано на машиностроительных и металлургических заводах для листовой прокатки труднодеформируемых заготовок. Цель изобретения - улучшение экономичности процесса прокатки путем регулирования процесса сжатия рабочей смеси. Стан работает на принципе роторного двигателя внутреннего сгорания. В камере 2 рабочая смесь поджигается запальным приспособлением Расширение рабочей гг : /п 20 их бия а 2 смеси вследствие сгорания приводит к повороту ротора-поршня 14. Прокатка металла осуществляется между рабочим валком 15 и внутренней стенкой камеры 2. В номинальных режимах работы стана степень-сжатия смеси уменьшается с соответствующим увеличением давлений наддува. На неноминальньпх режимах недопустимое возрастание удельного расхода рабочей смеси устраняется повьппением степени ее сжатия. Это достигается выдвижением траверс 21 подачей давления в цилиндры 20. Для исключения повреждений полосы траверсы 21 снабжены роликами 34. Регулируе.мый процесс сжатия рабочей смеси, кроме повышения экономичности работы стана, позволяет расширить диапазон применяемых топлив, улучшает пусковые свойства стана, снюкает токсичность отработанных газов и повьш1ает эффективность работы стана при переменных параметрах окружающей среды. 6 ил. 20 5 1 с (f. С к 4 а ос . fS

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

„„SU„„ I424884 А1 (50 4 В 21 В 13 00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСКОМУ СОИДЕТЕПЬСТВУ

g2 gg Q

1Ф

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И QTHPbITHA (21) 4212859/23-02 (22) 17.03 .87 (46) 23.09.88. Бюл. - 35 (75) В.П.Коротков (53) 621.77 1.2.06(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 1135503, кл. В 21 В 1/42, 1983.

Авторское свидетельство СССР

Р 1345430, кл. В 21 В 13/00, 1985, (54) ПРОКАТНЫЙ СТАН (57) Изобретение относится к прокатному производству, а именно к волновым самовращающимся прокатным станам, и может быть использовано на машиностроительных и металлургических заводах для листовой прокатки труднодеформируемых заготовок. Цель изобретения — улучшение экономичности процесса прокатки путем регулирования процесса сжатия рабочей смеси. Стан работает на принципе роторного двигателя внутреннего сгорания. В камере 2 рабочая смесь поджигается запальным приспособлением. Расширение рабочей смеси вследствие сгорания приводит к повороту ротора-поршня 14 ° Прокатка металла осуществляется между рабочим валком 15 и внутренней стенкой камеры 2. В номинальных режимах работы стана степень сжатия смеси уменьыается с соответствующим увеличением давлений наддува. На неноминальных режимах недопустимое возрастание удельного расхода рабочей смеси устраняется повышением степени ее сжатия. Это достигается выдвижением траверс 21 подачей давления в цилиндры 20. Для исключения повреждений полосы траверсы 21 снабжены роликами

34. Регулируемый процесс сжатия раЖ бочей смеси, кроме повышения экономичности работы стана, позволяет расширить диапазон применяемых топлив, улучшает пусковые свойства стана, снижает токсичность отработанных га" зов и повышает эффективность работы стана при переменных параметрах окружающей среды. 6 ил.

Ь 4

1424884

Изобретение относится к прокатно- му производству, а именно к волновым самовращающимся прокатным стаям, и может быть использовано на машино5 строительных и металлургических заво дах для листовой прокатки труднодемпфируемых заготовок.

Цель изобретения — улучшение экономичности процесса прокатки путем19 регулирования процесса сжатия рабочей смеси.

На фиг. 1 изображен предлагаемый прокатный стан, общий вид; на фиг. 21 фрагмент прокатного стана при мини-! мальной степени сжатия на фиг, 3

Ф то же при максимальной степени сжаР тия; на фиг. 4 — зависимости удель) ного расхода g и максимального давР ления р от среднего эффективного 2О давления р при различных значениях степени сжатия Е (сплошные линии

Е = 8, пунктирные линии К = 12); на фиг, 5 - фрагмент прокатного стана с . ре гулирующими си стемаьп!; на фиг . б — 25 эксцентриковый вал с каналами.

Прокатный стан содержит неподвижную станину 1 с внутренней герметич( ной полостью 2, имеющей впускной 3 и выпускной 4 каналы, присоединенные 3О соответственно к выходному патрубку 5 компрессора 6 и входному патрубку 7 турбины 8, роторы 9 и 10 которых кинематически связаны между собой общим валом 11, С-образную плиту 12

1 с профилем в виде криволинейной поверхности, охватывающей установлен-. ный на эксцентриковом валу 13 треугольный ротор-порше!!ь 14 с размещенными B pI о верши!!ах с Возможностью 4О вращения рабочими валками 15, источ.! ник 16 рабочей смеси с регулятором 17 ее подачи и запальное приспособление 18.

Для улучшения экономичности про- 45 цесса прокатки путем регулирования процесса сжатия рабочей смеси в боковых гранях ротора-поршня 14 выполнены прямоугольные пазы 19 с цилиндрами

20, в которых размещены призматические траверсы 2 1 с поршнями 22, внутренние полости 23 цилиндров 20 через сливные 24 и нагнетательные 25 магистрали сообщены через каналы 26 и 27, проведенные в эксцентриковом валу 13, 55 и коллекторы 28 и 29, охватывающие цапфы эксцентрикового вала 13, с последовательно соединенными поворотным краном 30, масляным фильтром 31,,масля!!ьпч баком 32 и масляным насосом

33, при этом призматические траверсы

2 1 снабжены вращающимися роликами

34, а поворотный кран 30 сблокирован с регулятором 17 подачи рабочей смеси.

Треугольный ротор-поршень 14 снабжен шестерней 35 с внутренними зубьями, сцепленной с шестерней 36 с наружными зубьями, жестко закрепленной в станине 1. Передаточное отношение шестерен 35 и 36 равно

3/2. При этом профиль С-образной плиты 12 выполнен в виде двухэпитро-. хоидной поверхности. Для предотвращения паразитного газообмена между камерами переменного объема, образованными во внутренней герметичной полости 2 призматическими траверсами

21 и боковыми гранями ротора-поршня

14, у последнего предусмотрены необходимые скользящие уплотнения (не показаны).

С-образная плита 12 выполнена сменной и установлена в станине 1 неподвижно. В С-образной плите 12 предусмотрен ручей, образующий вместе с наружными поверхностями рабочих валков 15 клинообразный в полярных координатах рабочий калибр. Рабочие валки 15 снабжены подшипниками и опорными вкладьппами (не показаны).

Источник 16 рабочей смеси выполнен в виде установленного во впускном канале 3 распылителя 37 жидкого топлива в потоке воздуха, присоединенного через топливный насос 38 и топливный фильтр 39 к топливному баку 40.

Впускной .канал 3 может быть снабжен холодильником (не показан) для охлаждения заряда свежего воздуха, который нагревается в компрессоре 6 в процессе предварительного сжатия.

Выпускной канал 4 при недостаточно большом его объеме может быть снабжен коллектором (не показан) для уменьшения пульсаций выпускных газов в турбине 8 в процессе продолженного расширен*я.

Входной диффузор 41 компрессора 6 снабжен воздушным фильтром (не показан) для очистки поступающего во внутреннюю герметичную полость 2 воздуха, а выходной диффуэор 42 турбины 8 снабжен глушителем-дожигателем и нейтрализатором (не показаны) для снижения уровня акустических металл образует внутри неподвижной станины 1 петлю треуголь.;ой формы, охватывающую рабочие валки 15 по их наружным образующим. Посредством пусковой систамы осуществляется предварительная закрутка эксцентрикового вала 13 и прокатный стан -переходит в режим самовращения. При этом в прокатном стане протекает замкнутый термодинамический цикл, состоящий из ряда последовательных и периодически повторяюшихся процессов.

Результатом протекающего цикла являются: трансформация выделяющегося при сгорании рабочей смеси тепла в механическую работу, обеспечивающую самодвижение всех движущихся элементов стана и прокатываемого металла; волновое формообразование прокатыва- емого металла; генерация высоких температур и давлений, действующих на прокатываемый металл перед очагом деформации и повышающих его пластичность; принудительная подача свежего воздуха в камеры переменного объема за счет использования энергии выпускных газов; минимализация удель- ного расхода рабочей смеси при необходимости выхода из номинального режима и перехода на режимы малых нагрузок в связи с уменьшением момента прокатки или режим холостого хода путем увеличения степени сжатия рабочей смеси в процессе окончательного сжатия рабочей смеси в камере переменного объема, Первый процесс цикла является процессом сгорания и протекает в камере переменного объема при ее верхнем положении. Камера переменного объема заполнена сжатой рабочей смесью. Запальное приспособление 18 инициирует сгорание рабочей смеси. В процессе осуществляется смешанный подвод теплоты к рабочей среде, заполняющей внутреннюю герметичную полость 2.

Вначале процессе подвод теплоты изохорный — при постоянном объеме давление, температура и энтропия рабочей среды увеличиваются. Затем подвод теплоты становится изобарным — при постоянном давлении объем, температура и энтропия рабочей среды увеличиваются. Внутренняя энергия рабочей среды увеличивается на величину подведенной в процессе теплоты. Высокая температура и давление, развиваемые в процессе, действуют на прокатываз 14248 шумов и уменьшения токсичности выпускных газов, Регулятор 17 подачи рабочей смеси выполнен в виде поворотной заслонки 43, установЛенной после распылителя 37 на общем валике 44 с поворотным краном 30, снабженном органом

45 управления.

Для обеспечения герметичности пазов 19 и цилиндров 20 призматические траверсы 2 1 и поршни 22 снабжены уплотнениями 46 и 47. Для ограничения хода призматических траверс 21 они снабжены необходимыми ограничителями (не показаны).

Для поддержания заданного давления масла во внутренних полостях 23 цилиндров 20 нагнетательные магистрали 25 снабжены обратными клапа0 нами 48. Для обеспечения сообщения сливных 24 и нагнетательных 25 магистралей с каналами 26 и 27 при любых углах поворота ротора-поршня 14 в эксцентриковом валу 13 выполнены 25 кольцевые проточки 49 и 50 °

Для обеспечения работы при высоких температурах в качестве рабочей

) жидкости контура регулирования степени сжатия могут быть использованы 30 водомасляные эмульсии, синтетические негорючие жидкости на водяной основе

" и синтетические жидкости на кремнийорганической основе.

Прокатный стан снабжен моталками

5,.1 и 52 для подачи и прием?а прокатываемого металла и создания трубуемых переднего и заднего натяжений, а также направляющими роликами, проводками (не показаны) и отклоняющими gp роликами 53 для обеспечения задачи полосы и охватывания ротора-поршня 14 петлей прокатываемого металла.

В прокатном стане предусмотрены также системы, обеспечивающие пуск прокатного стана, его смазку, охлаждение и остановку.

Когут быть предусмотрены контуры автоматического регулирования режимов работы турбины 8 и компрессора 6 в ц» зависимости от массы прокатываемого металла и его прочностных характеристик, включающие датчики скорости прокатываемого металла и его натяжения, датчик расхода воздуха и др. 55

Прокатный стан работает следующим образом.

После задачи заготовки одним иэ известных способов прокатываемый

1424884 еиый металл перед очат ом деформации, увеличивают его пластичность и тем самым повышают производительность прокатки. Изохорный процесс характеризуется степенью повышения давления, 5 равной отношению давления в конце процесса к давлению в начале процесса. Изобарный процесс характеризуется ! степенью предварительного расширения, 1О равной отношению объема в конце процесса к ei o значению в начале.

Второй процесс цикла является процессом расширения и протекает в каме-. ре переменного объема при ее правом положении. При расширении рабочая среда совершает работу за счет расходования внутренней энергии. Работа тратится на приведение в движение вращающихся элементов стана и на деформирование прокатываемого металла в очагах деформации, образованных

С-образной. плитой 12 и рабочими валками 15. Процесс трансформации теплоты в механическую работу является 25 адиабатным. Й этом процессе объем увеличивается, а температура и давле1 ние уменьшаются энтропия же ностоян9 на. Адиабатный процесс характеризуется коэффициентом Пуассона — показа- gg (1 телем адиабаты.

Третий процесс цикла является процессом продолженного расширения и протекает в турбине 8. И этом процессе используется энергия отработанных газов, поступающих через выпускной канал 4 и входной патрубок 7 в турбину 8. В турбине 8 температура рабочей среды падает, объем увеличивается до максимального значения, а давле- 40 ние падает почти до атмосферного.

В механическую работу трансформируете ся дополнительная теплота отработанных газов и на общем валу,11 создается крутящий момент, который приво- 4б дит ротор 9 компрессора 6 во враще-. ние.

Четвертый процесс цикла является процессом отвода теплоты в окружающую среду, протекает в выходном диф- б(> фузоре 42 турбины 8. Этот процесс является изобарным, температура, объем и энтропия рабочей среды уменьшается при постоянном давлении.

Пятый процесс цикла является процессом предварительного сжатия и протекает в компрессоре 6. йеханическая работа, получаемая в процессе продолженного расширения, трансформируется в теплоту ° Объем рабочей среды уменьшается, температура и давление повышаются при постоянной энтропии.

Свежий воздух засасывается через входной диффузор 41, предварительно сжимается компрессором б и подается через впускной канал 3 в левую камеру переменного объема.

Шестой процесс цикла является процессом окончательного сжатия и протекает в камере переменного объема при ее левом положении. Объем уменьшается до минимального значения и наступает момент зажигания запальным приспособлением 18 рабочей смеси, которая подается источником 16 и приготавливается распылителем 37 — термодинамический цикл замыкается.

Процесс окончательного сжатия характеризуется степенью сжатия, равной отношению объема в начале процесса (максимальный объем) к объему в конце процесса (минимальный объем).

Регулирование процесса сжатия рабочей смеси осуществляется регулированием степени сжатия, влияющей на удельную мощность стана. При этом регулирование степени сжатия обеспечивается изменением минимального объема при практически неизменном максимальном объеме за счет перемещения призматических траверс 21 в прямоугольных пазах 19.

В установившемся режиме (при постоянной скорости и натяжении) прокатываемьй металл движется с правой моталки 51 на левую моталку 52, при этом рабочие валки 15 обеспечивают обжатие в рабочих калибрах и подачу, вращаясь против часовой стрелки.

Подаваемая полоса не испытывает трения о рабочую поверхность

С-образной плиты 12. В процессе прокатки вдоль прокатываемого металла распространяется бегущая волна деформации, частота которой определяется скоростью вращения треугольного ротора-поршня 14, а амплитуда — разностью радиуса описанной вокруг треугольного ротора-поршня 14 окружности и радиуса вписанной в него окружности.

Эа один оборот треугольного ротора-поршня 14 прокатываемый металл проходит расстояние, равное разности длины рабочего участка С-образной плиты 12 и периметра треугольного ротора-поршня 14, Так как эта раэ7

142488 ность относительно мала, прокатываемый металл находится во внутренней герметичной полости 2 в течение и нескольких термодинамических циклов

5 н и каждый его участок многократно н подвергается перед очагом деформации воздуйствию высоких температур и л давлений, что увеличивает его пластичность и существенно повьппает про- 1р изводительность прокатки-труднодеформируемых заготовок, У предложенного прокатного стана с переменной степенью сжатия предусматривается при выходе на режим по вьппенных значений максимального давления р сгорания рабочей смеси переход на меньшее значение степени сжатия Е и вследствие этого реализация более высоких. давлений наддува компрессора 6.

При этом достигается приращение др среднего эффективного давления р и соответствующее ему увеличение удельной мощности стана. 25

Работа прокатного стана с пониженной степенью сжатия Е = 8 (сплошные кривые на фиг. 4) позволяет существенно повысить удельную мощность вследствие реализации высокого над- gp дува компрессора 6, и номинальный режим — рабочая точка лежит в экстремуме кривой gе(рe) — характеризуется минимальным удельным расходом g < рабочей смеси.

На неноминальных режимах недопустимое возрастание удельного расхода устраняется повьппением степени сжатия.

4О

При уменьшении момента. прокатки (снижении нагрузки) орган 45 управ-, ления соответственно изменяет положение поворотной заслонки 43 и пово« ротный кран 30 через общий валик 44 45 становится в положение, при котором масло из сливных магистралей 24 не сбрасывается. B этом случае масло, подаваемое масляным насосом 33 по нагнетательным магистралям 25 через обратный клапан 48, поступает во внутренние полости 23 цилиндров 20.

Поршни 22 вместе с призматическими траверсами 21 выдвигают из прямоугольных пазов 19 и цилиндров 20, увеличивая степень сжатия Е. Рабочая точка находится в экстремуме пунктирной кривой g (р ) и удельный расход рабочей смеси минимизируется.

4 8

Когда поворотная заслонка 43 о занимает положение, при котором рокатный стан развивает полную мощость (номинальный режим), поворотый кран 30 открывает отверстие и асло из внутренних полостей 23 цииндров 20 по сливным магистралям

24 через масляный фильтр 31 начивает поступать в масляный бак 32. Одновреенно под действием давления прокатываемого металла через вращающиеся ролики 34 вдвигаются призматические траверсы 21 и степент сжатия Е.уменьшается.

Как видно из фиг. 4, регулирование процесса сжатия в предлагаемом прокатном стане достигается без увеличения маскймального давления осуществляемого термодинамического цикла, что существенно повьппает удельную мощность стана в результате реализации более высоких давлений наддува при сохранении экономичности (минимального удельного расхода рабочей смеси) на неноминальных режимах и снижении тепловой напряженности деталей камер переменного объема.

I:ðîìå того, использование прокатного стана с регулируемым процессом сжатия расширяет диапазон применяемых топлив, улучшает пусковые качества стана, снижает токсичность отрабатотанных газов, повышает эффективность работы стана при переменных параметрах окружающей среды.

Таким образом, предложенный прокатный стан позволяет существенно улучшить экономичность процесса прокатки путем регулирования процесса сжатия рабочей смеси. формула изобретения

Прокатный стан, содержащий неподвижную станину с внутренней герметичной полостью, имеющей впускной и выпускной каналы, присоединенные соответственно к выходному патрубку компрессора и входному патрубку турбины, роторы которых кинематически связаны между собой общим валом, С-образную плиту с,профилем в виде криволинейной поверхности, охватывающей установленный на эксцентриковом валу треугольный ротор-поршень с размещенными в его вершинах с возможностью вращения рабочими валками, источник рабочей смеси с регулятором

9 14 ее подачи, запальное приспособление, отличающийся тем, что, с целью улучшения экономичности процесса прокатки путем регулирования процесса сжатия рабочей смеси, роторпоршень снабжен призматическими тра( версами с поршнями, размещенными в

f выполненных на его боковых гранях

1 прямоугольных пазах с цилиндрами, при этом внутренние полости цилиндров через сливные и нагнетательные ма-:..

24884

10 гистрали сообщены через каналы, проведенные в эксцентриковом валу, и коллекторы, .охватывающие цапфы эксцентрикового вала, с последовательно соединенными поворотным краном, масляным фильтром, масляным баком и масляным насосом, при этом призматические траверсы снабжены вращаю1п щимися роликами, а поворотный кран сблокирован с регулятором подачи „ рабочей смеси.

1424884

1424884

Составитель Г. Ростов

Техред Л.Сердюкова Корректор В. Бутяга

Редактор В. Данко

Тираж 467 Подписное

ВНИКНИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, 3-35, Раушская наб., д, 4/5

Заказ 4875

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул, Проектная, 4