Прокатный стан

(50 4 В 21 В 13 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРГЮ ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ РЕТЕН ЕТЕЛЬСТВУ ИИ СТАН В 33(56) АвторскоеУ 1135503, клАвторское сВ 1274785, кл. 888)тельство СССР В 1/42, 1983. льство СССР В 13/00, 1985 Изобретение относится к прокат ному производству, а именно к водно вым прокатным станам с.внешним подводом теплоты, обеспечиваощим самодвижение прокатываемого металла при однрвременном воздействии на него вы" соких температур и давлений рабочего1421433 тела. Цель изобретения - увеличениеПроизводительности прокатки путемповышения удельной мощности за счетснижения температуры отвода теплоты.Отходящие газы камеры 11 сгораниявращают турбину 42 турбогенератора13. От электрогенератора 43 подаетсяток в термоэлектрическую батарею 14.При этом температура горячих спаев 18батареи 14 выше температуры окружающей среды, а температура холодныхспаев 15 ниже температуры окружающейсреды и может достигать 150-200 К.Интенсивный отвод тепла от горячихспаев 18 обестгечивается тепловой трубой 16. В прокатном стане осуществляется регенеративный термодинамический цикл с внешним подводом теплоты,близкий к циклу Рейниса В камере 39происходит адиабатный процесс сжатия рабочего тела при изохорно"изобарном процессе теплоотдачи от регенератора 8. В камере 38 происходитадцабативный процесс расширения рабочего тела при изохорно-изобарном процессе теплоотдачи к регенератору 8.Такое выполнение стана без дополнительных затрат энергии понижает температуру отвода теплоты и тем самымповышает КПД стана, 1 ил. Изобретение относится к прокатномупроизводству, а именно к волновымпрокатным станам с внешним подводомтеплоты, обеспечивающим самодвижение прокатываемого металла при одновременном воздействии на него высокихтемператур и давлений рабочего тела.Целью изобретения является увеличение производительности прокаткипутем повышения удельной мощности засчет снижения температуры отвода тепло тьг.Иа чертеже изображен прокатныйстан, родольпый разрез,Прокатный стан содержит неподвижную станину 1 с внутренней полостью 2 и ломаной плитой 3, охватывающей треугольный ротор-поршень 4, не".сущий рабочие валки 5 и установленный на эксцентриковом валу 6, механизм синхронизации движения роторапоршня 4 и последовательно включенные тепловой источник 7, регецератор 8 и тепловой сток 9, сообщающиеся с внутренней полостью 2, заполненной рабочим телом, причем тепловой сток 9 снабжен радиатором 10,а тепловой источник,7 помещен в камеру 11 сгорания с выхлопной трубой 12. Для увеличения производительности прокатки путем повышеция удельной мощности за счет снижения температуры отвода теплоты прокатный стан снабжен турбогенератором 13, установленным в камере 11 сгорания, элек-трически связанным с термоэлектрической батареей 14, холодные спаи 15 5 которой размещены на тепловом стоке9, тепловой трубой 16, зона 17 испа,рения которой соединена с горячимиспаями 18, а зона 19 конденсации -с радиатором 10, и вытяжной трубой20, при этом радиатор 10 установленв нижней части вытяжкой трубы 20перпендикулярно ее оси, выхлопнаятруба 12 введена в вытяжную трубу 20над радиатором 10 в виде активногосопла 21 эжектора, а вытяжная труба20 выполнена с сужением, образующимпассивное сопло 22 эжектора.Профиль ломаной плиты 3, охватывающей треугольный ротор-поршень 4, 20 выполнен в виде квадрата. Ротор-поршень 4 образован большими и малымидугами, описываемыми из вершин равностороннего треугольника и расположенными с противоположных сторон отно- .сительно вершин, причем радиус малойдуги произволен, а радиус большойдуги равен сумме радиуса дуги и длины стороны треугольника, При этомсторона квадрата пропорциональна 30 эксцентриситету е эксцентриковоговала 6, например, равна 16 е.1Рабочие валки 5 установлены в сепараторе (не показан) и могут бытьохвачены гибкой бесконечной лентой23. Механизм синхронизации движения ротора-поршня 4 выполнен в виде сцепленных между собой большой шестерни 24 с внутренними зубьями, установленной на роторе-поршне 4", и малой шестерни 25 с наружными зубьями, установленной на эксцентриковом валу 6.Ломаная плита 3 может быть выполнена съемной и установлена в станине 1 неподвижно, В ломаной плите 3 может быть предусмотрен ручей (не показан), образующий вместе с наружной поверхностью гибкой бесконечной .ленты 23 клинообразный рабочий калибрТепловой источник 7 выполнен в виде нагревательных трубок И-образной формы,помещенных как указано выше, в камеру 11 сгорания, Камера 11 сгорания содержит форсунку 26, воздушный канал 27 с подогревателем 28 и вентилятором 2.9. Форсунка 26 посредством магистрали 30 подключена к регулятору 31 состава топливовоздушной смеси, присоединенному посредством воэдуховода 32 через воздушный фильтр 33 к вентилятору 29 и топливного трубопровода 34 к топливному баку 35 , через подкачивающий насос 36 и топливный фильтр 37.Регенератор 8 выполнен в виде сетчатой насадки с максимальным отношением ее теплоемкости к теплоемкости рабочего тела что достигается исйольэованием многослойных сеток.Тепловой сток 9 выполнен в виде охладительных трубок П-образной формы. Тепловой источник 7, регенератор 8 и тепловой сток 9 присоединены к внутренней полости 2 станины 1 параллельно.Наружная поверхность гибкой бес-. конечной ленты 23 и внутренняя поверхность ломаной плиты 3 образуют камеры 38 и 39 переменного в процессе работы объема. Камера 38, постоянно соединенная с тепловым источником 7 посредством трубопровода 40, является камерой расширения, а камера 39, постоянно соединенная с тепловым стоком 9 посредством трубопровода 41, является камерой сжатия.В качестве рабочего тела могут быть использованы воздух, гелий, водород, перечисленные в порядке возрастания термодинамической эффективности при увеличении числа и оборотов ротора-поршня 4, При невозможности избежать больших утечек рабоче 5 10 15 20 25 30 Э 5 40 45 50 55 го тела предпочтительным являетсявоздух, легко восполнимый в процессеработы прокатного стана.В качестве термоэлектрической батареи 14 могут быть использованы существующие термоэлектрические модули,обеспечивающие максимальный удельныйтепловой поток на спаях до 2,5 Вт/см2. - .1и имеющие добротность 110К, рабогоспособные при вибрациях в диапазоне частот 5-1000 Гц при ускоренияхдо 108, ударах с ускорением до 150 р,усилиях прижима до 10-15 кгс/см иакустических шумах в диапазоне частот20-10000 Гц с интенсивностью звуковыхколебаний свыше 130 дБ,Тепловая труба 16 имеет на внутренней поверхности капиллярно-пористый слой, например, иэ,пенообразногоникеля, пропитанный легкоиспаряющимся жидким теплоносителем, например, этиловым спиртом.Турбогенератор 13 состоит из кинематически связанных между собой турбины 42 и электрогенератора 43, Электрическая связь с термоэлектрической батареей 14 осуществляется посредством кабеля 44,Для обеспечения малоинерционногорегулирования скорости прокатки прокатный стан снабжен газовым компрессором 45 и баллоном 46 высокого давления, заполненным рабочим телом,подключенными через блоки 47 и 48управления к внутренней полости 2.Прокатный стан снабжен также моталками 49 и 50 и отклоняющими роли"ками 51, служащими для перемотки прокатываемого металла и создания требуемых переднего и заднего натяжений.В прокатном стане предусмотрены(не показаны) необходимые проводкии уплотнения на входе и выходе металла, пусковое приспособление, системысмазки, охлаждения, регулировки натяжений.Для получения существенно низкихтемператур отвода теплоты порядка200-150 К термоэлектрическая батарея14 может быть выполнена многокаскадной. В этом случае горячие спаи последующего каскада охлаждаются холод-ными спаями предыдущего.При использовании в качестве электрогенератора 43 электрической, машины переменного тока в прокатном стане предусмотрены выпрямители, например тиратронные, обеспечивающие пита5 10 15 20 25 30 35 40 45 й нйе термоэлектрнческой батареи 14 постоянным током.Прокатный стан работает следующимобразом,После задачи заготовки одним изиэвестных способов установки требуейых параметров прокатки и включениявсех систем прокатываемьп металл образует внутри станины 1 треугольнуюпетлю, охватывающую ротор-поршень 4по наружной поверхности гибкой бесконечной ленты 23. Посредством пускового приспособления эксцентриМовый4вал 6 приводится во вращение, включаются также подкачивающий насос 36,вентилятор 29 и газовый компрессор 45.В регулятор 31 состава топливовОздушиой смеси из топливного бака35 по топливному трубопроводу 34 подкачивающим насосом 36 подается жидкое,топливо, а иэ атмосферы по воздуховоду 32 через воздушный фильтр 33вентилятором 29 подается воздух,Приготовленная в регуляторе 31 топливовоздушная смесь через магистраль 30и форсунку 26 подается в распыленномвиде в камеру 11 сгорания. Сюда жепо воздушному каналу 27 от вентилятора 29 подается предварительно подогрЕтый отходящими газами в подогревателе 28 атмосферный воздух.В камере 11 сгорания происходитийтенсивное горение топливовоздушнойсмеси и к рабочему телу в камере 38расширения через нагревательные трубкй теплового источника 7 подводитсятеплота сгорания топливовоздушнойсмеси при максимальной температуреТ , осуществляемого в стане термодйиамического цикла.Одновременно от рабочего тела вкамере 39 сжатия через тепловой сток9 непрерывно отводится отброснаятеплота при минимальной температуреТ , осуществляемого цикла.Отходящие газы камеры 11 сгорания,представляющие собой смесь продуктовсгорания топлива и нагретого воздуха,имеют достаточно высокую кинетическуюи внутреннюю энергию, которая преоб"разуется турбиной 42 турбогенератора13 в механическую работу - электрогенератор 43 приводится во вращение нпо кабелю 44 в термоэлектрическуюбатарею 14 подается электрическийток, Полярность подключения термоэлектрической батареи 14 такова, чтопо холодным спаям 15 электрический ток течет от полупроводникового элемента с и-проводимостью к полупроводниковому элементу с р-проводимостью, а по горячим спаям 18 электрический ток течет от полупроводникового элемента с р-проводимостью к полупроводниковому элементу с п-проводимостью. Вследствие эффекта Пельтье дополнительно поглощается теплота в горячих спаях 18,и дополнительно выделяется теплота в холодных спаях 15. Температура горячих спаев 18 вьппе температуры окружающей среды, а температура холодных спаев 15 ниже температуры окружающей среды и может достигать, как указано вьппе, 200-150 К, что значительно повышает эдхЬективность осуществляемого в прокатном стане термодинамического цикла.Интенсивный отвод теплоты от горячих спаев 18, определяющий эффек" тивность работы термоэлектрическойбатареи 14, обеспечивается тепловойтрубой 16, радиатором 10 и эжектором,состоящим из активного 21 и пассивного 22 сопел,Теплота горячих спаев 18 с высокой эффективностью передается радиатору 1 О тепловой трубой 16 за счет непрерывных фазовых переходов теплоносителя. В зоне 17 испарения жидкая фаза теплоносителя переходит в паровую фазу, а в зоне 19 конденсации паровая - в жидкую. Как обычно, паровая фаза теплоносителя транспортируется по адиабатному участку тепловой трубы 16 от зоны 17 испарения к зоне 19 конденсации, а жидкая фаза теплоносителя транспортируется по капилляр- но-пористому слою от эоны 19 конденсации к зоне 17 испарения за счет капиллярных сил. Прн этом к радиатору 10 от горячих спаев 18 передается большое .количество теплоты, равное теплоте парообразования теплоносителя, разность температур зоны 17 испарения и эоны 19 конденсации не превышает нескольких градусов и температура радиатора 10 практически равна температуре горячих спаев 18, а тепловой поток достигает 10-20 кВт/см,Прошедшие турбины 42 отходящие газы камеры 11 сгорания через выхлопную трубу 12 и активное сопло 2 1 попадают в верхнюю часть вытяжнойтрубы 20, где за счет турбулентногосмещения с воздухом, поступающим через пассивное сопло 2, происходит142143 Ртела во внутренней полости 2 станины 1. При этом рабочее тело перекачивается из баллона 46 высокого дав5ления и обратно посредством газовогокомпрессора 45.Коэффициент полезного действияпредлагаемого прокатного стана можетбить определен из соотношения0 Е = 2 тКс 7 ь 2 мАэ где- термодинамический коэффициент полезного действия,Кс - коэффициент Стирлинга,- коэффициент полезного действия теплового источника,- механический коэффициентполезного действия,20 А - коэФфициент ослабления,Термодинамический коэффициентполезного действия регенеративногоцикла совпадает с выражением дпякоэффициента полезного действия цик 25 ла Карно: 15 1 - Т; /Т(2) Коэффициент Стирлинга выражает до- ЗО лю коэффициента полезного действияидеального цикла, которую можно получить при современном уровне техноло"гии.Коэффициент ослабления учитывает 35снижение коэффициента полезного действия из-за наличия в стане вспомогательных устройств.Диапазон значений параметров,входящих в соотношение (1)следую- щийф 40с - (Ов 55-Ов 88)с: Вь = (О 85-.0 95)м" (Оэ 75 Оэ 90)эАд (0,85-0,90) .45При сопоставимых значениях указанных параметров выигрыш цри использовании предлагаемого. прокатногостана повышение давления смеси в верхней части вытяжной трубы 20 и увеличение скорости потока воздуха в ее нижней части, обдувающего радиатора 10, Высокая температура радиатора 1 О и большая скорость обдува обеспечивают эффективный отвод теплоты в окружающую среду, при этом критерий Био достигает 10-40. 1Рабочее тело в камере 38 расширения находится при высокой температуре Т, , например, 1000 К, а в камере 39 сжатия - при низкой темпера туре Т которая за счет охлаждения термоэлектрической батареей 14(без дополнительных затрат энергии) значительно ниже температуры окружающей среды и равна, например, 200 К, Температурный градиент между торцовыми поверхностями регенератора 8 при этом равен Т -Т ; . В процессе работы объемы рабочего тела в камерах 38 и 39 переменного объема изменяются по косинусоидальному закону, что обусловлено геометрией ротора-поршня 4 и ломаной плиты Р. При этом процессы в камере Р 9 сжатия отстают по Фазе от процессов в камере 38 расширенияна 90В прокатном стане осуществляется регенеративный термодинамический цикл с внешним подводом теплоты, близкий к циклу Рейлиса, состоящий из адиабатного процесса сжатия в.камере 39 сжатия, изохорно-изобарнога процесса теплоотдачи от регенератора 8, адиабатного процесса расширения в камере 38 расширения изохорно-изобарного процесса теплоотдачи к регенератору 8.Механическая работа процесса расширения обеспечивает самодвижение прокатываемого металла и его обжатие в рабочих калибрах. Одновременно про" катываемый металл разупрочняется действием рабочего тела, имеющего высокую температуру и давление. Прокатываемый металл перематывается с правой моталки 49 (на чертеже) на левую моталку 50, не испытывая трения о ломаную плиту Р вне рабочих калибров. Скорость прокатки при этом определяется числом п оборотов ротора-поршня 4, играющего роль генератора бегущих волн деформации.Воздействием блоков 47 и 48 управления обеспечивается малоинерционная регулировка скорости прокатки путем изменения среднего давления рабочего а, - И-т;, /Т .); (Т-Т;, /Т,),( ) Ргде Т - температура холодных спа 3313 уев 15 термоэлектрическойбатареи 14Т- температура окружающейв 61среды, при которой осуществляется отвод теплотыв известном прокатномстане,1421433 1 О Формула изобретения Составитель Г.РостовРедактор А.Ворович Техред М.Ходанич Корректор М.Демчик Заказ 4365/9 Тираж 467 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж-З 5, Раушская наб д, 4/5 Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 При Т,; 300 К, Тщ1000 К и Т 200 К получим К 1,14. Еще более весом выигрыш при низких значениях Ти Т ;, Например, при ф150 К получим К 1,50.Таким образом, преплагаемый,прокатный стан обеспечивает существенное повышение производительности про катки путем повышения удельной мощности за счет снижения температуры Отвода теплоты, так как при этом его коэффициент полезного действия увеличивается в среднем на 14-503. 15 Прокатный стан, содержащий неподвижную станину с внутренней полостью 2 О И ломаной плитой, охватывающей треугольный ротор-поршень,несущий рабоЧие валки и установленный на эксцентриковом валу, механизм синхронизации движения ротора-поршня и после довательно включенные тепловой источник, регенератор и тепловой сток,сообщающиеся с внутренней полостью,заполненной рабочим телом, причемтепловой сток снабжен радиатором, атепловой источник помещен в камерусгорания с выхлопной трубой, о т -л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью увеличения производительностипрокатки путем повышения удельноймощности за счет снижения температуры отвода теплоты, он снабжен установленным в камере сгорания турбогенератором электрически связаннойс ним термоэлектрической батареей,холодные спаи которой размещены натепловом стоке, тепловой трубой, зона испарения которой соединена сгорячими спаями термоэлектрическойбатареи, а зона конденсации - с радиатором, и вытяжной трубой, при этомрадиатор установлен в нижней частивытяжной трубы перпендикулярно ееоси, выхлопная труба введена в вытяжную трубу над радиатором в видеактивного сопла эжектора, а вытяжнаятруба выполнена с сужением, образующим пассивное сопло эжектора.