Прокатный стан

(57) Изобретение относится к прокатному производству, а именно к конструкциям волновых прокатных станов сгенерацией высоких температур и дав.лений в рабочей зоне, и может бытьиспользовано на металлургических имашиностроительных заводах преимущественно для листовой прокатки труднодеформируемых заготовок. Цель изобретения - повышение экономическойэффективности процесса прокатки засчет увеличения термического КПДосуществляемого термодинамическогоцикла. Теплота подводится к газовоздушной смеси в камере 21 сгорания и Тср нию фиг 2 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТПРИ ГКНТ СССР(56) Авторское свидетВ 1117096, кл. В 21 ВАвторское свидетелВ 1174106, кл. В 21 ВАвторское свидетелМф 1389087, кл. В 21 В дополнителвных камерах 41 - 43 сгорания. Газовоэдушная смесь, имеющая высокую температуру и давление, в камерах 9 - 12 переменного объема разупрочняет и экструдирует прокатываемый металл через рабочие калибры и, расширяясь, вращает кулачковый генератор 7 бегущих волн деформации,осуществляя волновую прокатку. Атмосферный воздух сжимается в воздушном компрессоре 38 и дополнительных компрессорах 44 и 45 и охлаждается в теплообменниках 55 и 56, чем достигается многоступенчатый отвод теплоты.Водяной пар генерируется из воды,перегреваемой в водяном тракте 31 газовозЯ душной смесью, и перегревается в пароперегревателе 5. Расширяясь в паровой турбине 35, водяной пар обеспечивает вращение компрессоров 38,44 С и 45, чем достигается утилизация теплоты отработавшей гаэовоздушной смеси. Многоступенчатый подвод и отвод теплоты увеличивает термический КПД осуществленного в стане термодинамического цикла за счет повышения максимальной и понижения минимальной температур. 2 ил.15 20 25 30 35 50 55 3 1 503910 Изобретение относится к прокатному производству а именно к конструциям волновых прокатных станов с генерацией высоких температур и давлений в рабочей зоне, и может быть использовано на металлургических и машиностроительных заводах преимущественно для листовой прокатки труднодеформируемых заготовок.10 Целью изобретения является повыше ние экономической эффективности процесса прокатки за счет увеличения термического КПД осуществляемого термодинамического цикла. На фиг,1 изображен предлагаемый прокатный стан, общий вид; на фиг,2 осуществляемый в стане термодинамический цикл, в координатах энтропия -температура.Прокатный стан содержит неподвижную станину 1 с размещенными в ней С-образным профилированным вкладышем 2 и нажимными элементами 3 - 6, охватывающими кулачковый генератор 7 бегущих, волн деформации, несущий рабочие валки 8, и образующими вместе с боковыми крышками (не показаны) камеры 9 - 12 переменного объема с ходными 13 - 16 и выходными 7 - 20 патрубками.Прокатный стан содержит также камеру 21 сгорания с входным воздухозаборником 22 и выходным соплом 23,камеру 24 расширения с водяной 25 и паровой 26 полостями и водяным 27 и паровым 28 патрубками, водоподогреватель 29 с газовым каналом 30 и водяным трактом 31 с входным 32 и выходным 33 отрубками, установленные 40на одном валу 34 с возможностью вращения паровую турбину 35 с входным патрубком 36 и выходным диффузором 37 и воздушный компрессор 38 с входным .диффузором 39 и выходным патруб ком 40. Выходное сопло 23 камеры 21 сгорания и газовый канал 30 водоподогревателя 29 подключены соответственно к входному 13 и выходному 20 патрубкам камер 9 и 12 переменного объема, а выходной патрубок 40 воздушного компрессора 38 соединен с входным воздухозаборником 22 камеры 21 сгорания. Для повышения экономической эффективности процесса прокатки за счетувеличения термического КПД осуществляемого термодинамического цикла предлагаемый прокатный стан снабжендополнительными камерами 41 - 43 сгорания и воздушными компрессорами44 и 45, при этом входные воздухозаборники 46 - 48 дополнительных камер41 - 43 сгорания подключены к выходным патрубкам 17 - 19 камер 9 - 11переменного объема, выходные сопла 49 - 51 дополнительных камер 41. - 43сгорания подключены к входным патрубкам 14 - 16 камер 9 - 11 переменного объема, выходные патрубки 52 и 53дополнительных воздушных компрессоров 44 и 45 подключены последовательно к входному диффузору 54 дополнительного воздушного компрессора 45и входному диффузору 39 основноговоздушного компрессора 38 через охлаждаемые теплообменники 55 и 56,входной патрубок 36 паровой турбины35 подключен к паровому патрубку 28камеры 24 расширения через пароперегреватель 57, размещенный в газовомканале 30 водоподогревателя 29, выходной диффузор 37 паровой турбины 35 подключен к водяной полости 25 камеры 24 расширения через конденсатор58 и конденсатный насос 59, выходнойпатрубок 33 водяного тракта 31 подключен к водяному патрубку 27 камеры 24 расширения, а выходной патрубок 32 водяного тракта 31 через циркуляционный насос 60 подключен к водяной полости 25,камеры 24 расширения,Рабочий калибр образован наружны,ми поверхностями рабочих валков 8 и внутренней рабочей поверхностью С- . образного профилированного вкладыша 2, Профиль С-образного профилированного вкладыша 2 соответствует требуемому закону деформации прокатываемого металла, например при листовойпрокатке профиль может быть выполнен по архимедовой спирали.В С-образ-,ном профилированном вкладыше 2 могутбыть выполнены требуемые ручьи. Нажимные элементы 3 - 6 выполнены в видевытеснительных пластин, входящих свозможностью возвратно-поступательного перемещения в радиальные камеры 61, выполненные в станине 1 .и сое" диненные с источником давления (непоказан) через каналы 62, В прокатном стане предусмотрены моталки 63и 64 и отклоняющие ролики 65,обеспечивающие перемотку прокатываемого металла с требуемым натяжением.ЭО Входной диффузор 66 дополнительного воздушного компрессора снабженвоздушным фильтром (не показан), авыход газового канала 30 водоподогревателя 29 - фильтром-нейтрализатором(не показан) соответственно для очистки поступающего атмосферного воздуха от примесей и снижения токсичности отходящих газов, Предусмотрены индивидуальные приводы (не показаны)конденсатного 59 и циркуляционного60 насосов.В прокатном стане предусмотренытакже: пусковая система, обеспечивающая предварительную раскрутку паровой турбины 35, топливная система,обеспечивающая регулируемую подачутоплива в форсунки камер 21, 41 - 43сгорания, воздушная система, регулирующая подачу воздуха воздушнымикомпрессорами 38,44,45 и производительность охлаждаемых теплообменников 55 и 56, система воспламенения,обеспечивающая функционирование запальных приспособлений камер 21, 4143 сгорания, система смазки, системаохлаждения теплонапряженных элементов стана, система автоматическогорегулирования с компьютером, обеспечивающая оптимизацию основных параметров прокатки (не показаны),Прокатный стан функционирует следующим образом,После задачи заготовки одним иэизвестных способов устанавливаютсятребуемые параметры прокатки,включаются все вспомогательные системы стана, в том числе пусковая система,производящая предварительную раскрутку паровой турбины 35 и кинематически связанных с ней валом 34 воздушного компрессора 38 и дополнительныхвоздушных компрессоров 44 и 45 дотребуемого числа оборотов. Включаются также индивидуальные приводы конденсатного 59 и циркуляционного. 60насосов,Прокатываемый металл образуетвнутри станины 1 деформационную петлю пятиугольной формы, охватывающуюкулачковый генератор 7 бегущих волндеформации,. При этом прокатываемыйметалл оказывается пропущенным черезрабочие калибры, образованные наружной поверхностью рабочих валков 8 ивнутренней рабочей поверхностью Собразного профилированного вкладыша 2. Рабочими телами прокатного 5 0 15 20 25 35 40 45 стана являются топливо, атмосдн рньй воздух, газоводушная смесь, водяной пар и вода. Топливо подается топливной системой в форсунки камеры 21 сгорания и дополнительных камер 41 - 43 сгорания под высоким давлением, распыляется до мелкодисперсного состояния и смешивается в камере 21 сгорания со сжатым воздухом, поступающим из выходного патрубка 40 воздушного компрессора 38 во входной воздухозаборник 22, а в дополнительных камерах 41 - АЗ сгорания - с продуктами сгорания и горячим воздухом, поступающим иэ выходных патрубков 17 - 19 камер 9 - 11 переменного объема во входные воздухозаборники 46 - 48.Атмосферный воздух поступает через воздушный фильтр во входной диффузор 66 дополнительного. воздушного компрессора 44, где сжимается, и через выходной патрубок 52 подается в охлаждаемый теплообменник 55, где охлаждается, Из охлаждаемого теплообменника 55 охлажденный воздух поступает во входной диффузор 54 дополнительного воздушного компрессора 45, где сжимается, и через выходной патрубок 53 подается в охлаждаемый теплообменник 56, гце охлаждается, Из охлаждаемого теплообменника 56 охлаждаемый воздух поступает во входной диффузор 39 воздушного компрессора 38, где сжимается, и через выходной патрубок 40 подается во входной воздухозаборник 22 камеры 21 сгорания, где смешивается с распыленным до мелкодисперсного состояния топливом;Газовоздушная смесь образуется в камере 21 сгорания в результате сгорания топлива в сжатом воздушном компрессором ЗЯ воздухе представляет собой смесь газообразных продуктов сгорания и горячего воздуха (воздух подается в камеру 21 сгорания визбытке), имеющую высокие температуру и давление. Через выходное сопло23 и входной патрубок 13 газовоздушная смесь поступает в камеру 9 переменного объема, где расширяется,Изкамеры 9 переменного объема газовоздушная смесь через выходной патрубок 17 и входной воздухозаборник 46 поступает в дополнительную камеру 41 сгорания, где к ней подводится дополнительная теплота сгорания топли1503910 О 20 25 40 50 Водяной пар генерируется в резуль ва, Через выходное сопла 49 и входной патрубок 14 газовоздушная смесьпоступает,в камеру 10 переменногообъема, где расширяется. Из камеры10 переменного объема газовоэдушнаясмесь через выходной патрубок 18 ивходной воздухозаборник 47 поступает в дополнительную камеру 42 сгорания, где к ней подводится дополнительная теплота сгорания топлива, Через выходное сопла 50 и входной патрубок 15 гаэовоздушная смесь поступает в камеру 11 переменного объема,где расширяется. Из камеры 11 переменного объема газовоздушная смесь через выходной патрубок 19 и входной воздухозаборник 48 поступает в дополнительную камеру 43 сгорания,где к ней подводится дополнительная теплота сгорания топлива. Через выходное сопла 51 и входной патрубок 16газовоздушная смесь поступает в камеру 12 переменного объема, где расширяется. Из камеры 12 переменного объема газовоздушная смесь через выходной патрубок 20 поступает в газо-. вый канал 30 водоподогревателя 29, где перегревает воду в водяном трак 31 и перегревает пар в пароперегревателе 47. С выхода газового канала 30 водоподогревателя 29 газовоэдушная смесь, отдавшая теплоту водеи пару, через Ьильтр-нейтрализаторвыбрасывается в атмосферу,В камерах 9 - 12 переменного объема газовоздушная смесь, имеющая высокие температуру и давление, разупрочняет и экструдирует прокатываемый металл через рабочие калибры и,расширяясь, производит механическуюработу, вращая кулачковый генератор7 бегущих волн деформации, В резуль"тате осуществляется волновая прокатка металла в рабочих калибрах, Приэтом кулачковый генератор 7 бегущихволн деформации вращается против часавой стрелки объемы камер 9 - 12переменного объема увеличиваются,обеспечивая расширение газовоздушной смеси), рабочие валки 8 вращаются по часовой стрелке и прокатываемый металл перематывается с левоймоталки 63 на правую моталку 64. тате перегрева воды в водяном тракте 31 водоподогревателя 29 газовоздушной смесью, проходящей через газовый канал 30. Перегретая вода из водяного тракта 31 через водянойпатрубок 27 поступает в паровую полость 26 камеры 24 расширения и,расширяясь, превращается в насьпценныйводяной пар. Иэ паровой полости 26через паровой патрубок 28 насьпценный водяной пар поступает в пароперегреватель 57, где перегревается и превращается в сухой перегретыйпар. Через входной патрубок 36 перегретый водяной пар поступает в паровую турбину 35, где, расширяясь,производит механическую работу,обеспечивая вращение через вал 34 воздушного компрессора 38 и дополнительныхвоздушных компрессоров 44 и 45.Отработавший в паровой турбине 35 водяной пар через выходной диФйузор 37 поступает в конденсатор 58, где конденсируется и превращается в воду.Вода генерируется, в конденсаторе58 и подается конденсатным насосом59, в водяную полость 25 камеры 24 расширения, Из водянойполости 25 камеры 24 расширения циркуляционным насосом 60через входной патрубок 32 водапоступает в водяной тракт 31, где перегреваетсяТаким образом, эа счет высвобождения химической энергии топлива, в прокатном стане осуществляется комбинированный термодинамический цикл (Лиг.2), состоящий иэгазового цикла 1 гг-Згг-.5 г-бгггг 10 ггггггг и парового цикла 1 пп-Зппп-бпп,Газовый цикл 1 гг-Згг"5 г-бг-7 гггггггггг состоит из следующих термодинамических процессов,Процесс 1 гг является процессом сжатия воздуха воздушным компрессором 38. Процесс.2 г-Зг является про" цессом подвода теплоты в камеру 21 сгорания, Процесс Згг является процессом расширения в камере 9 переменного объема. Процесс 4 гг является процессом подвода теплоты в дополнительную камеру 41 сгорания. Процесс 5 г-бг является процессом расширения в камере 10 переменного объема. Процесс бгг является процессом подвода теплоты в дополнительную камеру 42 сгорания, Процесс 7 гг.является процессом расширения в камере 11 переменного объема. Процесс 8 гг является процессом подвода теплоты в дополнительную камеру 43 сгорания.Процесс 9 гОг является процессом расширения в камере 12 переменного объема, Процесс 10 гг является про 5цессом отвода теплоты в газовом канале 30 водоподогревателя 29. Процесс11 гг является процессом отводатеплоты в атмосйеру. Процесс 12 ггявляется процессом сжатия в дополни Отельном воздушном компрессоре 44.Процесс 13 гг является процессом отвода теплоты в охлаждаемый теплообменник 55. Процесс 14 гг является процессом сжатия в дополнительном воздушном компрессоре 45. Процесс 15 ггявляется процессом отвода теплоты вохлаждаемый теплообменник 56. Циклзамыкается.Средняя максимальная температурацикла при многоступенчатом подводетеплоты в камере 21 сгорания и в дополнительных камерах 41 - 43 сгорания, по сравнению с одноступенчатымподводЬм теплоты, существенно повышается, а средняя минимальная температура цикла при многоступенчатомсжатии в дополнительных воздушныхкомпрессорах 44 и 45 и в воздушномкомпрессоре 38, по сравнению с одноступенчатым сжатием, существенно понижается (фиг.2),Паровой цикл 1 пп-Зппп-бппсостоит из следующих термодинамических процессов,35.Процесс 1 пп является процессомсжатия воды в конденсатном 59 и циркуляционном 60 насосах. Процесс2 п-Зп является процессом нагрева воды в водяном тракте 31 водоподогревателя 29, Процесс Зпп являетсяпроцессом генерации насьпценного водяного пара в паровой полости 26 камеры 24 расширения, Процесс 4 пп является процессом перегрева пара в пароперегревателе 57. Процесс 5 п-бп является процессом расширения пара в паровой турбине 35, Процесс бпи является процессом отвода теплоты и конденсации в конденсаторе 58. Цикл замыкается. Осуществление парового цикла 1 п 2 п-,Зппп-бпп позволяет утилизировать теплоту отработавших газов га зового цикла 1 гг-Зггг-бггЯггггггггг и использовать получаемую механическую работу для привода воздушного компрессора 38 и дополнительных воздушных компрессоров 44 и 45.Повьппение экономической эднЬективности процесса прокатки за счет увеличения термического КПД осуществ" вляемого в стане термодинамического цикла может быть оценено следующим образом.Многоступенчатый подвод теплоты и отвод теплоты с промежуточным охлаждением карнотизирует осуществляемый термодинамический цикл и в первом приближении позволяет считать его циклом с изотермическим подводом и отводом теплоты. Тогда термический КПД осуществляемого цикла может быть оценен в соответствии со следующим выражениемТср. макс Тср.мин в где Т , - средняя максимальнаятемпература цикла;Тс мин - средняя минимальнаятемпература цикла,Термический КПД цикла, осуществляемого в известном стане с одноступенчатым подводом и отводом теплоты равен- 1 - 1/ где Д: Т,/Т,ш = (К - 1)/К К - коэффициент Пуассона.Повышение экономической эфФективности процесса прокатки за счет увеличения термического КПД осуществляемого цикла равно3 ( 11 "2) 12П р и м е рПри Т с,макс= 8"0 К 1 Тр мын = 400 К; 6 = 5; К = 1 в 4 получим и, = 0,5 и 1 = 0,4. Тогда К э = 0,25 и повьппение экономической эффективности составляет 25 .Таким образом, повышение средней максимальной температуры и понижениесредней минимальной температуры осуществляемого термодинамического цикла с одновременным использованием теплоты отработавших газов в паровом цикле для привода воздушных компрессоров с промежуточным охлаждением воздушных потоков на их входе позволяет существенно повысить экономическую эААективность процесса прокатки за счет увеличения термического КПД осуществляемого цикла,12 15 П 3 Ч 1 О Формула изобретения Составитель Г.Росто Техред М.Ходанич Парфенова Б дакто оррек Заказ 518 Тираж 459омитета по изобретени осква, Ж, Раушская Подписное НИИПИ и,ГКНТ СССР твенного 113035,с и открытия б., д. 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина 10 Прокатный стан, содержащий неподвижную станину с размещенными в ней С-образным профилированным вкладьппем 5 и нажимными элементами, охватывающими кулачковый генератор бегущих волн деформации, несущий рабочие валки, и образующими вместе с боковыми крышками камеры переменного объема с 1 О входными и выходными патрубками,камеру сгорания с входным воздухозаборником и выходным соплом, камеру расширения с водяной и паровой полостями и водяным и паровым патрубками, водоподогреватель с газовым каналом и водяным трактом с входным и выходным патрубками, установленные с возможностью вращения паровую турбину с входным патрубком и выходным диффу зором и воздушный компрессор с входным диффуэором и выходным патрубком, при этом выходное сопло камеры сгорания и газовьп канал водоподогревателя подключены соответственно к входному и выходному патрубку камер переменного объЕма, а выходной патрубок воздушного компрессора соединен с входным воздухозаборником камеры сгорания, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повьппения экономической эффективности процесса прокатки за счет увеличения термического КПД осуществляемого термодинамического цикла, он снабжен дополнительными камерами сгорания и воздушными компрессорами, при этом входные воэдухозаборники дополнительных камер сгорания подключены к выходным патрубкам камер переменного объема, выходные сопла дополнительных камер сгорания подключены к входным патрубкам камер переменного объема, выходные патрубки дополнительных воздушных компрессоров подключены последовательно к их входным диффузорам и входному диффузору основного воздушного компрессора через охлаждаемые теплообменники, входной патрубок паровой турбины подключен к паровому патрубку камеры расширения через па-, роперегреватель, размещенный в газойвом канале водоподогревателя, выходной диффузор паровой турбины подключен к водяной полости камеры расширения через конденсатор и конденсатный насос, выходной патрубок водяного тракта подключен к водяному патрубку камеры расширения, а входной патрубок водяного тракта через циркуляционный насос подключен к водяной полости камеры расширения.во