Прокатный стан

(51) 4Р 1 ф)1183 Я ЕТЕНИЯ ть исполь- катного х и може прокатных стан зовано для орг производства в п низ аци специф тмосфе обновл х условивоздуха систочников ес ях отсутствия мых рименением вонергии. Цельие термодинам зобретенияческой эффе во СССРО, 1982СССРО, 1984 ктивност ние мощасширение ем осущес икла с епло к к прокат- улачковых ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ ОПИСАНИЕ ИЗОБР А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(57) Изобретение относитсяке металлов и сплавов на к процесса прокатки, увелич ности прокатного стана и области его применения п вления термодинамическог внешним подводом теплоты1342544 20 бочему телу подводится от источника 19, Осуществляемый термодинамический цикл близок к циклу Шмидта. Противоположные рабочие валки 5 находят"ся в одной фазе, Процессы в подпоршневой полости 16 отстают по фазе на90 от процессов в надпоршневой полости 1 О, В каждой полости каждогоцилиндра эа полный цикл происходятчетыре процесса, Валок 5 перемещается в сторону кулачкового валка 4,обжимает полосу и одновременно поворачивает валок 4, При этом рабочеетело через теплообменник тепловогостока 21 и регенератор 20 из полосИзобретение относится к прокатке металлов и сплавов на кулачковых прокатных станах, в которых воздействующие на очаг деформации рабочее давление обеспечивает одновременно вращение прокатных валков путем осуществления изотермического термодинамического цикла с внешним подводом теплоты, и может быть использовано для органи эации прокатного производства в специфических условиях отсутствия атмосферного воздуха с применением возобновляемых источников энергии, например солнечных и геотермальных. 15Цель изобретения - повьппение термодинамической эффективности процесса прокатки, увеличение мощности прокатного стана и расширение области его применения путем осуществления термодинамического цикла с внешним подводом теплотыНа фиг,1 показан прокатный стан, поперечный разрез; на фиг,2 - то же, продольный разрез. 25Прокатный стан содержит станины 1 и 2, выполненные с заполненной рабочей средой замкнутой геометрической камерой 3, в которой расположены не- приводной кулачковый прокатный ва лок 4, окруженный приводными прокатными валками 5, установленными в вилках 6, хвостовикикоторых оборудованы поршнями 8, размещенными в цилиндрах 9 с образованием надпоршне" вых полостей 10, расположенных по ти 16 передается в тепловой источник 19, нагретое здесь рабочее телопоступает в надпоршневую полость сле.дующего рабочего валка и цикл повторяетсяТакое выполнение прокатногостана позволяет существенно увеличить термический коэффициент полезного действия, изолировать его внут.ренние полости от окружающей среды,обойтись беэ потребления атмосферного воздуха и использовать для обеспечения работы стана возобновляемыеисточники энергии, например солнечную энергию, 2 ил,окружности герметичной камеры 3, ипрофилированные обоймы 11, механически связанные друг с другом поперечными стержнями 12, пропущенными черезотверстия 13 в неприводном кулачковом прокатном валке 4 и .взаимодействующие с опорными роликами 14, установленными на цапфах 15 приводныхпрокатных валков 5,Кроме того, прокатный стан снабженподпоршневыми полостями 16, выполненными в стенках 17 геометрической камеры 3, а хвостовики 7 вилок 6снабжены неподвижными уплотнениями 18,при этом надпоршневая полость 10каждого цилиндра 9 соединена с подпоршиевой полостью 16 соседнего цилиндра 9 через последовательно включенные тепловой источник 19, регенератор 20 и тепловой сток 21.В прокатном стане предусмотренытакже средства для подачи 22 и приема 23 прокатываемой полосы 24,Профиль неприводного кулачковогопрокатного валка 4 выполнен с синусоидальными выступами, а профили профилированных обойм 11 - в виде эпициклоид.Для обеспечения требуемых фазовыхсоотношений процессов в надпоршневых 10 и подпоршневых 16 полостяхчисло синусоидальных выступов неприводного кулачкового прокатного валка 4 связано с числом цилиндров 9следующим соотношением:(2) где М число синусоидальных выступов неприводного кулачково 5 го прокатного валка 4;число цилиндров 9;целые положительные числа, причем шп, О К,шРабочий калибр образован тем, чтопрофилированные обоймы 11 установлены эксцентрично относительно неприводного кулачкового прокатного валка 4 (эксцентриситет ввиду малостине показан), Входной калибр (со стороны средства 22 для подачи) большевыходного калибра (со стороны средства 23 для приема) на величину, про -порциональную удвоенному зксцентриситету,Тепловой источник 19 выполнен ввиде теплообменника, подключенного квысокотемпературному нагревателю 25(фиг.2, стрелки, направленные внутрь).При использовании солнечной энергиинагревателем служит фокальная область гелиоустановки, соединенная степлообменником посредством высокотемпературных тепловых труб,Регенератор 20 выполнен в виде полости, заполненной пористым материалом, имеющим большую теплоемкость итеплоотдачу, Полость можно заполнитьметаллической губкой, состоящей изотдельных полос или проволочек,Тепловой сток 21 выполнен в видетеплообменника, подключенного к холодильнику (фиг,2, стрелки, направленные наружу). При использованиистана на космических базах холодильником может служить поверхностныйизлучатель, соединенный с теплообменником посредством низкотемпературных 45тепловых труб,Цилиндры 9 заполнены рабочим телом, при дальнейшем рассмотрении считающимся идеальным газом, В качестве 50 рабочего тела можно использовать такие газы, как, например, воздух, гелий, водород, перечисленные в порядке возрастания термодинамической эффективности при увеличении частоты вращения неприводного.кулачкового прокатного валка 4, Рабочее тело заполняет, таким образом, надпоршневую полость 10, теплообменник теплового 1342544 4источника 19, полость регенератора 20,теплообменник теплового стока 21 иподпоршневую полость 6,При числе цилиндров 9, равном1=8 (фиг,2) , число синусоидальныхвыступов неприводного кулачкового прокатного валка 4 И=10 (К=2, ш=3 п=2,а в выражении (1 ) принят знак минус).В прокатном стане предусмотреныканалы (не показаны), служащие дляподачи смазки ко всем движущимся эле -ментам, такие. служащие для оптимиза"ции режима прокатки и связанные скомпьютером средства для малоинерционного измерения и регулирования впроцессе прокатки переднего и заднего натяжений, скорости прокатки, режимов работы теплового источника 19 итеплового стока 21,Стан работает следующим образомПри подводе к рабочему телу теплоты от теплового источника 19 и отводе от рабочего тела теплоты в тепловой сток 21 в каждой надпоршневойполости 10 и связанной с ней регенератором 20 подпоршневой полости 16осуществляется замкнутый термодинамический цикл с внешним подводом теплоты, близкий к циклу Шмидта, Объемрабочего тела в надпоршневой полости 10 находится при высокой температуре Т, а объем рабочего тела вподпоршневой полости 16 находится принизкой температуре Т, Температурныйградиент между торцовыми поверхностями регенератора 20 равен Тас ТиннТак как профиль неприводного кулачкового прокатного валка 4 выполнен ссинусоидальными выступами, в процессе работы объемы рабочего тела в надпоршневой 10 и в подпоршневой 6 полостях изменяются по синусоидальномузакону, При этом процессы в подпоршневой полости 16 отстают по фазе на90 от процессов в надпоршневой полости 10, что обусловлено выбором числацилиндров 9 и числа синусоидальныхвыступов неприводного кулачковогопрокатного валка 4 М в соответствии свыражениями (1) и (2),Первый процесс термодинамическогоцикла является иэотермическим процес,сом сжатия и протекает при постояннойнизкой температуре Тза счет отвода теплоты в тепловой сток 21, Объемнадпоршневой полости 10 уменьшаетсядо минимума, а объем подпоршневой полости 16 уменьшается от максимума досреднего значения, Производимая вэтом процессе работа отрицательна ипроизводится за счет инерции вращающегося,неприводного кулачкового про-,катного валка 4 и изотермических процессов расширения, протекающих в других цилиндрах 9.Второй процесс термодинамическогоцикла является изохорным процессомрегенеративной теплоотдачи и протекает при постоянном суммарном объеме 10надпоршневой 10 и подпоршневой 16полостей, Объем надпоршневой полости 10 увеличивается от минимума досреднего значения, а объем подпоршневой полости 16 уменьшается от среднего значения до минимума, Температурарабочего тела увеличивается от низкой температуры Та до высокой температуры Т к,за счет передачи теплотырегенерации от регенератора 20 рабочему телу, рабочее тело перетекаетиз подпоршневой полости 16 в надпоршневую полость 10. Работа в этом про -цессе не производится25Третий процесс термодинамическогоцикла является изотермическим процессом расширения и протекает при постоянной высокой температуре Тцаксзасчет подвода теплоты от теплового ис- З 0точника 19, Объем надпоршневой полости 10 увеличивается от среднего значения до максимума, объем подпоршневой полости 16 увеличивается от минимума до среднего значения. Производимая в этом процессе работа положительна и используется для осуществления процесса прокатки Давление внадпоршневой полости 10 цилиндра 9возрастает до максимального значения 40и передается через поршень 8, хвостовик 7, вилку б и приводной прокатныйвалок 5 в очаг деформации и одновременно через прокатываемую полосу 24на неприводной кулачковый прокатный 45валок 4 Приводной прокатнБй валок 5перемещается к центру неприводного кулачкового прокатного валка 4, Приэтом за счет взаимодействия с кулачковой поверхностью неприводного кулач кового прокатного валка 4, кроме нормальной составляющей силы, действующей на очаг деформации прокатываемойполосы 24, появляется тангенциальнаясоставляющая сила, которая создаетприводящий во вращение прокатные валки 4 и 5 крутящий момент,Четвертый процесс термодинамического цикла является изохорным процессом регенеративной теплоотдачи и протекает при постоянном суммарном объеме надпоршневой 10 и подпоршневой 16полостей, Объем надпоршневой полости 1 О уменьшается от максимума досреднего значения, а объем подиоршневой полости 16 увеличивается от среднего значения До максимума, Температура рабочего тела уменьшается от высокой температуры Т до низкой темпемаксратуры Тза счет передачи теплотырегенерации от рабочего тела регенератору 20, рабочее тело протекает изнадпоршневой 10 в подпоршневую 16 полость, Работа в этом процессе не производится, Приводной прокатный валок 5 перемещается от центра неприводного кулачкового прокатного валка 4,При этом опорные ролики 14, взаимодействующие с рабочими поверхностямипрофилированных обойм 11 и ограничивающие перемещение приводных прокатных валков 5 от центра неприводногокулачкового прокатного валка 4, когда давление прокатываемой полосы 24превышает давление в надпоршневой полости 1 0 цилиндра 9, обеспечивает постоянство зазоров между неприводнымкулачковым прокатным валком 4 и приводными прокатными валками 5 в течение всего периода работы, что позволяет уменьшить разнотолщинность и,повысить качество прокатки,Этим замыкается осуществляемый впрокатном стане термодинамическийцикл, Процессы в остальных цилиндрах 9 протекают аналогично и толькосдвинуты по фазе,Как видно, цикл состоит из двухизотермических и двух изохорных процессов, Термический КПД цикла близокк предельному, а количество подводимой в цикле теплоты больше, чем вцикле Карно, Вместе с воэможностьюиспользования возобновляемых источников энергии это позволяет повысить термодинамическую эффективность процесса прокатки, увеличить мощность прокатного стана без увеличения его габаритов и значительно расширить область его применения,Формула изобретенияПрокатный стан, содержащий станины, выполненные с заполненной рабочей средой замкнутой герметичной камерой, в которой расположены неприводной кулачковый прокатный валок,1342544 Составител Техред Л.С осто Корректор М,Максимишин едактор Н,Рогули юко Тираж 480 осударственного лам изобретений Москва, Ж, Ра з 4545/ Подписиета СССРрытийя наб., д.4 Н ом от ск/5 Произв венно-полиграфическое предприятие, г,ужгород, ул,Проектнаяф окруженный приводными прокатными валками, установленными в вилках, хвостовики которых оборудованы поршнями,размещенными с образованием надпоршневых полостей в цилиндрах, расположенных по окружности герметичной камеры, и профилированные обоймы, связанные одна с другой поперечнымистержнями, пропущенными через отверстия в неприводном кулачковом прокатном валке, и взаимодействующие с опорными роликами, установленными на цапфахприводных прокатных валков, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, сцелью повышения термодинамической эф фективности процесса прокатки, увеличения мощности прокатного стана ирасширения области его применения путем осуществления термодинамического цикла с внешним подводом теплоты, он снабжен подпоршневыми полостями, выполненными в стенках герметичной камеры, а хвостовики вилок снабжены неподвижными уплотнениями, при этом надпоршневая полость каждого цилиндра соединена с подпоршневой полостью соседнего цилиндра через последовательно включенные тепловой ис -точник-, регенератор и тепловойсток,