Прокатный стан

СОЮЗ СО 8 ЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 09) 01) 58524 21 В 13/00 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН ГОСУДАРСТ 8 ЕННЫЙ КОМИТЕТ ССС ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ Н А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(56) Авторское свидетельство СССРУ 547243, кл, В 21 В 21/00, 1975.Авторское свидетельство СССРУ 1135503, кл, В 2 1 В 1/42, 1983.(54)(57) ПРОКАТНЫЙ СТАИ, содержащийнеподвижную станину с герметичнымикрышками, образующимивнутреннюю полость, и С-образной плитой, профилькоторой имеет вид двухэпитрохоиднойповерхности, обхватывающей установленный на эксцентриковом валу треугольный ротор-поршень, в вершинахкоторого с возможностью вращения размещены рабочие валки, сцепленные между собой шестерни с внутренними и наружными зубьями, закрепленные соответственно на роторе-поршне и ста 1 нине, подводящий и отводящий каналы,соединенные соответственно с источником карбюрированной рабочей смесии глушителем, и запальное приспособление, установленное во внутреннейполости, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью повышения удельноймощности и экономичности, роторпоршень снабжен герметичной камерой,частично заполненной легкоиспаряющимся жидким теплоносителем, и размещенными в ней последовательно соединенными парогенератором, турбиной, конденсатором.и конденсатным насосом,при этом конденсатор и парогенераторвыполнены в виде тел вращения, коаксиальных эксцентриковому валу, а:конденсатор прикреплен к парогенератору и смещен относительно него к осивращения ротора-поршня,58524 3торообразный термоизолятор 19, имеющий большое термосопротивление,В качестве легкоиспаряющегося жидкого теплоносителя могут быть использованы вода, этиловый спирт, гептан,флутек и др. При осуществлении болеевысокотемпературного цикла могут бытьиспользованы термекс, ртуть, цезий,литий и др.Герметичная камера 14, парогенератор 15, турбина 16, конденсатор 17и конденсатный насос 18 могут бытьвыполнены за одно целое с роторомпоршнем 7 методом литья по выплавляемым моделям. Литники (не показаны)при этом служат одновременно для вакуумной заправки герметичной камеры14 теплоносителем, после чего герметически заглушаются, Возможна такжесборная конструкция этих элементов.В любых случаях кардинальным являетсярешение проблемы утечек рабочего тела, так как функционирование обеспечивается без применения подвижныхуплотнений,10 15 20 25 Для повышения удельной мощности и экономичности в роторе-поршне 7 выполнена герметичная камера 14, частично заполненная легкоиспаряющимся жидким теплоносителем, в которой размещены последовательно соединенные парогенератор 15, турбина 16, конденсатор 17 и коцценсатный насос 18, при этом конденсатор 17 и парогенератор 15 выполнены в виде тел вращения, коаксиальных эксцентриковоиу валу 6, а конденсатор 17 прикреплен к парогенератору 15 и смещен относительно него к оси вращения ротора-поршня 7,Для уменьшения паразитных тепло- перетоков из парогенератора 15 к конденсатору 17 между парогенератором 5, турбиной 16, конденсатором 17 и конденсатным насосом 18 установлен12Изобретение относится к прокатному нроиводству, а именно к волновым прокатным станам, и может быть иси льзовано на металлургических и машиностроительных заводах, преимущественно для листовой прокатки труднодеформируеиых заготовок,Пель изобретения - повышение удельной мощности и экономичности прокатного стана.На фиг.1 изображен прокатный стан,продольный разрез, на фиг,2 - разрезА-А на Фиг.1; на Фиг.3 - часть роторас валком в более крупном масштабе,на Фиг.4 - осуществляемый в прокатномстане бинарный термодинамическийцикл.1 Прокатный стан содержит неподвижную станину 1 с герметичными крышками 2 и 3, образующими внутреннюю полость 4, и С-образной плитой 5, проФиль которой выполнен в виде двухэпитрохоидной поверхности, обхватывающей установленный на эксцентриковои валу 6 треугольный ротор-поршень 7, в вершинах которого с возможностью вращения размещены рабочие валки 8, сцепленные между собой шестерни 9 и 10 с внутренними и наружными зубьями, закреппенные 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, и запальное приспособление 13, установленное во внутренней полости 4.30 35 40 45 50 55 С-образная плита 5 выполнена сиенной и установлена в станине 1 неподвижно. В С-образной плите 5 предусмотрен ручей, образующий вместе с наружными поверхностями рабочих валков8 клинообразный в полярной системекоординат рабочий калибр, В рабочихвалках 8 также могут быть выполненытребуемые ручьи,Для улучшения отвода теплоты отконденсатора 17 могут быть предусмотрены масляные каналы (не показаны),выполненные в эксцентриковом валу 6и включенные в циркуляционный контурсистемы смазки стана, оснащенной масляными насосами и маслоохладителями(не показаны). Возможны и другие варианты теплоотвода от конденсатора17, например, в виде тепловых труб.Однако при умеренной мощности станатеплоотвода на массу стана обеспечивается без специальных иер за счеттеплопроводности.Внутренняя поверхность С-образнойплиты 5, наружная поверхность роторапоршня 7 и внутренние поверхностигерметичных крышек 2 и 3 образуюттри камеры переменного объема; заполненные рабочей средой - воздухом срабочей смесью для левой камеры, ипродуктами сгорания для правой.Источник карбюрированной рабочейсмеси, соединенный с подвопящим пат 1258524рубком 11, представляет собой воздухозаборник и распылитель жидкого топлива и служит для приготовления иподачи рабочей смеси, сгорающей вверхней камере переменного объема,Глушитель, соединенный с отводящимканалом 12, служит для снижения акустических колебаний, возникающих привыпуске отработанных продуктов сгорания, и может быть снабжен нейтрализаОтором для снижения токсичности выпускных газов,Для подачи и приема прокатываемого металла, создания переднего и заднего натяжений и обеспечения обхваты вания ротора-поршня 7 петлей прокатываемого металла служат моталки 20 и2 1 и отклоняющие ролики 22-25,Для снижения паразитного газообмена между камерами переменного объе ма ротор-поршень 7 снабжен радиальны- .ми уплотнениями 26,Запальное приспособление 13 электрически соединено с кулачковым прерывателем 27, механически связанным 25с эксцентриковым валом 6 и допускающим регулировку опережения зажигания.Для пуска прокатного стана путемпервоначальной закрутки эксцентриковый вал 6 снабжен шпинделем 28, сое- ЗОиняющимся со стартерным устройством(не показано).Для оптимизации режима прокаткимогут быть предусмотрены связанные сэлектронной вычислительной машинойсредства для малоинерционного измерения и регулирования в процессе прокатки скорости и момента прокатки,переднего и заднего натяжений, состава и подачи рабочей смеси, величины 4 Оопережения зажигания, температуры идавления в камерах переменного объема, величины опережения зажигания,состава и температуры выпускных газови других параметров. 45Прокатный стан функционирует следующим образом,гПосле задачи полосы одним из известных способов устанавливается не обходимый режим прокатки и включаются вспомогательные системы оптимизации режима. При этом прокатываемый металл образует внутри станины 1 петлю треугольной формы, обхватывающую рабочие 55 валки 8 по наружным образующим. Посредством стартерного устройства через шпиндель 28 проводится пуск, и прокатный стан переходит в режим самовращения.При вращении ротора-поршня 7 в направлении, указанном на фиг.1 (по часовой стрелке), в прокатном станеосуществляется бинарный (комбинированный) термодинамический цикл, состоящий из четырехтактного цикла сизохорным подводом теплоты и паросилового цикла с изобарным подводомтеплоты и паросилового цикла с изобарным подводом теплоты от предыдущего цикла.Четырехтактный цикл осуществляетсяво вйутренней полости 4, а паросиловой - в герметичной камере 14.Идеальный четырехтактный цикл(фиг.4) состоит из следующих процессов.Первый процесс а - Ъ сжатия рабочей смеси является адиабатным ипротекает в камере переменного объемапри ее левом положении, Температураповышается от Тс, до Т, Степеньсжатия 6-10.Второй процесс Ъ - с сгорания рабочей смеси является изохорным и протекает в камере переменного объемапри ее верхнем положении. Температураповышается от Т до Т. Подвод теплав этом процессе происходит в результате зажигания сжатой рабочей смесиэлектрической искрой запального приспособления 13, управляемого кулачковым прерывателем 27. Высокая температура и давление повьппают текучестьпрокатываемого металла,Третий процесс с - д расширенияпродуктов сгорания является адиабатным и протекает в камере переменногообъема при ее правом положении. Температура снижается от Т до Т,1Происходит трансформация тепла в механическую работу, обеспечивающую самовращение рабочих валков 8 и деформирование прокатываемого металла,Четвертый процесс д - а отводапродуктов сгорания является изохор-ным и протекает в камере переменногообъема нри ее нижнем положении. Температура снижается от Т,1 до Т. Параметры приобретают исходное значениеи цикл замыкается.Реальный четырехтактный цикл отличается от описанного идеального тем, что работа протекает с потерями тепла через стенки внутренней полости 4, одной из которых является наружная3 12585 поверхность ротора-поршня 7, поэтому процессы сжатия а - Ь и расширения с - Й происходят не адиабатно, а политропно при переменных значениях показателей политроп.5Отводимая в четырехтактном цикле теплота частично используется в паросиловом цикле.ИдЕальный паросиловой цикл (фиг.4)состоит из следующих процессов. 10Первый процесс е - Г, изображенныйломаной линией, является изобарнымпроцессом подвода теплоты от предыдущего цикла и протекает в парогенераторе 15. Температура повышается от 15Тс до Т . Начальный участок линиие - г. соответствует доведению теплоносителя герметичной камеры 14 до кипения, горизонтальной - изотермическому парообразованию, а конечный - 20перегреву,Результатом процесса является генерация перегретого пара.Второй процесс Й - я является адиабатным расширением перегретого пара 25в турбине 16, Температура снижаетсяот Т до Т, Происходит трансформациятепла в механическую работу - на лопатках турбины 16 возникает вращающиймомент, суммирующийся с вращающимся З 0моментом ротора-поршня 7,Третий процесс я - Ь является изотермическим процессом конденсации отработанного пара турбины 16 в конденсаторе 17, протекающим при постояннойзтемпературе Т = Т, Теплота конденсации отводится через эксцентриковыйвал 6.Четвертый процесс Ь - е являетсяадиабатным сжатием конденсата конден-А 0сатным насосом 18, Температура повышается от Т 1 до Те, Ввиду малой сжимаемости жидкости ТТ 1,Реальный паросиловой цикл такжеотличается от идеального так как про:цессы расширения й - я и сжатия Ь - епротекают с потерями тепла.Теплоотвод в герметичную камеру 14не снижает максимальную температуручетырехтактного цикла ввиду практиче ски мгновенного протекания процессаЬ - с сгорания рабочей смеси,Прокатываемый металл движется с правой моталки 21 на левую моталку 20, при этом рабочие валки 8 обеспе чивают обжатие в рабочем калибре и подачу прокатываемого металла, вращаясь против часовой стрелки (фиг 1). 24Подаваемая полоса не испытывает трения о рабочую поверхность С-образнойплиты 5. В процессе прокатки вдольпрокатываемого металла распространяется бегущая волна деформации, частота которой определяетгя скоростьювращения ротора-поршн 7, а амплиту-,да - разностью радиуса описанной вокруг ротора-поршня 7 окружности ирадиуса вписанной в ротор-поршень 7окружности,За один оборот ротора-поршня 7прокатываемый металл проходит расстояние, равное разности длин С-образнойплиты 5 и периметра ротора-поршня 7.Так как эта разность относительно мала, прокатываемый металл находитсяво внутренней полости ч в течение нескольких рабочих циклов и каждый егоучасток многократно подвергается пе-,ред очагом деформации воздействию высоких температур и давлений, что повышает его текучесть и существенноувеличивает производительность прокатки труднодеформируемых заготовок,Частичная утилизация отброснойтеплоты четырехтактного цикла а -- Ь - с - Й, протекающего во внутренней полости 4, в паросиловом циклее - Г - я - Ь, протекающем в герметичной камере 14, позволяет повыситьудельную мощность и экономичностьпрокатного стана на 20-ЗОЕ. Одновременно стабилизируется температураротора-поршня 7 в заданных температурных прецелах, что предотвращаетзаклинивание ротора-поршня 7 во внутренней полости и возникновение аварийной ситуации.В первом приближении повышениеудельной мощности и экономичностипрокатного стана за счет утилизацииотбросной теплоты может быть оцененопо формуле. =Й)/где Е - коэффициент, характеризующийповышение удельной мощностии экономичности,, - эффективность известногостана,- эффективность утилизации отбросной теплоты,Г = 1 -) "где- эффективность паросиловогоцикла;- коэффициент характеризуюший долю утилизируемой теплоты, Например, при р, = р = Е= 0,4получаем Е= 1, 2, т.е. удельная 1258524 8 мощность и экономичность повышаются на 203.1258524 Гб Составитель Г,РостТехред Л,Олейник едактор О,Головач оэректор В,Синицкая Заказ 629 одписн аушская наб д Проектная,зводственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород ВНИИПИ Государ по делам из113035, Москва,Тиражвенноретен