ОХЛАЖДАЕМЫЙ РОЛИК Российский патент 2004 года по МПК B22D11/06 B22D11/12 B21B27/08 

Изобретение относится к металлургическому машиностроению и может быть использовано, например, в машинах непрерывного литья заготовок, а также в оборудовании прокатных станов.

Известен ролик машины непрерывного литья заготовок по свидетельству на полезную модель №16088 В21В, Россия.

Ролик состоит из цилиндрической бочки, выполненной с осевым каналом, соединенным с системой подачи охлаждающей жидкости, и двух рядов радиальных каналов, выходящих в продольные каналы, расположенные вдоль образующей цилиндрической поверхности бочки. На барабан напрессована охлаждаемая гильза.

Охлаждают наружную поверхность гильзы ролика следующим образом. Охлаждающая жидкость подается через осевой канал и один из рядов радиальных каналов бочки в продольные каналы наружной цилиндрической поверхности. После прохождения продольных каналов на наружной бочке ролика, жидкость, отобрав часть тепла от гильзы ролика, возвращается через второй ряд радиальных каналов на слив.

Недостатками аналога является следующее:

- высокая стоимость изделия из-за нетехнологичности изготовления ролика, обусловленной необходимостью трудоемкого выполнения центрального отверстия, двух рядов радиальных отверстий, продольных каналов на наружной цилиндрической поверхности барабана;

- неудовлетворительная эффективность охлаждения ролика, обусловленная небольшой площадью поперечных сечений продольных каналов на наружной цилиндрической поверхности бочки и ограниченной их протяженностью в поперечном сечении относительно длины окружности охлаждаемого сечения ролика, определяемой из условия жесткости одеваемого бандажа,

- неравномерностью охлаждения, обусловленной тем, что из-за связи всех поперечных каналов с осевым отверстием подача охлаждающей жидкости, в случае солевого зарастания одного или нескольких каналов, будет уменьшена, и эффективность охлаждения снижена.

Кроме того, процессу солевого зарастания канала будет способствовать возможное закипание воды даже при аварийном кратковременном прекращении подачи воды в осевое отверстие из-за малого ее объема в каналах и высоких технологических температур окружающей среды.

При этом неудовлетворительная эффективность охлаждения имеет место в виду ламинарного характера движения охлаждающей жидкости по параллельным каналам, расположенным вдоль образующей поверхности бочки из-за отсутствия перемешивания струйных потоков, имеющих разные температуры относительно охлаждаемой поверхности гильзы ролика.

Таким образом, недостатками описанного решения являются нетехнологичность изготовления и неудовлетворительная эффективность охлаждения ролика.

Известен также охлаждаемый валок (ролик) по патенту РФ №2149070 C1, B21B 27/08, В29В 7/52, более близкий конструктивно к заявляемому решению, принятый в качестве прототипа.

Ролик содержит цилиндрический вал-редуктор (барабан), закрытый с обоих торцов дном, установленный внутри гильзы соосно с ней, систему охлаждения со входом и выходом охлаждающей сред, например, жидкости. Барабан выполнен с двумя продольными параллельными оси барабана каналами, разнесенными друг относительно друга, а также двумя спиральными канавками, изолированные друг относительно друга, на его наружной поверхности. При этом барабан установлен внутри гильзы ролика с образованием у каждого из торцов ролика по две полости между донными элементами барабана и торцами ролика, изолированные друг от друга. Вход системы охлаждения соединен с одной из двух изолированных полостей, с входом в один из спиральных каналов и с одним из продольных каналов. При этом выход упомянутого спирального канала соединен со сливной изолированной полостью на обратном торце ролика, вторым продольным каналом и выходом второго продольного канала, а вторая полость, изолированная от сливной полости и выхода охлаждающей среды, соединена с выходом первого продольного канала и входом второй спиральной канавки.

Охлаждение ролика происходит следующим образом.

Охлаждающая жидкость, пройдя через входное отверстие, охлаждает гильзу двумя потоками, один из которых проходит по первой спиральной канавке в сторону выхода, второй - по продольному каналу, параллельному оси ролика, проходит в сторону входа, а затем перемещается по другому продольному каналу в сторону выхода.

По сравнению с аналогом в данной конструкции удается несколько улучшить эффективность охлаждения наружной поверхности ролика благодаря турбулентному характеру движения охлаждающей жидкости, перемещающейся в одном направлении, но сопровождающемуся перемешиванием струйных потоков из-за спиральной формы каналов, подводящих охлаждающую среду к наружной поверхности ролика.

Однако следует отметить, что стоимость изготовления ролика также велика из-за нетехнологичности, вызванной необходимостью выполнения нескольких переустановок барабана при обработке продольных каналов и спиральных винтовых каналов на наружной поверхности барабана, и трудоемкости выполнения спиральных каналов.

Кроме того, эффективность охлаждения наружной поверхности ролика остается неудовлетворительной из-за возможного уменьшения площади поперечного сечения продольных каналов в результате солевого их зарастания. При этом в случае аварийного отключения воды из-за ее объема в продольных каналах возможно закипание воды, что также приведет к отложению солей на стенках каналов и уменьшению их сечения, а это сократит объем воды, подаваемой к поверхности гильзы, и снизит эффективность охлаждения ролика.

Таким образом, недостатком описанной конструкции является высокая стоимость изготовления при одновременно невысокой эффективности охлаждения ролика.

В основу изобретения поставлена задача снижения стоимости изготовления при одновременном повышении эффективности охлаждения ролика.

Эта задача решается за счет технического результата, который состоит в технологичности изготовления ролика при одновременном увеличении объема жидкости, циркулирующей во внутренней полости ролика.

Для достижения вышеуказанного технического результата охлаждаемый ролик, содержащий барабан, установленный внутри гильзы, соосно с ней и систему охлаждения с входом и выходом охлаждающей жидкости, согласно изобретению, барабан выполнен с одним дном, обращенным в сторону входа системы охлаждения, к каждому торцу барабана прикреплено по фланцу с вырезом, а вдоль цилиндрической его поверхности расположено нечетное количество ребер, но не меньше трех, при этом одно из ребер, имеющее длину, равную расстоянию между фланцами, размещено на стыке вырезов фланцев, а остальные ребра имеют длину, меньшую, чем расстояние между упомянутыми фланцами и прикреплены своими высотами к фланцам, при этом в любой паре соседних ребер каждое прикреплено к противолежащему фланцу.

В результате сравнительного анализа заявляемого охлаждаемого ролика с прототипом установлено, что они имеют следующие общие признаки:

- цилиндрический барабан,

- установка барабана внутри гильзы соосно с ней,

- система охлаждения с входом и выходом;

и отличительные признаки:

- выполнение барабана с одним дном, обращенным в сторону входа системы охлаждения,

- прикрепление к каждому торцу барабана по фланцу с вырезом,

- расположение на цилиндрической поверхности барабана ребер в нечетном количестве, но не меньше 3,

- длина ребра, установленного на стыках вырезов фланцев, равная расстоянию между фланцами,

- длины остальных ребер меньше расстояния между фланцами,

- ребра прикреплены своими высотами к фланцам,

- в любой паре соседних ребер каждое прикреплено к противолежащему фланцу.

Таким образом, предлагаемый охлаждаемый ролик имеет новые конструктивные элементы, новые параметры и новые взаимосвязи.

Между совокупностью конструктивных элементов и достигаемым техническим результатом имеется причинно-следственная связь.

Благодаря выполнению барабана с одним дном, обращенным в сторону входа системы охлаждения, прикреплению к каждому торцу барабана по фланцу с вырезом и размещению вдоль цилиндрической его поверхности нечетного числа ребер в количестве не меньше 3, размещению одного из ребер, имеющего длину, равную расстоянию между фланцами на стыке вырезов фланцев, выполнению остальных ребер с длиной, меньшей, чем расстояние между упомянутыми фланцами, и прикреплению ребер высотами к фланцам таким образом, что в любой паре соседних ребер каждое прикреплено к противолежащему фланцу, стало возможным, сохранив турбулентный характер движения охлаждающих потоков жидкости, значительно упростить изготовление барабана, снизит стоимость его изготовления, и кроме того, стало возможным изменять направление движения потока охлаждающей жидкости, а это способствует более интенсивному его перемешиванию, что повышает эффективность охлаждения гильзы ролика, при этом стало возможным увеличить объем жидкости, циркулирующей во внутренних полостях охлаждаемого ролика, что предотвращает ее закипание с последующим отложением солей, уменьшающим сечение каналов, а это будет способствовать улучшению эффективности охлаждения.

Исключение из указанной совокупности отличительных признаков хотя бы одного не обеспечивает нового качества - снижения стоимости изготовления при одновременном повышении эффективности охлаждения ролика.

Техническое решение имеет изобретательский уровень потому, что предлагаемое выполнение конструкции охлаждаемого ролика для специалиста явным образом не следует из уровня техники.

Предлагаемое решение не известно из уровня техники, поэтому оно является новым.

Предлагаемое решение промышленно применимо, предназначено для использования в машинах непрерывного литья заготовок и может быть изготовлено в условиях и на оборудовании АО “НКМЗ”.

С использованием заявляемого решения выполнен рабочий проект для Енакиевского металлургического завода.

Таким образом, заявляемому решению может быть представлена правовая охрана потому, что оно является новым, имеет изобретательский уровень и промышленно применимо.

Техническая сущность предлагаемого решения поясняется чертежами, на которых изображено следующее:

на фиг.1 - продольный разрез охлаждаемого ролика,

на фиг.2 - разрез А - А по фиг.1,

на фиг.3 - разрез Б - Б по фиг.1,

на фиг.4 - разрез В - В на фиг.1,

на фиг.5 - развертка барабана.

Охлаждаемый ролик состоит из гильзы 1, соединенной с торцов с бонками 2 и 3. Во фланце 2 выполнено осевое отверстие 4, соединяемое со входом подводящей магистрали системы охлаждения, а в бонке 3 выполнено осевое отверстие 5, соединяемое со сливной магистралью системы охлаждения. Внутри гильзы 1 установлен соосно с ней барабан 6 с одним дном 7, обращенным в сторону входа системы охлаждения. Между внутренней поверхностью гильзы 1 и каждым торцом барабана 6 установлены фланцы 8 и 9 таким образом, что между бонкой 2 и фланцем 8 образована полость 10, а между фланцем 9 и бонкой 3 - полость 11. Во фланце 8 выполнен вырез 12, а во фланце 9 - вырез 13. Между внутренней поверхностью гильзы 1 и барабаном 6 установлено четное число ребер 14 и ребро 15. При этом ширина отверстий во фланцах 8 и 9 равна линейному расстоянию между ребрами 14, а длина ребер 14 меньше расстояния между фланцами 8 и 9, а длина ребра 15 равна расстоянию между фланцами 8 и 9 и установлено ребро 15 на стыке вырезов 12 и 13. Каждое ребро из пары смежных ребер 14 прикреплено одной своей высотой к противоположным фланцам 8 и 9.

Ролик охлаждают следующим образом. Охлаждающая жидкость поступает от подводящей магистрали по каналу 4 в полость 10 через вырез 12 во фланце 8, она проходит через лабиринт, образованный ребрами 14 и ребром 15, охлаждает внутреннюю поверхность гильзы 1 и выходит из лабиринта через вырез 13 во фланце 9 в полость 11. При переходе жидкости из одного канала в смежный, образованный ребрами 14, происходит ее интенсивное перемешивание за счет изменения направления движения жидкости. Жидкость, поступающая в полость 11, заполняет внутреннюю полость барабана 6 и через сливное отверстие 5 в бонке 3 уходит в сливную магистраль. В случае кратковременного не поступления охлаждающей жидкости из подводящей магистрали в ролик, гильза 1 охлаждается за счет объема жидкости, находящейся во внутренней полости барабана 6, которая заполняет внутренне полости ролика.

Из всего вышеизложенного видно, что выполнение охлаждаемого ролика таким образом, как предложено в заявляемом решении позволяет, сохранив турбулентный характер движения охлаждающих потоков жидкости, значительно упростить изготовление барабана, снизит стоимость его изготовления, и кроме того, позволяет изменить направление движения потока охлаждающей жидкости, что способствует более интенсивному его перемешиванию, а это повышает эффективность охлаждения гильзы ролика, кроме того, стало возможным увеличить объем жидкости, циркулирующей во внутренних полостях охлаждаемого ролика, с предотвращением ее закипания с последующим отложением солей, уменьшающим сечение каналов, а это способствует улучшению эффективности охлаждения.

Изобретение относится к металлургическому машиностроению и может быть использовано, например, в машинах непрерывного литья заготовок, а также в оборудовании прокатных станов. Технический результат - снижение стоимости изготовления при одновременном повышении эффективности охлаждения ролика. Охлаждаемый ролик содержит цилиндрический барабан, установленный внутри гильзы соосно с ней, и систему охлаждения с входом и выходом охлаждающей среды. Барабан выполнен с одним дном, обращенным в сторону входа системы охлаждения. К каждому торцу барабана прикреплено по фланцу с вырезом. Вдоль цилиндрической поверхности барабана расположено нечетное количество ребер, но не меньше трех. Одно из ребер, имеющее длину, равную расстоянию между фланцами, размещено на стыке вырезов фланцев. Остальные ребра имеют длину, меньшую, чем расстояние между упомянутыми фланцами и прикреплены своими высотами к фланцам. В любой паре соседних ребер каждое прикреплено к противолежащему фланцу. 5 ил.

Охлаждаемый ролик, содержащий цилиндрический барабан, установленный внутри гильзы соосно с ней, и систему охлаждения с входом и выходом охлаждающей среды, отличающийся тем, что барабан выполнен с одним дном, обращенным в сторону входа системы охлаждения, к каждому торцу барабана прикреплено по фланцу с вырезом, а вдоль цилиндрической его поверхности расположено нечетное количество ребер, но не меньше трех, при этом одно из ребер, имеющее длину, равную расстоянию между фланцами, размещено на стыке вырезов фланцев, а остальные ребра имеют длину, меньшую, чем расстояние между упомянутыми фланцами и прикреплены своими высотами к фланцам, при этом в любой паре соседних ребер каждое прикреплено к противолежащему фланцу.