Прокатный стан

СООЭ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 3/00, 13/2 ГОСУДАРСТВЕНН ПО ИЗОБРЕТЕНИ ПРИ ГКНТ СССР КОМИТЕТ. ОТКРЫТИЯМ ПИСА ВТОРСК 1 2(57) Изобретение относится к прокатному производству, а именно к конструкциям волновых прокатных станов с генерацией высоких температур и давленийрабочей среды, и может быть использованона металлургических и машиностроительных заводах преииущественно для листовойпрокатки жаропрочных металлов и сплавов, Цельизобретения - повышениепроизводительности прокатки жаропроч1533786 с последующей утилизацией высокопотенциальной теплоты как для нагревапрокатываемого металла, так и длявыработки той же самой электрическойэнергии. Ток на электрогенераторе19 получается за счет его вращениявместе с кулачковым генератором 4.Этот ток обеспечивает работу газопо догревателя 17. Температура рабочейсреды, а следовательно, металламожет регулироваться в широких пределах путем простого изменения напряжения электрогенератора 19, 3 ил. Изобретение относится к прокатному производству, а именно к конструкциям волновых прокатных станов с генерацией высоких температур и давлений рабочей среды, и может быть использовано на металлургических и машиностроительных заводах преимущественно для .чистовой прокатки каропрочных металлов и сплавов.Целью изобретения является повышение производительности прокатки 30жаропрочных металлов и сплавов.На Фиг,.1 изображен прокатный станс вертикальным резрезом;, на фиг.2то же, план; на фиг,3 - осуществляемый в прокатном стане термодинамический цикл (в координатах энтропия -35температура),Прокатный стан содержит неподвижную станину 1 с размещенными в нейС-образным профилированным вкладышем2 и по крайней мере одним нажимнымэлементом 3, охватывающими кулачковыйгенератор 4 бегущих волн деформации,несущий рабочие валки 5, и образующими вместе с боковыми крышками 6 и7 камеры 8 и 9 переменного объема,камеру 10 сгорания с выхлопным соп-лом 11, турбиной 12 и компрессором13 и выпускной патрубок 14. Камера10 сгорания и выпускной патрубок 14соединены с камерами 8 и 9 переменного объема посредством каналов 15 и16, проведенных в неподвижной станине1 по обеим сторонам нажимного элемента 3,55Для повышения производительностипрокатки каропрачных металлов и сплавов прокатньй стан снабжен электродуговым газоподогревателем 17, устаных металлов и сплавов. Снабжениетурбины 12 электродуговым газоподогревателем 17 позволяет увеличитьтемпературу рабочей среды, поступающей в камеру переменного объема. Приэтом сохраняется допустимая температура лопаток турбины за счет осуществления нового термодинамическогоцикла, включающего частичное преобразование теплоты сгорания топлива в электрическую энергию, используемуюдля высокотемпературного нагрева потока рабочей среды на выходе турбины,1новленным в выходном диффузоре 18 турбины 12, и электрогенератором 19, кинематически связанным посредством шпинделя 20 с шарнирами 21 и 22 с кулачковым генератором 4 бегущих волн деформации, при этом электродуговой газоподогреватель 17 электрически связан с электрогенератором 19 посредством кабелей 23.Для улучшения герметизации камер 8 и 9 переменного объема рабочие валки 6 охвачены жестким кольцом 24, а боковые крышки 6 и 7 снабжены подвижными в осевом направлении щитами 25 и 26 с уплотненияя 27 и 28 и нажимным приспособлением 29. Рабочий калибр образован наружной поверхностью 30 жесткого кольца 24 и внутренней поверхностью 31 С-образного профилированного вкладыша 2 в области их минимального сближения Профиль С-образного профилированного вкладыша 2 соответствует требуемому закону деформации, например при листовой прокатке выполнен по архимедовой спирали. В жестком кольце 24 и С-образном профилированном вкладыше 2 могут быть выполнены требуемые ручьи.Нажимной элемент 3 выполнен в виде пластины, входящей с возможностью возвратно-поступательного перемещения в радиальную камеру 32, соединенную с источником давления (не показан), и снабжен проводками 33 и 34 и отклоняющими роликами 35-38. Гидравлическое сопротивление проводок 33 и 34 для снижения утечек рабочей среды из камер 8 и 9 переменного объема превосходит во много раз гидравлическое сопротивление каналов 15 и 16. Лрс 1533786водки 33 и 34 могут быть снабжены уплотнениями 39 и 40. Нажимной элемент 3 также может быть снабжен уплотнениями 41 и 42, Для перемотки прокатываемого металла предусмотрены моталки 43 и 44.Турбина 12 и компрессор 13 установлены на одном валу 45 с подшипниковыми опорами 46-48. Входной аппарат 49 турбины 12 расположен перед выхлопным соплом 11, а выходной патрубок 50 компрессора 13 подключен к входу 51 камеры 10 сгорания, имеющей форсунку 52, подключенную посредством трубопровода 53 к источнику топлива (не показан), и запальное приспособление 54. Входные каналы 55 и 56 компрессора 13 сообщены с атмосферой,Злектродуговой газоподогреватель 17 выполнен в виде неплавящегося электрода 57 из вольфрама, установленного в вершине центрального тела 58 выходного диффузора 18 турбины 12, и сопла 59, изолированного от неподвижной станины 1 и камеры 10 сгорания посредством термостойких изоляторов 60 и 61 из керамики.В выпускном патрубке 14 предусмо". - рен фильтр-нейтрализатор 62 для снижения уровня токсичности выпускных газов.Камер 10 сгорания может быть несколько с их кольцевым расположением вокруг вала 45.В качестве топлива, подаваемого в форсунку 52 камеры 10 сгорания по трубопроводу 53, может быть использован природный газ, например, северных месторождений, у которого низшая теплота сгорания.1Теплота, выделяющаяся в результате сгорания топлива в камере 10 сгорания, потребляется для осуществления термодинамического цикла.(фиг.3). Результатом осуществляемого цикла является частичное преобразование теплоты сгорания топлива в электрическую энергию, используемую для высокотемпературного нагрева потока рабочей среды из выходного диффузора 18 турбины 12 в электродуговом газо- подогревателе 17 с последующей утилизацией высокопотенциальной теплоты 1 как для нагрева прокатываемого металла, так и для выработки той же самой электрической энергии электрогенератором 19, вращаемым от кулачкового10 15 20 25 ЗО 3540 45 50 55 генератора 4 бегущих волн деформации,обеспечивающего волновую прокатку врабочем калибре.Прокатный стан работает следующимобразом.Прокатываемый металл с левой моталки 43 через проводку 33 подаетсяв левую камеру 9 переменного объема,затем в рабочий калибр (на фиг.1 занимает верхнее положение), в правуюкамеру 8 переменного объема и черезпроводку 34 на правую моталку 44 иобразует при этом внутри неподвижнойстанины 1 деформационную петлю С-образной формы, охватывающую, благодаряпереднему и заднему натяжениям, жесткое кольцо 24 по наружной поверхности 30.При вращении кулачкового генератора 4 бегущих волн деформации противчасовой стрелки рабочие валки 5 ижесткое кольцо 24 вращаются по часовой стрелке, нажимной элемент 3 совершает гармонические колебания, апрокатываемый металл перематываетсяс левой моталки 43 на правую моталку44. При этом объем правой. камеры 8переменного объема увеличивается,обусловливая расширение рабочей среды,поступающей через канал 15 а объемлевой камеры 9 переменного объемауменьшается, обеспечивая выпуск отработавших газов через канал 16 и далеев выпускной патрубок 14,Топливо по трубопроводу 53 подается в форсунку 52 и распыляется еювнутри камеры 1 О сгорания.Атмосферный воздух поступает черезвходные каналы 55 и 56 в компрессор13, сжимается и через выходной патрубок 50 подается в камеру 10 сгораниячерез вход 51.Горючая смесь образуется внутрикамеры О сгорания в результате смешения распыленного форсункой 52 топлива со сжатым воздухом, подаваемымкомпрессором 13.Продукты сгорания образуются в результате поджига запальным приспособлением 54 горючей смеси и ее сгораниявнутри камеры 10 сгорания и черезвходной аппарат 49 попадают на лопатки турбины 12, вращают ее и черезвыходной диффузор 18 поступают в злектродуговой газоподогреватель 17. Турбина 12 через вал 45 вращает компрессор 13, нагнетающий воздух в камеру10 сгорания.Электрический ток вырабатываетсяв результате вращения электрогенератора 19 через шпиндель 20 от кулачкового генератора 4 бегущих волн деФормации и подается в электродуговойгазоподогреватель 17. При этом одинполюс электрогенератора 19 подключенк неплавящемуся электроду 57, адругой - к электроизолированному соплу 59 электродугового газонодогревателя 17.Электрическая. дуга горит на неплавящемся электроде 57 электродуговогогазоподогревателя 1 в результате 15электрического пробоя поступающихпродуктов сгорания.Рабочая среда, образуется в результате высокотемпературного нагревапродуктов сгорания в электродуговом 20газоподогревателе 17 и через канал15 поступает в правуюкамеру 8 переменного объема и расширяется в ней.При этом обеспечивается нагрев прокатываемого металла до состояния пластичности и его экструзия через рабочий калибр, а также трансформациявнутренней энергии рабочей среды вмеханическую работу, обеспечивающуюв результате вращения кулачкового генератора 4 бегущих волн деформацииволновую прокатку в рабочем калибреи выработку необходимой для электродугового газоподогреватепя 17 электроэнергии В результате Вращенияэлектрогенератора 19Прокатываемый металл перематывается с левой моталки 43 на правую моталку 44, разупрочняется рабочей средой, экструдируется через рабочий 40калибр и подвергается волновой прокатке внутри неподвижной станины 1,Отработавшие газы вытесняются излевой камеры 9 переменного объемав канал 16 и далее в выпускной патрубок 14Выпускные газы образуются из отра -ботавших газов, прошедщих фильтр-нектрализатор 62, и выпускаются в окружающую среду. 50Эа счет высвобождения при горениитоплива химической энергии в. прокатном стане осуществляется термодинамический цикл, позволяющкк повыситьпроизводительность прокатки жаропрочных металлов к сплавов путем увеличения температуры рабочей среды прк одновременном сохранении допустимойтемпературы лопаток турбины 12,Термодинамический цикл а-Ь-с-б-еЙ-ц-а состоит из ряда последовательно и непрерывно протекающих процессов,Процесс а-Ь является процессомсжатия в компрессоре 13, процесс Ь-с -процессом подвода теплоты в камере10 сгорания, процесс с-й - процессомрасширения в турбине 12, результатомкоторого является вращение компрессора 13, процесс д-е - процессом подвода теплоты в электродуговом газоподогревателе 1, процесс е-Г - процессом расширения в камере 8 переменного объема. Результатом этого процесса является вращение кулачковогогенератора 4 бегущих волн деформации,обеспечивающее волновую прокатку ивращение электрогенератора 19, обеспечивающее питание электродуговогогазоподогревателя 17. Процесс 1-ц-аявляется процессом отвода тепла вокружающую среду.К работе газотурбинного циклаа-Ь-с-я-а, изображенной на фиг.З пло-.щадью аЬсц, заштрихованной горизонтальными линиями, прибавляется полезная работа, изображенная на фкг.З,площадью с 1 сГ, заштрихованной вертикальными линиями. Это компенсируетпотери частичного преобразованиятеплоты в электрическую энергию,Использование предлагаемого прокатного стана позволяет повысить производительность прокатки жаропрочныхметаллов и сплавов за счет увеличения температуры рабочей среды, нагревающей прокатываемый металл, при этомтемпература прокатываемого металламожет регулироваться в широких пределах путем простого изменения напряжения электрогенератора.Формула изобретенияПрокатный стан, содержащий неподвижную станину с размещенным в ней С-образным профилированным вкладышем, охватывающим несущий рабочие валки кулачковый генератор бегущих волн деформации и образуюшкм вместе с боковыми крышками и нажкмным элементом камеры переменного объема, установленные на одном валу компрессор и турбину, оборудованную камерой сгорания и выходным дкффузором, связанным с камерами переменного объема посредством каналов, о т л к ч а ю -1533786 Составитель Г,РосТехред Л.Сердюкова Корректор Т,Палий едактор И.Шмакова Тираж 40 Подписное Заказ 8 ственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 НИИПИ Госуд ственно-издательский комбинат "Патент", г,ужгород, ул. Гагарина, 101 Произв щ ц й с я тем, что, с целью повышения производительности прокатки жароцрочцых металлов и сплавов, онснабжен установленным в выходном диффузоре турбины элекродуговым газоподогревателем ц кццемцтц пески связанным с кулачковым генератором бегущих волн деформации эчектрогенератором, 5электрически связанным с упомянутым газоподогревателем.