Прокатный стан

8042488 ОЮЗ СОВЕТСНИ ОЦИДЛИСТИЧЕСНРЕСПУБЛИН В 13 00 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ СССР983.СР1985 аботанных га"ивность работы токсичность о овышает эффе снижа и переменнь ды, 6 ил. аметрах окр стана пр жающей с 22 рд 4 й 15 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ ОРСНОМУ СОИ ЕТЕПЬСТ(57) Изобретение относится к прокатному производству, а именно к волновым самовращающимся прокатным станам, и может быть использовано на машиностроительных и металлургических заводах для листовой прокатки труднодеформируемых заготовок. Цель изобретения - улучшение экономичности процесса прокатки путем регулирования процесса сжатия рабочей смеси, Стан работает на принципе роторного двигателя внутреннего сгорания. В камере 2 рабочая смесь поджигается запальным приспособлением, Расширение рабочей смеси вследствие сгорания приводитк повороту ротора-поршня 14Прокатка металла осуществляется между рабочим валком 15 и внутренней стенкойкамеры 2. В номинальных режимах работы стана степень сжатия смесиуменьыается с соответствующим увеличением давлений наддува. На неноминальных режимах недопустимое возрастание удельного расхода рабочей смесиустраняется повышением степени еесжатия. Это достигается выдвижениемтраверс 21 подачей давления в цилиндры 20, Для исключения поврежденийполосы траверсы 21 снабжены роликами34. Регулируемый процесс сжатия рабочей смеси, кроме повышения экономичности работы стана, позволяет расширить диапазон применяемых топлив,улучшает пусковые свойства стана, 1424884Изобретение относится к прокатно-.му производству, а именно к волновымсамовращающимся прокатным стаям, иможет быть использовано на машино 5строительных и металлургических заводах для листовой прокатки труднодемпфируемых заготовок,Цель изобретения - улучшениеэкономичности процесса прокатки путем 10регулирования процесса сжатия рабочейсмеси.На фиг, 1 изображен предлагаемыйпрокатный стан, общий вид; на фиг, 2 фрагмент прокатного стана при минимальной степени сжатия на Фиг, 3Фто же при максимальной степени сжаРтия; на фиг. 4 - зависимости удельного расхода е и максимального давления р от среднего эффективного 2 Одавления р при различных значенияхстепени сжатия Е (сплошные линииЕ = 8, пунктирные линии К = 12); наФиг, 5 - Фрагмент прокатного станас . регулирующими системаьи; на фиг, б - 25эксцентриковый вал с каналами,Прокатный стаь содержит неподвижную станину 1 с внутренней герметичной полостью 2, имеющей впускной 3и выпускной 4 каналы, присоединенные 3 Осоответственно к выходному патрубку 5компрессора 6 и входному патрубку 7турбины 8, роторы 9 и 10 которыхкинематически связаны между собойобщим валом 11, С-образную плиту 1235 с профилем в виде криволинейной поверхности, охватывающей установленный на эксцентриковом валу 13 треугольный ротор-поршеь 14 с размещенными Б его вершиах с Возможностью 4 О вращения рабочими валками 15, источ ник 16 рабочей смеси с регулятором 17 ее подачи и запальное приспособление 18.Для улучшения экономичности про цесса прокатки путем регулирования процесса сжатия рабочей смеси в боковых гранях ротора-поршня 14 выполнены прямоугольные пазы 19 с цилиндрами 20, в которых размещены призматические траверсы 21 с поршнями 22, внутренние полости 23 цилиндров 20 через сливные 24 и нагнетательные 25 магистрали сообщены через каналы 26 и 27, проведенные в эксцентриковом валу 13,55 и коллекторы 28 и 29, охватывающие цапфы эксцентрикового вала 13, с последовательно соединенными поворотным краном 30, масляным Фильтром 31 масляным баком 32 и масляным насосом 33, при этом призматические траверсы 2 1 снабжены вращающимися роликами 34, а поворотный кран 30 сблокирован с регулятором 17 подачи рабочей смеси.Треугольный ротор-поршень 14 снабжен шестерней 35 с внутренними зубьями, сцепленной с шестерней 36 с наружными зубьями, жестко закрепленной в станине 1. Передаточное отношение шестерен 35 и 36 равно 3/2, При этом профиль С-образной плиты 12 выполнен в виде двухэпитрохоидной поверхности, Для предотвращения паразитного газообмена между камерами переменного объема, образованными во внутренней герметичной полости 2 призматическими траверсами 21 и боковыми гранями ротора-поршня 14, у последнего предусмотрены необходимые скользящие уплотнения (не показаны).С-образная плита 12 выполнена сменной и установлена в станине 1 неподвижно. В С-образной плите 12 предусмотрен ручей, образующий вместе с наружными поверхностями рабочих валков 15 клинообразный в полярных координатах рабочий калибр. Рабочие валки 15 снабжены подшипниками и опорными вкладьппами (не показаны).Источник 16 рабочей смеси выполнен в виде установленного во впускном канале 3 распылителя 37 жидкого топлива в потоке воздуха, присоединенного через топливный насос 38 и топливный фильтр 39 к топливному баку 40.Впускной .канал 3 может быть снабжен холодильником (не показан) для охлаждения заряда свежего воздуха, который нагревается в компрессоре 6 в процессе предварительного сжатия.Выпускной канал 4 при недостаточно большом его объеме может быть снабжен коллектором (не показан) для уменьшения пульсаций выпускных газов в турбине 8 в процессе продолженного расширеня.Входной диффузор 41 компрессора 6 снабжен воздушным фильтром (не показан) для очистки поступающего во внутреннюю герметичную полость 2 воздуха, а выходой диффуэор 42 турбины 8 снабжен глушителем-дожигателем и нейтрализатором (не показаны) для снижения уровня акустическихметалл образует внутри неподвижнойстанины 1 петлю треуголь.;ой формы,охватывающую рабочие валки 15 по ихнаружным образующим. Посредствомпусковой систамы осуществляется предварительная закрутка эксцентриковоговала 13 и прокатный стан переходит врежим самовращения. При этом в прокатном стане протекает замкнутый термодинамический цикл, состоящий изряда последовательных и периодическиповторяюшихся процессов.Результатом протекающего циклаявляются: трансформация выделяющегосяпри сгорании рабочей смеси тепла вмеханическую работу, обеспечивающуюсамодвижение всех движущихся элементов стана и прокатываемого металла;волновое формообразование прокатыва-емого металла; генерация высокихтемператур и давлений, действующихна прокатываемый металл перед очагомдеформации и повышающих его пластичность; принудительная подача свежеговоздуха в камеры переменного объемаза счет использования энергии выпускных газов; минимализация удель-ного расхода рабочей смеси принеобходимости выхода из номинальногорежима и перехода на режимы малыхнагрузок в связи с уменьшением момента прокатки или режим холостого ходапутем увеличения степени сжатия рабочей смеси в процессе окончательного сжатия рабочей смеси в камерепеременного объема,Первый процесс цикла является процессом сгорания и протекает в камерепеременного объема при ее верхнемположении, Камера переменного объемазаполнена сжатой рабочей смесью. Запальное приспособление 18 инициируетсгорание рабочей смеси, В процессеосуществляется смешанный подвод теплоты к рабочей среде, заполняющейвнутреннюю герметичную полость 2.Вначале процессе подвод теплоты изохорный - при постоянном объеме давление, температура и энтропия рабочей среды увеличиваются, Затем подводтеплоты становится изобарным - припостоянном давлении объем, температура и энтропия рабочей среды увеличиваются. Внутренняя энергия рабочейсреды увеличивается на величину подведенной в процессе теплоты. Высокаятемпература и давление, развиваемыев процессе, действуют на прокатыва 3 14248шумов и уменьшения токсичности выпускных газов,Регулятор 17 подачи рабочей смеси выполнен в виде поворотной заслонки 43, установЛенной после распылителя 37 на общем валике 44 с поворотным краном 30, снабженном органом45 управления,Для обеспечения герметичности пазов 19 и цилиндров 20 призматическиетраверсы 2 1 и поршни 22 снабжены уплотнениями 46 и 47. Для ограниченияхода призматических траверс 21 ониснабжены необходимыми ограничителями(не показаны),Для поддержания заданного давления масла во внутренних полостях 23цилиндров 20 нагнетательные магистрали 25 снабжены обратными клапа 0нами 48, Для обеспечения сообщениясливных 24 и нагнетательных 25 магистралей с каналами 2 б и 27 при любых углах поворота ротора-поршня 14в эксцентриковом валу 13 выполнены 25кольцевые проточки 49 и 50Для обеспечения работы при высокихтемпературах в качестве рабочейжидкости контура регулирования степени сжатия могут быть использованы 30водомасляные эмульсии, синтетическиенегорючие жидкости на водяной основеф и синтетические жидкости на кремнийорганической основе,Прокатный стан снабжен моталками5,.1 и 52 для подачи и приема прокатываемого металла и создания трубуемыхпереднего и заднего натяжений, атакже направляющими роликами, проводками (не показаны) и отклоняющими щроликами 53 для обеспечения задачиполосы и охватывания ротора-поршня 14петлей прокатываемого металла.В прокатном стане предусмотренытакже системы, обеспечивающие пускпрокатного стана, его смазку, охлаждение и остановку.Когут быть предусмотрены контурыавтоматического регулирования режимовработы турбины 8 и компрессора 6 взависимости от массы прокатываемогометалла и его прочностных характеристик, включающие датчики скоростипрокатываемого металла и его натяжения, датчик расхода воздуха и др. 55Прокатный стан работает следующимобразом,После задачи заготовкиодним иэизвестных способов прокатываемыйеиый металл перед очагом деформации,увеличивают его пластичность и темсамым повышают производительностьпрокатки, Изохорный процесс характеризуется степенью повышения давления,5равной отношению давления в концепроцесса к давлению в начале процесса. Изобарный процесс характеризуетсястепенью предварительного расширения, 10равной отношению объема в конце процесса к его значению в начале,Второй процесс цикла является процессом расширения и протекает в каме-,ре переменного объема при ее правом 15положении. При расширении рабочаясреда совершает работу за счет расходования внутренней энергии. Работатратится на приведение в движениевращающихся элементов стана и на деформирование прокатываемого металлав очагах деформации, образованныхС-образной плитой 12 и рабочими валками 15. Процесс трансформации теплоты в механическую работу является 25адиабатным. В этом процессе объемувеличивается, а температура и давление уменьшаются энтропия же ностоянФна. Адиабатный процесс характеризуется коэффициентом Пуассона - показателем адиабаты.Третий процесс цикла являетсяпроцессом продолженного расширения ипротекает в турбине 8, И этом процессе используется энергия отработанныхгазов, поступающих через выпускнойканал 4 и входной патрубок 7 в турбину 8. В турбине 8 температура рабочей среды падает, объем увеличиваетсядо максимального значения, а давление падает почти до атмосферного.В механическую работу трансформируетеся дополнительная теплота отработанных газов и на общем валу,11 создается крутящий момент, который приво бдит ротор 9 компрессора б во враще-,ние.Четвертый процесс цикла являетсяпроцессом отвода теплоты в окружающую среду, протекает в выходном диффузоре 42 турбины 8. Этот процессявляется изобарным, температура,объем и энтропия рабочей среды уменьшается при постоянном давлении.Пятый процесс цикла является процессом предварительного сжатия ипротекает в компрессоре 6. Иеханическая работа, получаемая в процессепродолженного расширения, трансформируется в теплотуОбъем рабочей средыуменьшается, температура и давлениеповышаются при постоянной энтропии,Свежий воздух засасывается черезвходной диффузор 41, предварительносжимается компрессором б и подаетсячерез впускной канал 3 в левую камерупеременного объема.Шестой процесс цикла является процессом окончательного сжатия и протекает в камере переменного объемапри ее левом положении. Объем уменьшается до минимального значения инаступает момент зажигания запальнымприспособлением 18 рабочей смеси, которая подается источником 16 и приготавливается распылителем 37 - термодинамический цикл замыкается.Процесс окончательного сжатия характеризуется степенью сжатия, равнойотношению объема в начале процесса(максимальный объем) к объему в конце процесса (минимальный объем),Регулирование процесса сжатиярабочей смеси осуществляется регулированием степени сжатия, влияющейна удельную мощность стана. При этомрегулирование степени сжатия обеспечивается изменением минимальногообъема при практически неизменноммаксимальном объеме за счет перемещения призматических траверс 21 впрямоугольных пазах 19,В установившемся режиме (припостоянной скорости и натяжении) прокатываемый металл движется с правоймоталки 51 на левую моталку 52, приэтом рабочие валки 15 обеспечиваютобжатие в рабочих калибрах и подачу,вращаясь против часовой стрелки.Подаваемая полоса не испытываеттрения о рабочую поверхностьС-образной плиты 12, В процессепрокатки вдоль прокатываемого металла распространяется бегущая волна деформации, частота которой определяется скоростью вращения треугольногоротора-поршня 14, а амплитуда - разностью радиуса описанной вокруг треугольного ротора-поршня 14 окружности и радиуса вписанной в негоокружности.За один оборот треугольного ротора-поршня 14 прокатываемый металлпроходит расстояние, равное разностидлины рабочего участка С-образнойплиты 12 и периметра треугольногоротора-поршня 14, Так как эта раэ7142488ность относительно мала, прокатываемый металл находится во внутреннейгерметичной полости 2 в течениеинескольких термодинамических циклов5ни каждый его участок многократнонподвергается перед очагом деформации мвоздуйствию высоких темпера 7 ур илдавлений, что увеличивает его пластичность и существенно повышает про Оизводительность прокатки,труднодефор- ммируемых заготовок,У предложенного прокатного станас переменной степенью сжатия предусматривается при выходе на режим по вышенных значений максимального давления р сгорания рабочей смесипереход на меньшее значение степенисжатия Е и вследствие этого реализация более высоких. давлений наддувакомпрессора 6.При этом достигается приращениеар среднего эффективного давленияр и соответствующее ему увеличениеудельной мощности стана. 25Работа прокатного стана с пониженной степенью сжатия Е = 8 (сплошные кривые на фиг. 4) позволяет существенно повысить удельную мощность,вследствие реализации высокого над- ЗОдува компрессора 6, и номинальныйрежим - рабочая точка лежит в экстремуме кривой ае(р) - характеризуетсяминимальным удельным расходом 8рабочей смеси,35 На неноминальных режимах недопустимое возрастание удельного расходаустраняется повышением степенисжатия,аоПри уменьшении момента прокатки(снижении нагрузки) орган 45 управ-,ления соответственно изменяет положение поворотной заслонки 43 и поворотный кран 30 через общий валик 44 45становится в положение, при котороммасло из сливных магистралей 24 несбрасывается. В этом случае масло,подаваемое масляным насосом 33 понагнетательным магистралям 25 черезобратный клапан 48, поступает вовнутренние полости 23 цилиндров 20.Поршни 22 вместе с призматическимитраверсами 21 выдвигают из прямоугольных пазов 19 и цилиндров 20,увеличивая степень сжатия Е. Рабочаяточка находится в экстремуме пунктирной кривой я (р ) и удельный расходрабочей смеси минимизируется. 4 8Когда поворотная заслонка 43занимает положение, при которомрокатный стан развивает полную мощость (номинальный режим), поворотый кран 30 открывает отверстие иасло из внутренних полостей 23 цииндров 20 по сливным магистралям24 через масляный фильтр 31 начиваетпоступать в масляный бак 32. Одновреенно под действием давления прокатываемого металла через вращающиесяролики 34 вдвигаются призматическиетраверсы 21 и степент сжатия Е уменьшается,Как видно из фиг. 4, регулированиепроцесса сжатия в предлагаемом прокатном стане достигается без увеличения маскймального давления осуществляемого термодинамического цикла,что существенно повышает удельнуюмощность стана в результате реализации более высоких давлений наддувапри сохранении экономичности (минимального удельного расхода рабочейсмеси) на неноминальных режимах иснижении тепловой напряженности деталей камер переменного объема.Кроме того, использование прокатного стана с регулируемым процессомсжатия расширяет диапазон применяемых топлив, улучшает пусковые качества стана, снижает токсичностьотрабатотанных газов, повышает эффективность работы стана при переменных параметрах окружающей среды,Таким образом, предложенный прокатный стан позволяет существенноулучшить экономичность процессапрокатки путем регулирования процесса сжатия рабочей смеси,Формула изобретения Прокатный стан, содержащий неподвижную станину с внутренней герметичной полостью, имеющей впускной и выпускной каналы, присоединенные соответственно к выходному патрубку компрессора и входному патрубку турбины, роторы которых кинематически связаны между собой общим валом, С-образную плиту с,профилем в виде криволинейной поверхности, охватывающей установленный на эксцентриковом валу треугольный ротор-поршень с размещенными в его вершинах с возможностью вращения рабочими валками, источник рабочей смеси с регулятором9 14 ее подачи, запальное приспособление, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью улучшения экономичности процесса прокатки путем регулирования процесса сжатия рабочей смеси, ротор- поршень снабжен призматическими траверсами с поршнями, размещенными в выполненных на его боковых гранях прямоугольных пазах с цилиндрами, при этом внутренние полости цилиндров через сливные и нагнетательные ма".Я24884 10 гистрали сообщены через каналы, проведенные в эксцентриковом валу, иколлекторы, .охватывающие цапфы эксцентрикового вала, с последовательно соединенными поворотным краном,масляным фильтром, масляным баком имасляным насосом, при этом призматические траверсы снабжены вращаю 10 щимися роликами, а поворотный крансблокирован с регулятором подачирабочей смеси,1424884 витель Г. Рост д Л.Сердюкова Со Те дактор В ректор В. Бутяг Тираж 4 оказ одственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород,ектн П ВНИКНИ Государственного по делам изобретений113035, Москва, Ж, Раушс Подписноеомитета СССРоткрытийая наб д. 4/5