Прокатный стан

(511 4 В ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СС ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 8/23-0(54) пРокАтный стлн (57) Изобретение относится к прокатному производству, а именно к волновым прокатным станам, и может быть использовано на металлургических и машиностроительных заводах, преимущественно для листовой прокатки труд нодеформируемых заготовок, Цель изо - бретения - повышение производительности прокатки путем повышения удель ной мощности стана, Станработает на принципе роторного двигателя внутреннего сгорания. Генератор 23 волн деформации, кольцевая мембрана 19 с зубчатым венцом 20 и коническая шес 9 Ф терня 21 образуют волновой редуктор,встроенный в ротор-поршень 7. Этотредуктор без увеличения габаритов инарушения герметичности камеры 14позволяет подобрать отимальные частоты вращения ротора-поршня 7 и тур.бины 16, при которых мощность четырехтактного цикла и эффективность паросилового цикла максимальны. Приадиабатном расширении перегретогопара в турбине 16 происходит ее вращение, При этом ролики 24 деформируют кольцевую мембрану 19 и по зубчатому венцу 20 бегут волны. Шестерня 21 приводится в более медленноевращение, Момент турбины 16 трансФормируется и передается на эксцентриковый вал 6. Происходит согласование частоты вращения турбины 16и частоты вращения ротора-поршня 7,независимо выбранных из условия достижения максимальной мощности четырехтактного цикла ротора-поршняи максимальной эффективности паросилового цикла турбины 16. 2 ил.Изобретение относится к прокатному производству, а именно к волновыи прокатным станам, и может быть использовано на металлургических и машиностроительных заводах преиму 5 щественно для листовой прокатки труднодеформируемых заготовок.Цель изобретения - повьппение производительности прокатки путем повышения удельной мощности стана,На фиг 11 изображен предлагаемый прокатный стан, продольный разрез; на фиг.2 - фрагмент стана, попеРечный разрез, 15 Прокатный стан содержит неподвижную станину 1 с герметичнымикрьппками 2 и 3, образующими внутреннюю полость 4, и С-образной плитой 5, профиль которой имеет виддвухзпитрохоидной поверхности, охватывающей установленный на эксцентриковом валу 6 треугольный роторпоршень 7, в вершинах которого с25воэможностью вращения размещены рабочие валки 8, сцепленные между собойшестерни 9 и 10 с внутренними инаружными зубьями, закрепленные соответственно на роторе-поршне 7 истанине 1, передаточное отношениекоторых равно 3/2, подводящий 11 иотводящий 12 каналы, соединенныесоответственно с источником карбюрированной рабочей смеси и глушителем (не показаны), запальное при 35способление 13, установленное вовнутренней полости 4, герметичную камеру 14, выполненную в роторе"поршне 7 и частично заполненную легко 4 Оиспаряющимся жидким теплоносителем,в которой размещены последовательно соединенные парогенератор 15,турбина 16, конденсатор 17 и конденсатный насос 18, при этом конденсатор 17 и парогенератор 15 вы45полнены в виде тел вращения, коаксиальных эксцентриковому валу 6, аконденсатор 17 прикреплен к парогенератору 15 и смещен относительнонего к оси вращения ротора-поршня 7. 5 ОДля повьппения производительностипрокатки путем повышения удельноймощности стана одна иэ торцовыхстенок ротора-поршня 7 выполненав виде кольцевой мембраны 19 с эубчатым венцом 20, сцепленным с конической шестерней 21, закрепленной наэксцентриковом валу 6, а турбина 16 установлена с воэможностью вращения посредством подшипникового узла 22 и снабжена генератором 23 волн де" формации, взаимодействующим с кольцевой мембраной 19.Генератор 23 волн деформации выполнен в виде жестко закрепленных на турбине 16 и деформирующих кольцевую мембрану 19 двух диаметрально расположенных вращающихся роликбв 24 с вертикальной осью вращения,С-образная плита 5 выполнена сменной и установлена в станине 1 неподвижно. В С-образной плите 5 предусмотрен ручей 25, образующий в вместе с наружными поверхностями рабочих валков 8 клинообразный в полярной системе коодринат рабочий ка-. либр, В рабочих валках 8 также могут быть выполнены требуемые ручьи.Внутренняя поверхность С-образной плиты 5, наружная поверхность ротора-поршня 7 и внутренние поверхности герметичных крьппек 2 и 3 образуют три камеры переменного объема заполненные рабочей .средой - воздухом с рабочей смесью для правой камеры и продуктами сгорания для левой.Источник карбюрированной рабочей смеси, соединенный с подводящим каналом 11, представляет собой воздухозаборник и распыпитель жидкого топ" лива и служит для приготовления и подачи рабочей смеси, сгорающей в верхней камере переменного объема.Глушитель, соединенный с отводящим каналом 12, служит для снижения уровня акустических колебаний, воэ" никающих при выпуске отработанных продуктов сгорания, до безопасного предела и может бьггь снабжен также нейтрализатором-дожигателем для сни" жения токсичности выпускных газов. Для подачи и приема прокатываемо" го металла, для создания переднего и заднего натяжений и обеспечения охватывания ротора-поршня 7 петлей прокатываемого металла служат раз" матыватель 26 и моталка 27, тянущие ролики 28 и 29 и отклоняющие ролики 30-33.Запальное приспособление 13 электрически связано с кулачковым прерывателем (не показан), механически связанным с эксцентриковым валом 6 и допускающим регулировку опережения зажигания.ны.о Мощность четырехтактного цикла определяется выражением где 35 40 2 м ч 45 При увеличении частоты и вращенияротора-поршня 7 пропорциональное увеличение мощности М четырехтактногоцикла компенсируется ростом механических потерь, пропорциональных час тоте и, поэтому существует оптимальная частота и вращения ротора-поршня 7, при которой мощность И четырехтактного цикла максимальна,3 1424В качестве легкоисларяющегосяжидкого теплоносителя может быть использованы вода, этиловый спирт, гептан, флутек и др. При осуществленииболее высокотемпературного цикла могут быть использованы термекс, ртуть,цезий, литий и др.Герметичная камера 14, парогенератор 15, конденсатор 17 и конденсатный насос 18 могут быть выполненыза одно целое с ротором-поршнем 7,Кардинальным является решение проблемы утечек рабочего тела, так какгерметичное присоединение кольцевоймембраны 19 к телу ротора-поршня 7обеспечивает функционирование безприменения подвижных уплотнений.Для уменьшения паразитных теплоперетоков из парогенератора 15 к конденсатору 17 между парогенератором15, турбиной 16, конденсатором 17и конденсатным насосом 18 установлен токообразный термоизолятор 34,имеющий большое термосопротивление,Для повышения прочности установкитермоизолятора 34 и повышения эффективности работы турбины 16 предусмотрены входной 35 и выходной 36направляющие аппараты, представляющие собой неподвижные кольцевые решетки лопаток аэродинамического профиля.Для снижения паразитного газообмена между камерами переменного объ-. ема ротор-поршень 7 снабжен радиальными уплотнениями 37.Для пуска прокатного стана путем первоначальной закрутки эксцентриковый вал 6 снабжен шпинделем, соединяющимся через выключаемую муфту со стартовым устройством (не показаны) .Для оптимизации режима прокатки могут быть предусмотрены связанные с электронной вычислительной машиной средства для малоинерционного измерения и регулирования в процессе прокатки скорости и момента прокатки, переднего и заднего натяжений, состава и подачи рабочей смеси, величины опережения зажигания, температуры и давления в камерах переменного объема, состава и температуры выпускных газов и др.В процессе работы в прокатном стане осуществляется сложный термодинамический цикл, состоящий из четырехтактного цикла с изохорным 8854подводом теплоты сгорания рабочейсмеси и паросилового цикла сизобарным подводом теплоты от четырехтактного цикла. Четырехтактный цикл 5осуществляется во внутренней полости 4, а паросиловой - в герметичной камере 14. При этом моменты, раразвиваемые ротором-поршнем 7 в ре зультате осушествления четырехтактного цикла и турбиной 16 в результате осуществления паросиловогоцикла, передаются шестернями 9 и10, венцом 20 и шестерней 21 наэксцентриковый вал б и суммируются.Генератор 23 волн деформации,кольцевая мембрана 19 с зубчатымвенцом 20 и коническая шестерня 21образуют волновой редуктор, встроенный в ротор-поршень 7, позволяющийбез увеличения габаритов и нарушения герметичности герметичной камеры 14 независимо подобрать оптимальные частоты вращения ротора-поршня7 и турбины 16,при которых мощностьчетырехтактного цикла и эффективность паросилового цикла максималькачество рабочего про.цесса;индикаторный КПД цикла;коэффициент избыткавоздуха рабочей смеси;механический КПД;коэффициент наполнениякамеры переменногообъема рабочей смесью; - плотность рабочей смеси;и - частота вращения ротора-поршня 7.5 14Оптимальная частота и вращения ротора-поршня 7 при разных вариантах выполнения и использования прокатного стана может лежать в пределах 80-2000 об/мин,Существует также оптимальная частота п,вращения турбины 16.Эффективность паросилового цикла определяется выражением 2 с (1 + сов ) сов (3 ) хх (созо, - х)х(3) где Б " окружная скорость турбины16;С - скорость потока пара теплоносителя на лопатках турбины16,Окружная скорость У определяетсявыражением(4) П и Реп,: 60) где Р - диаметр турбины 16;и, - частота вращения турбины 16,Исследование выражения (2) показывает, что максимальная эффективность турбины 16 получается при х = П/С, = соэЫ,/2(5) Оптимальная частота и, , вращения турбины 16 может лежать в пределах от 3000 до 20000 об/мин. где Ч - скоростной коэффициентвходного направляющегоаппарата 35;1 - скоростной коэффициентлопаток трубины 16;Ь - угол выхода потока пара теплоносителя из выходного направляющегоаппарата 36;31 - угол выхода потока пара теплоносителя из входного направляющего аппарата 35;Ы, - угол входа потока на лопатки турбины 16.Величина х, определяющая оптимальную частоту и,вращения при неизменной геометрии направляющих аппаратов 35 и 36 и турбины 16, определяется выражением1 = Е/(2 - 2 ),(6) где 2, - число зубьев зубчатого венца 20;Е - число зубьев коническойшестерни 21.Например при поп 80 фп фиг= 20000, получаем 1 = 250, котороереализуется при 2, = 500 и 2 = 498.Прокатный стан работает следую"щнм образом.После задания заготовки одним изизвестных способов устанавливаетсянеобходимый режим прокатки и включа"ется вспомогательная система оптимизации режима, При этом прокатываемыйметалл образует внутри станины 1петлю треугольной Формы, охватывающую рабочие валки 8 по наружнымобразующим,Посредством стартового устройстваэксцентриковый вал 6 через шпиндельприводится во вращение, и прокатныйстан выходит на номинальный режим,Четырехтактный цикл, осуществляемый, как указано, во внутреннейполости 4, состоит из следующих процессов (ротор-поршень 7 вращаетсяЗб против часовой стрелки).Первый процесс сжатия поступающей через подводящий канал 11 рабочей смеси является адиабатным и протекает в камере переменного объемапри ее правом положении. Температура и давление рабочей смеси повышаются.Второй процесс сгорания сжатойрабочей смеси является иэохорным и45 протекает в камере переменного объ 1ема при ее верхнем положении, Температура и давление рабочей смесиповышаются до максимальных значений,одновременно способствуя увеличениюпластичности прокатываемого металлаТретий процесс расширения продуктов сгора.ния рабочей смеси являетсяадиабатным и протекает в камере переменного объема при ее левом полоб 5 женин. Происходит трансформация подведенной теплоты в механическую работу, что обеспечивает самовращениерабочих валков 8, взаимодействующих 24885 6По найденным оптимальным частотами, и и, , вращения ротора-поршня 7 и турбины 16 определяетсятребуемое передаточное отношение волнового редуктора , при этом7 14через прокатываемый металл с С-образной плитой 5,Четвертый процесс отвода продуктов сгорания в отводящий канал 12является иэохорным и протекает вкамере переменного объема при ее нижнем положении,.Температура и давление снижаются, приобретая исходныезначения, и четырехтактный циклзамыкается.За один оборот ротора-поршня 7.происходит три четырехтактных циклаи на один оборот эксцентрикового вала 6 происходит один полный четырехтактный цикл,Процессы четырехтактного циклапротекают с потерями теплоты черезнаружную поверхность ротора-поршня7. При этом отводимая теплота частично используется в паросиловомцикле для создания дополнительногополезного момента на эксцентриковомвалу 6.Паросиловой цикл, осуществляемый,как указано, в герметичной камере14, состоит из следующих процессов.Первый процесс является изобарным подводом теплоты к теплоносителю жидкой фазы герметичной камеры14. Процесс протекает в парогенераторе 15 и его результатом является генерирование перегретого паратеплоносителя,Второй процесс является адиабатным расширением перегретого пара в"турбине 16. Происходит трансформация теплоты в механическую работу,На лопатках турбины 16 возникаетвращающий момент и турбина 1 о вращается в подшипниковом узле 22. Приэтом вращающиеся ролики 24 генератора 23 волн деформации деформируюткольцевую мембрану 19, и по зубчатому венцу 20 бегут волны деформации,Сцепленная с зубчатым венцом 20 коническая шестерня 21 приводится вболее медленное вращение, моменттурбины 16 трансформируется и пере;дается на эксцентриковый вал 6, повышая тем самым мощность прокатногостана. Происходит согласование частоты вращения турбины 16 с частотойвращения ротора-поршня 7 независимоот выбранных условий достижения максимальной мощности четырехтактногоцикла и максимальной эффективностипаросилового цикла, Одновременно сохраняется надежная герметизация гер 24885 8 45 50. внутренней полости 4 в течение не-гается воздействию высоких температур и давлений рабочей смеси, что значительно повышает пластичность прокатываемого металла.Согласование частот вращения турбины 16 и ротора-поршня 7 позволяет 5 10 15 20 25 30 35 40 метичной камеры 14 посредством коль цевой мембраны 19 и обеспечивается высокая нагрузочная способность волнового редуктора.Третий процесс является иэотермным процессом конденсации отработанного пара турбины 16 и протекает н конденсаторе 17. Теплота конденсации, выделяющаяся при переходе паровой фазы теплоносителя в жидкую фазу, отводится через эксцентриковый вал 6.Четвертый процесс является адиабатным сжатием конденсата теплоносителя и протекает в конденсатном насосе 18, Конденсат теплоносителя возвращается в парогенератор 15.Следует отметить, что теплоотвод в герметичную камеру 14 не снижает максимальную температуру четырехтактного цикла ввиду практически мгновенного протекания процесса сгорания.В процессе осуществления сложного термодинамического цикла прокатываемый металл движется от разматывателя 26 через тянущие ролики 28 внутреннюю полость 4 станины 1 и тянущие ролики 29 на моталку 27. При этом рабочие валки 8 обеспечивают обжатие в рабочем калибре и подачу прокатываемого металла, Подаваемая полоса не испытывает трения о рабочую поверхность С-образной плиты 5. В процессе прокатки вновь прокатываемого металла распространяется бегущая волна деформации, скорость которой определяется частотой вращения ротора-поршня 7, а амплитуда - разностью радиуса описанной вокруг ротора-поршня 7 окружности и радиуса вписанной в ротор-поршень 7 окружности.За один оборот ротора-поршня 7 прокатываемый металл проходит расстояние, равное разности длины рабочего участка С-образной плиты 5и периметра ротора-поршня 7. Таккак эта разность относительно мала,прокатываемый металл находится во скольких четырехтактных циклов и каж"дый его участок многократно подвер 9 14 увеличить эффективность паросилового цикла до максимально возможного значения при оптимальной частоте вращения ротора-поршня 7, которая обеспечивает максимальную мощность четырехтактиого цикла.В первом приближении выигрыш может быть оценен в соответствии с выражениемгде- эффективность прокатногостана;эффективность четырехтактного цикла;- эффективность паросиловогоцикла;К - коэффициент утилизациитеплоты.Например, при , = К = 0,4 повышениеот 0,2 до 0,4 за счетобеспечения оптимальной частоты вращения турбины 16 повышает производительность прокатки путем увеличенияудельной мощности прокатного станаболее чем на 47,Таким образом, использование предлагаемого прокатного стана позволяет без увеличения его габаритови энергопотребления значительно повысить производительность прокатки,и з обр ет енияор мул аПрокатный стан, содержащий неподвижную станину с герметичными крышками, образующими внутренюю полость, и С-образной плитой, профиль кото 24885 0рой имеет вид двухэпитрохоидной поверхности, охватывающей установленный на эксцентриковом валу треугольный ротор-поршень в вершинах кото 3рого с возможностью вращения размещены рабочие валки, сцепленные между собой шестерни с внутренними инаружными зубьями, закрепленные соответственно на роторе-поршне истанине, подводящий и отводящий каналы, соединенные соответственно систочником карбюрированной рабочейсмеси и глушителем, запальное приспособление, установленное во внутренней полости, герметичную камеру,выполненную в роторе-поршне, и частично заполненную легкоиспаряющимсяжидким теплоносителем, в которой размещены последовательно соединенныепарогенератор, турбина, конденсатори конденсатный насос, при этом кон 3денсатор и парогенератор выполненыв виде тел вращения, коаксиальныхэксцентриковому валу, а конденсатор .прикреплен к парогенератору и смещенотносительно него к оси вращенияротора-поршня, о т л и ч а ю щ н йе я тем, что, с целью повышения З 0 производительности прокатки путемповышения его удельной мощности, онснабжен конической шестерней, закрепленной на эксцентриковом валу,при этом одна из торцовых стенокротора-поршня выполнена в виде кольцевой мембраны с зубчатым венцом,сцепленным с упомянутой коническойшестерней, а турбина снабжена генератором волн деформации, взаимодействующим с кольцевой мембраной,1424885 Составитель Г.Р Техред Л. Олийнык в Корректор В.Бутяга едактор В.Дан каз 4713/ изводственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул. Проектная,Тираж 467 ВНИИПИ Государств по делам иэобр 113035, Москва, Ж