Прокатный стан

 

Изобретение относится к прокатному прои зводству, а именно к волновым прокатным станам, и может быть использовано на металлургических и машиностроительных заводах, преимущественно для листовой прокатки труднодеформируемых заготовок. Цель изобретения - повышение производительности прокатки путем повышения удельной мощности стана. Стан работает на принципе роторного двигателя внутреннего сгорания. Генератор 2-3 волн деформации, кольцевая мембрана 19 с зубчатым венцом 20 и коническая терня 21 образуют волновой редуктор, встроенный в ротор-поршень 7. Этот редуктор без увеличения габаритов и нарушения герметичности камеры 14 позволяет подобрать отимальные частоты вращения ротора-поршня 7 и тург бины 16, при которых мощность четырехтактного цикла -и эффективность паросилового цикла максимальны. При адиабатном расширении перегретого пара в турбине 16 происходит ее вращение . При этом ролики 24 деформируют кольцевую мембрану 19 и по зубчатому в енцу 20 бегут волны. Шестерня 2 1 приводится в более медленное вращение. Момент турбины 16 трансфop fиpyeтcя н передается на эксцентриковый вал 6. Происходит согласование частоты вращения турбины 16 и частоты вращения ротора-поршня 7, независимо выбранных из условия достижения максимальной мощности четырехтактного цикла ротора-поршня и максимальной эффективности паросилового цикла турбины 16. 2 ил. /J / /: @ (Л 27 / / М V„ 3ff 33 зг .

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) 5 А1 (51) 4 В 21 В 13/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

00 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4212868/23-02 (22) 17.03.87 (46) 23.09.88. Бюл. Ф 35 (75) В.П.Коротков (53) 621.771.2.06(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

В 1135503, кл, В 21 В 1/42, 1983.

Авторское свидетельство СССР

В 1258524, кл. B 21 В 13/00, 1985. (54) ПРОКАТНЫЙ СТАН (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 изо— бретения — повышение производительности прокатки путем повышения удельной мощности стана. Стан работает на принципе роторного двигателя внутреннего сгорания. Генератор 23 волн деформации, кольцевая мембрана 19 с зубчатым венцом 20 и коническая шес7 9 Ф терня 21 образуют волновой редуктор, встроенный в ротор-поршень 7. Этот редуктор без увеличения габаритов и нарушения герметичности камеры 14 позволяет подобрать отимальные частоты вращения ротора-поршня 7 и тур.бины 16, при которых мощность четырехтактного цикла и эффективность паросилового цикла максимальны. При адиабатном расширении перегретого пара в турбине 16 происходит ее вращение. При этом ролики 24 деформируют кольцевую мембрану 19 и по зубчатому венцу 20 бегут волны. Шестерня 21 приводится в более медленное вращение, Момент турбины 16 трансформируется и передается на эксцентриковый вал 6. Происходит согласование частоты вращения турбины 16 и частоты вращения ротора-поршня 7, независимо выбранных из условия достижения максимальной мощности четырехтактного цикла ротора-поршня и максимальной эффективности паросилового цикла турбины 16. 2 ил.

1424885

Изобретение относится к прокатному производству, а именно к волновыи прокатным станам, и может быть использовано на металлургических и машиностроительных заводах преиму5 щественно для листовой прокатки труднодеформируемых заготовок.

Цель изобретения — повьппение производительности прокатки путем ловышения удельной мощности стана.

На фиг11 изображен предлагаемый прокатный стан, продольный разрез; на фиг.2 — фрагмент стана, попе-! речный разрез. 15

Прокатный стан содержит неподвижную станину 1 с герметичными крышками 2 и 3, образующими внутреннюю полость 4, и С-образной пли- 20 той 5, профиль которой имеет вид двухзпитрохоидной поверхности, охватывающей установленный на эксцентриковом валу 6 треугольный роторпоршень 7, в вершинах которого с 25 воэможностью вращения размещены рабо чие валки 8, сцепленные между собой шестерни 9 и 10 с внутренними и наружными зубьями, закрепленные соответственно на роторе-поршне 7 и станине 1, передаточное отношение которых равно 3/2, подводящий 11 и отводящий 12 каналы, соединенные соответственно с источником карбюрированной рабочей смеси и глушителем (не показаны), запальное при35 способление 13, установленное во внутренней полости 4, герметичную ка. меру 14, выполненную в роторе-поршне 7 и частично заполненную легко40 испаряющимся жидким теплоносителем, в которой размещены последовательно соединенные парогенератор 15, турбина 16, конденсатор 17 и конденсатный насос 18, при этом конденсатор 17 и парогенератор 15 вы- 45 полнены в виде тел вращения, коаксиальных эксцентриковому валу 6, а конденсатор 17 прикреплен к парогенератору 15 и смещен относительно него к оси вращения ротора-поршня 7. 50

Для повьппения производительности прокатки путем повышения удельной мощности стана одна иэ торцовых стенок ротора-поршня 7 выполнена в виде кольцевой мембраны 19 с эуб- 55 чатым венцом 20, сцепленным с конической шестерней 21, закрепленной на эксцентриковом валу 6, а турбина 16

1 установлена с воэможностью вращения посредством лодшипникового узла 22 и снабжена генератором 23 волн де" формации, взаимодействующим с кольцевой мембраной 19.

Генератор 23 волн деформации выполнен в виде жестко закрепленных на турбине 16 и деформирующнх кольцевую мембрану 19 двух диаметрально расположенных вращающихся роликдв

24 с вертикальной осью вращения.

С-образная плита 5 выполнена сменной и установлена в станине 1 неподвижно. В С-образной плите 5 предусмотрен ручей 25, образующий в вместе с наружными поверхностями рабочих валков 8 клинообразный в полярной системе коодринат рабочий ка-. либр. В рабочих валках 8 также могут быть выполнены требуемые ручьи.

Внутренняя поверхность С-образной плиты 5, наружная поверхность ротора-поршня 7 и внутренние поверхности герметичных крьппек 2 и 3 образуют три камеры переменного объема» заполненные рабочей .средой — воздухом с рабочей смесью для правой камеры и продуктами сгорания для левой.

Источник карбюрированной рабочей смеси, соединенный с подводящим каналом 11, представляет собой воздухозаборник и распылитель жидкого топлива и служит для приготовления и подачи рабочей смеси, сгорающей в верхней камере переменного объема.

Глушитель, соединенный с отводящим каналом 12, служит для снижения уровня акустических колебаний, воэ" никающих при выпуске отработанных продуктов сгорания, до безопасного предела и может бьггь снабжен также нейтралиэатором-дожигателем для снижения токсичности выпускных газов.

Для лодачи и приема прокатываемо" го металла, для создания переднего и заднего натяжений и обеспечения охватывания ротора-поршня 7 петлей прокатываемого металла служат раз" матыватель 26 и моталка 27, тянущие ролики 28 и 29 и отклоняющие ролики

30-33.

Запальное приспособление 13 электрически связано с кулачковым прерывателем (не показан), механически связанным с эксцентриковым валом б и допускакяцим регулировку опережения зажигания. ны. о Мощность четырехтактного цикла определяется выражением где Д; /с4.

40

1м ч

При увеличении частоты п вращения ротора-поршня 7 пропорциональное увеличение мощности N четырехтактного цикла компенсируется ростом механических потерь, пропорциональных час55 тоте п, поэтому существует оптимальная частота и вращения ротора-поршня 7, при которой мощность N четырехтактного цикла максимальна, 3 1424

В качестве легкоисларяющегося жидкого теплоносителя может быть использованы вода, этиловый спирт, гептан, флутек и др. При осуществлении более высокотемпературного цикла могут быть использованы термекс, ртуть, цезий, литий и др.

Герметичная камера 14, парогенератор 15, конденсатор 17 и конденсатный насос 18 могут быть выполнены за одно целое с ротором-поршнем 7.

Кардинальным является решение проблемы утечек рабочего тела, так как герметичное присоединение кольцевой мембраны 19 к телу ротора-поршня 7 обеспечивает функционирование без применения подвижных уплотнений.

Для уменьшения паразитных теплоперетоков из парогенератора 15 к конденсатору 17 между парогенератором

15, турбиной 16, конденсатором 17 и конденсатным насосом 18 установлен токообразный термоизолятор 34, имеющий большое термосопротивление, Для повышения прочности установки термоизолятора 34 и повышения эффективности работы турбины 16 предусмотрены входной 35 и выходной 36 направляющие аппараты, представляющие собой неподвижные кольцевые решетки лопаток аэродинамического профиля.

Для снижения паразитного газообмена между камерами переменного объ-. ема ротор-поршень 7 снабжен радиальными уплотнениями 37.

Для пуска прокатного стана путем первоначальной закрутки эксцентриковый вал 6 снабжен шпинделем, .соединяющимся через выключаемую муфту со стартовым 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 заднего натяжений, состава и подачи рабочей смеси, величины опережения зажигания, температуры и давления в камерах переменного объема, состава и температуры выпускных газов и др.

В процессе работы в прокатном стане осуществляется сложный термодинамический цикл, состоящий из четырехтактного цикла с изохорным

4 подводом теплоты сгорания рабочей смеси и паросилового цикла с изобарным подводом теплоты от четырехтактного цикла. Четырехтактный цикл

5 осуществляется во внутренней полости 4, а паросиловой — в герметичной камере 14. При этом моменты, раразвиваемые ротором-поршнем 7 в ре10 зультате осушествления четырехтактного цикла и турбиной 16 в результате осуществления паросилового цикла, передаются шестернями 9 и

10, венцом 20 и шестерней 21 на эксцентриковый вал б и суммируются.

Генератор 23 волн деформации, кольцевая мембрана 19 с зубчатым венцом 20 и коническая шестерня 21 образуют волновой редуктор, встроенный в ротор-поршень 7, позволяющий без увеличения габаритов и нарушения герметичности герметичной камеры 14 независимо подобрать оптимальные частоты вращения ротора-поршня

7 и турбины 16,при которых мощность четырехтактного цикла и эффективность паросилового цикла максималькачество рабочего процесса; индикаторный КПД цикла; коэффициент избытка воздуха рабочей смеси; механический КПД; коэффициент наполнения камеры переменного объема рабочей смесью; — плотность рабочей смеси;

n — частота вращения ротора-поршня 7 .

5 14

Оптимальная частота и„ вращения ротора-поршня 7 при разных вариантах выполнения и использования прокатного стана может лежать в пределах

80-2000 об/мин.

Существует также оптимальная частота п, „ вращения турбины 16.

Эффективность паросилового цикла определяется выражением tt 2g (I +g cosP,) cos P, ) х х (сояО, — х)х (2) х m U/Ñ» (3) где U " окружная скорость турбины

16;

С вЂ” скорость потока пара теплоно

1 сителя на лопатках турбины

16.

Окружная скорость U определяется выражением (4) U и Эп»: 60, где D — диаметр турбины 16 ;

n — частота вращения турбины 16„

Исследование выражения (2) показывает, что максимальная эффективность турбины 16 получается при х = U/Ñ, = соэю4 /2 (5) Оптимальная частота n, „. вращения турбины 16 может лежать в пределах от 3000 до 20000 об/мин. где» вЂ” скоростной коэффициент входного направляющего аппарата 35;

»Р — скоростной коэффициент лопаток трубины 16;

Ь вЂ” угол выхода потока пара теплоносителя из выходного направляющего аппарата 36;

P, — угол выхода потока пара теплоносителя из входного направляющего аппарата 35;

oL, — угол входа потока на лопатки турбины 16.

Величина х, определяющая оптимальную частоту и, „вращения при неизменной геометрии направляющих аппаратов 35 и 36 и турбины 16, определяется выражением

Е»/(Z - Z ) (6) где Z< — число зубьев зубчатого венца 20;

Z — число зубьев конической шестерни 21.

НапРимеР, при по„= 80,п» 6„,.

= 20000, получаем i = 250, которое реализуется при Z, = 500 и Z = 498.

Прокатный стан работает следующим образом.

После задания заготовки одним из известных способов устанавливается необходимый режим прокатки и включа" ется вспомогательная система оптимизации режима. При этом прокатываемый металл образует внутри станины 1 петлю треугольной формы, охватывающую рабочие валки 8 по наружным образующим.

Посредством стартового устройства эксцентриковый вал б через шпиндель приводится во вращение, и прокатнь»й стан выходит на номинальный режим.

Четырехтактный цикл, осуществляемый, как указано, во внутренней полости 4, состоит из следующих процессов (ротор-поршень 7 вращается

Зб против часовой стрелки).

Первый процесс сжатия поступающей через подводящий канал 11 рабочей смеси является адиабатным и протекает в камере переменного объема при ее правом положении. Температура и давление рабочей смеси повышаются.

Второй процесс сгорания сжатой рабочей смеси является иэохорным и

45 протекает в камере переменного объ1 ема при ее верхнем положении, Температура и давление рабочей смеси повышаются до максимальных значений, одновременно способствуя увеличению пластичности прокатываемого металла °

Третий процесс расширения продуктов cropaния рабочей смеси является адиабатным и протекает в камере переменного объема при ее левом полоб5 женин. Происходит трансформация подведенной теплоты в механическую работу, что обеспечивает самовращение рабочих валков 8, взаимодействующих

24885 6

По найденным оптимальным частотам

n,„è и, „вращения ротора-поршня 7 и турбины 16 определяется требуемое передаточное отношение вол5 нового редуктора i при этом

7 14 через прокатываемый металл с С-образной плитой 5.

Четвертый процесс отвода продуктов сгорания в отводящий канал 12 является иэохорным и протекает в камере переменного объема при ее нижнем положении..Температура и давление снижаются, приобретая исходные значения, и четырехтактный цикл замыкается.

За один оборот ротора-поршня 7 .происходит три четырехтактных цикла и на один оборот эксцентрикового ва ла 6 происходит один полный четырехтактный цикл, .

Процессы четырехтактного цикла протекают с потерями теплоты через наружную поверхность ротора-поршня

7. При этом отводимая теплота частично используется в паросиловом цикле для создания дополнительного полезного момента на эксцентриковом валу 6.

Паросиловой цикл, осуществляемый, как указано, в герметичной камере

14 состоит из следующих процессов.

Первый процесс является изобарным подводом теплоты к теплоносителю жидкой фазы герметичной камеры

i4. Процесс протекает в парогенераторе 15 и его результатом является генерирование перегретого пара теплоносителя.

Второй процесс является адиабатным расширением перегретого пара в

"турбине 16. Происходит трансформация теплоты в механическую работу, На лопатках турбины 16 возникает вращающий момент и турбина 16 вращается в подшипниковом узле 22. При этом вращающиеся ролики 24 генератора 23 волн деформации деформируют кольцевую мембрану 19, и по зубчатому венцу 20 бегут волны деформации.

Сцепленная с зубчатым венцом 20 коническая шестерня 21 приводится в более медленное вращение, момент турбины 16 трансформируется и пере;дается на эксцентриковый вал 6, повышая тем самым мощность прокатного стана. Происходит согласование частоты вращения турбины 16 с частотой вращения ротора-поршня 7 независимо от выбранных условий достижения максимальной мощности четырехтактного цикла и максимальной эффективности паросилового цикла, Одновременно сохраняется надежная герметизация rep24885 8

50. внутренней полости 4 в течение не-

40 метичной камеры 14 посредством коль-! цевой мембраны 19 и обеспечивается высокая нагрузочная способность волнового редуктора.

Третий процесс является иэотермным процессом конденсации отработанного пара турбины 16 и протекает в конденсаторе 17. Теплота конденсации, выделяющаяся при переходе паровой фазы теплоносителя в жидкую фазу, отводится через эксцентриковый вал 6.

Четвертый процесс является адиабатным сжатием конденсата теплоносителя и протекает в конденсатном насосе 18. Конденсат теплоносителя возвращается в парогенератор 15.

Следует отметить, что теплоотвод в герметичную камеру 14 не снижает максимальную температуру четырехтактного цикла ввиду практически мгновенного протекания процесса сгорания.

В процессе осуществления сложного термодинамического цикла прокатываемый металл движется от разматывателя 26 через тянущие ролики 28 внутреннюю полость 4 станины 1 и тянущие ролики 29 на моталку 27. При этом рабочие валки 8 обеспечивают обжатие в рабочем калибре и подачу прокатываемого металла, Подаваемая полоса не испытывает трения о рабочую поверхность С-образной плиты

5. В процессе прокатки вновь прокатываемого металла распространяется бегущая волна деформации, скорость которой определяется частотой вращения ротора-поршня 7, а амплитуда— разностью радиуса описанной вокруг ротора-поршня 7 окружности и радиуса вписанной в ротор-поршень 7 окружности.

За один оборот ротора-поршня 7 прокатываемый металл проходит расстояние, равное разности длины рабочего участка С-образной плиты 5 и периметра ротора-поршня 7. Так как эта разность относительно мала, прокатываемый металл находится во скольких четырехтактных циклов и каж" дый его участок многократно подвергается воздействию высоких температур и давлений рабочей смеси, что значительно повышает пластичность прокатываемого металла.

Согласование частот вращения турбины 16 и ротора-поршня 7 позволяет

9 14 увеличить эффективность паросилового цикла до максимально возможного значения при оптимальной частоте вращения ротора-поршня 7, которая обеспечивает максимальную мощность четырех-! тактиого цикла.

В первом приближении выигрыш может быть оценен в соответствии с выраже(нием !

Ц,- (!!,+ (1 — 6,),К) (7) где — эффективность прокатного стана; эффективность четырехтактного цикла; — эффективность паросилового цикла; !

К вЂ” коэффициент утилизации

7 теплоты.

Например, при, = К = 0,4 повышение f оoт T 00,2 до 0,4 за счет обеспечения оптимальной частоты вращения турбины 16 повышает производительность прокатки путем увеличения удельной мощности прокатного стана более чем на 47.

Таким образом, использование предлагаемого прокатного стана позволя ет без увеличения его габаритов и энергопотребления значительно повысить производительность прокатки. изобретения ор мул а

Прокатный стан, содержащий неподвижную станину с герметичными крышками, образующими внутренюю полость, и С-образной плитой, профиль кото24885 1О рой имеет вид двухэпитрохоидной поверхности, охватывающей установленный на эксцентриковом валу треуголь5 ный ротор-поршень в вершинах кото1 рого с возможностью вращения размещены рабочие валки, сцепленные между собой шестерни с внутренними и наружными зубьями, закрепленные соответственно на роторе-поршне и станине, подводящий и отводящий каналы, соединенные соответственно с источником карбюрированной рабочей смеси и глушителем, запальное приспособление, установленное во внутренней полости, герметичную камеру, выполненную в роторе-поршне, и частично заполненную легкоиспаряющимся жидким теплоносителем, в которой размещены последовательно соединенные парогенератор, турбина, конденсатор и конденсатный насос, при этом кон5 денсатор и парогенератор выполнены в виде тел вращения, коаксиальных

25 эксцентриковому Валу, G конденсатор прикреплен к парогенератору и смещен относительно него к оси вращения ротора-поршня, о т л и ч а ю щ н и е я тем, что, с целью повышения

З0 производительности прокатки путем повышения его удельной мощности, он снабжен конической шестерней, закрепленной на эксцентриковом валу, при этом одна из торцовых стенок ротора-поршня выполнена в виде кольцевой мембраны с зубчатым венцом, сцепленным с упомянутой конической шестерней, а турбина снабжена генератором волн деформации, вэаимодей ствующим с кольцевой мембраной, 1424885

М 17 Г5 /7

Составитель Г.Ростов

Техред Л. Олийнык Корректор В.Бутяга

Редактор В.Данко

Тираж 467 Подписное

В ИИПИ Государственного. комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 4713/7

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектна оектная, 4