УПЛОТНЕНИЕ ШЕЙКИ ПРОКАТНОГО ВАЛКА КЛЕТИ ПРОКАТНОГО СТАНА Российский патент 2017 года по МПК B21B31/07 F16J15/34 

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ

Эта заявка заявляет преимущество находящейся в процессе одновременного рассмотрения предварительной заявки на патент США, озаглавленной "Уплотнение шейки прокатного валка", поданной 28 сентября 2011 г. и имеющей номер 61/540017, которая включена сюда в качестве ссылочного материала.

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Область техники, к которой относится изобретение

Варианты осуществления настоящего изобретения относятся в целом к уплотнительному устройству и, более конкретно, к уплотнению шейки прокатного валка клети прокатного стана для металлопрокатных станов, включая сталепрокатные станы.

2. Описание известного уровня техники

Как описано и показано в патентах США №5557405 и 6134930, содержание каждого из которых включено сюда в качестве ссылочного материала, одноклетевой металлопрокатный стан блочного типа имеет пары противоположно наклоненных рабочих валков, расположенных последовательно вдоль линии прокатки для прокатки стержневых и брусковых изделий без скручивания. Каждая клеть прокатного стана внутри смазывается маслом и часто охлаждается снаружи водой охлаждения. Уплотнение шейки прокатного валка обычно используется в клети прокатного стана для предотвращения проникновения воды и вытекания масла из корпуса прокатного валка, в частности, когда ось прокатного валка может отклоняться под воздействием нагрузки при защемлении или зажимании прокатываемого изделия.

Известные устройства уплотнения шейки прокатного валка показаны на фиг. 3 патента США №6134 930. Кольцевое в целом имеющее C-образное сечение эластомерное уплотнительное кольцо 56 ограничено в осевом направлении в пределах пары маслосъемных отражателей. Уплотнительное кольцо и маслосъемные отражатели ограничивают валок 40 и удерживаются в корпусе стана держателем или уплотнительной пластиной 54. Внутренняя периферия уплотнительной пластины 54, окружающая ось валка 40, удерживается внутри С-образного сечения уплотнительного кольца 56. Как указано в указанном выше патенте №6134930, обычно после износа уплотнительных колец они нуждаются в замене. Замена уплотнительного кольца требует демонтажа компонентов прижимной уплотнительной пластины и уплотнительного кольца. Желательно увеличить срок службы уплотнения шейки прокатного валка для уменьшения частоты замены уплотнительного кольца. Также желательно сохранить заданную эффективность уплотнения во время срока службы уплотнения.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Устройство уплотнения шейки прокатного валка, соответствующего настоящему изобретению, компенсирует износ уплотнения посредством введения текучей среды под давлением, такой как воздух, позади уплотнения таким образом, чтобы уплотнение оставалось в контакте с противоположной в осевом направлении поверхностью в ходе работы металлопрокатного стана. Когда уплотнение изнашивается вдоль оси, остающаяся неповрежденная часть уплотнения прижимается в контакт с сопрягающейся противоположной осевой поверхностью, например, маслосъемного кольца прокатного валка или удерживающей пластины. Предпочтительно уплотнение расположено в стационарной удерживающей пластине, которая в осевом направлении противостоит вращающемуся маслосъемному кольцу.

Варианты осуществления настоящего изобретения показывают устройство уплотнения шейки прокатного валка линии прокатки, которое включает в себя валок, имеющий окружность и осевую длину. Первый осевой удерживающий элемент окружает по окружности валок и имеет первую осевую поверхность. Уплотнение окружает валок и имеет первую поверхность осевого уплотнения в контакте с первой осевой поверхностью. Уплотнение также имеет вторую осевую поверхность. Полость сообщается с уплотнением, которое, в свою очередь, сообщается с источником текучей среды под давлением, который смещает первую уплотнительную осевую поверхность в контакт с указанной первой осевой поверхностью.

Варианты осуществления настоящего изобретения также показывают устройство уплотнения шейки прокатного валка линии прокатки, включающий в себя валок, имеющий окружность и осевую длину. Первое маслосъемное кольцо окружает по окружности валок и имеет первую осевую поверхность. Удерживающая пластина также окружает по окружности валок и имеет вторую осевую поверхность в противоположном отнесенном положении относительно первой осевой поверхности маслосъемного кольца. Первое уплотнение окружает по окружности валок и расположено между первой и второй осевыми поверхностями. Это уплотнение имеет первую поверхность осевого уплотнения в контакте с одной из осевых поверхностей и вторую осевую поверхность. Первая полость образована между второй осевой поверхностью первого уплотнения и другой из указанных осевых поверхностей для сообщения с источником текучей среды под давлением, которая смещает указанную первую осевую поверхность первого уплотнения в контакт с указанной одной из осевых поверхностей.

Другие варианты осуществления настоящего изобретения показывают способ уплотнения шейки прокатного валка линии прокатки посредством расположения первого уплотнения между первым маслосъемным кольцом валка, имеющим первую осевую поверхность, и удерживающей пластиной, имеющей вторую осевую поверхность в противоположном отнесенном положении относительно первой осевой поверхности. Первое уплотнение смещается к одной из осевых поверхностей источником текучей среды под давлением.

Признаки, соответствующие цели настоящего изобретения, могут быть применены совместно или индивидуально в любой комбинации или субкомбинации специалистами в данной области техники.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Идеи настоящего изобретения можно легко понять при рассмотрении следующего подробного описания в сочетании с прилагаемыми чертежами, на которых:

фиг. 1 - схематический вид в плане металлопрокатной линии, включающей в себя множество однорядных клетей чистовой обработки металлических стержней, включающих в себя пары противоположных имеющих шейку валков, которые соответственно включают в себя варианты выполнения уплотнений шейки валка согласно настоящему изобретению;

фиг. 2 - вид сверху клети чистовой обработки металлического стержня, показанной на фиг. 1, которая включает в себя варианты выполнения уплотнений шейки валка согласно настоящему изобретению;

фиг. 3 - вид сверху корпуса клети чистовой обработки металлического стержня, показанной на фиг. 1, который включает в себя варианты выполнения уплотнений шейки валка согласно настоящему изобретению;

фиг. 4 - вид вертикального сечения верхней части клети прокатного стана блока высокоскоростной чистовой обработки, который включает в себя варианты выполнения уплотнений шейки валка согласно настоящему изобретению, выполненного по линии 4-4 на фиг. 3;

фиг. 5 - подробный вид вертикального сечения варианта выполнения уплотнения шейки прокатного валка, соответствующего настоящему изобретению;

фиг. 6 - вид осевого сечения варианта выполнения уплотнения шейки прокатного валка, соответствующего настоящему изобретению; и

фиг. 7 - вид с пространственным разделением деталей варианта выполнения уплотнения шейки прокатного валка, соответствующего настоящему изобретению.

Для облегчения понимания, где это возможно, использованы идентичные ссылочные позиции для обозначения идентичных элементов, которые аналогичны на фигурах.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

Для облегчения понимания вариантов осуществления изобретения, принципов и признаков настоящего изобретения они описаны далее со ссылками на вариант выполнения в иллюстративных вариантах осуществления изобретения. В частности, они описаны в контексте устройств уплотнения прокатного валка клетей прокатного стана и относящихся к нему систем. Однако варианты осуществления настоящего изобретения не ограничены использованием в описанных системах.

В примерном варианте осуществления изобретения при использовании текучих сред под давлением, таких как сжатый воздух, два уплотнительных кольца могут быть смещены внутрь стенок отражателя для уплотнения в обоих осевых направлениях. Давление воздуха может оставаться постоянным и может действовать подобно пружине, когда любое отклонение конца прокатного валка заставляет маслосъемные кольца двигаться относительно пластины для удерживания уплотнения, такого как пластина в форме восьмерки, которая используется для удерживания уплотнений пары валков однорядной клети прокатного стана. Когда узел устройства уплотнения вращается, износ может (и вероятно будет) происходить на уплотнительных кольцах, но поскольку они имеют некоторую длину и находятся под давлением, они будут подаваться в течение более продолжительного времени по сравнению с известными работающими без давления уплотнениями шейки прокатного валка. В результате осуществления объектов настоящего изобретения срок службы уплотнения может быть увеличен и, таким образом, будет намного больше, чем у обычного уплотнения, поскольку оно непрерывно себя восстанавливает. Таким образом, надежность уплотнения и срок службы устройства уплотнения, соответствующего настоящему изобретению, увеличены по сравнению с обычными, работающими без воздействия давления уплотнениями. Уплотнение может быть выполнено с осевыми каналами или внешними осевыми полостями осевых поверхностей для обеспечения продувки воздухом снаружи уплотнения к маслосъемным кольцам. Положительное давление воздуха, выходящего изнутри устройства уплотнения к маслосъемному кольцу и корпусу стана, также может содействовать предотвращению проникновения охлаждающей воды в зону уплотнения.

На фиг. 1 и 2 показан чистовой волочильный барабан прокатного стана или линия 10 для прокатки однониточного металлического продукта Р, имеющая общую конструкцию и работающая как показано и описано в указанном выше патенте США №6134 930. Чистовой волочильный барабан 10 приводится повышающей передачей 12 и приводным электродвигателем 14. Клети 16 прокатного стана имеют консольные пары рабочих валков 18, поочередно смещенных и расположенных в шахматном порядке на 90 градусов относительно друг друга. Клети 16 прокатного стана соединены с повышающей передачей 12 сегментами 20 вала линии и соединениями 22.

Как показано на фиг. 3 и 4, каждая клеть 16 прокатного стана включает в себя крышку корпуса или переднюю пластину 26, при этом источник 28 текучей среды под давлением для смещения уплотнений шейки прокатного валка сообщается с удерживающей пластиной 30, которая окружает по окружности оба рабочих валка 18. Удерживающая пластина 30 часто упоминается как "пластина в форме восьмерки" из-за пары выровненных отверстий, через которые пара рабочих валков 18 отступает от стана 16. Каждый из рабочих валков 18 соединен с соответствующей осью 40 валка, которая приводится одним из сегментов трансмиссионного вала 20. Каждый вал 40 валка имеет шейку 42 вала, которая выровнена вдоль оси удерживающей пластины 30.

Компоненты уплотнительного устройства показаны более подробно на фиг. 5-7. Удерживающая пластина 30 имеет патрубок 32, который соединен с источником 28 текучей среды под давлением. Патрубок 32 сообщается с каналом 34 и кольцевой полостью, сформированной на обеих сторонах осевых поверхностей удерживающей пластины, окружая по окружности вал 40 валка и шейку 42 вала. В варианте выполнения клети прокатного стана, показанном на фиг. 4, с парой консольных валов 40 валков каждая из частей удерживающей пластины 30 в форме восьмерки, которая окружает по окружности каждую соответствующую шейку 42 вала валка, имеет полость 36 для сообщения текучей среды под давлением, канал 34 и патрубок 32, который соединен с источником текучей среды под давлением (например, сжатого воздуха), но в альтернативном варианте каждое устройство уплотнения может питаться текучей средой под давлением через отдельные полости или комбинации разделенных полостей.

Устройство уплотнения шейки валка также имеет пару круглых маслосъемных колец 52, 54, которые окружают по окружности шейку 42 валка и вращаются с валком 40. Кольцевой зазор между наружным диаметром шейки 42 вала и внутренними диаметрами соответствующих маслосъемных колец 52, 54 уплотнен парой кольцевых уплотнителей 60, которые радиально и вдоль оси удерживаются в пределах паза, образованного на каждом соответствующем внутреннем диаметре маслосъемного кольца. Маслосъемные кольца 52, 54 имеют противоположные осевые поверхности, которые также отнесены в осевом направлении от соответствующих осевых поверхностей удерживающей пластины 30. Пара в целом круглых кольцевых уплотнений 62, 64 удерживается в каждой соответствующей полости 36 удерживающей пластины, которая выполнена в каждой осевой поверхности удерживающей пластины 30, таким образом, окружая по окружности валок 40 / шейку 42 валка. Кольцевые уплотнения 62, 64 имеют соответствующие первые осевые уплотнительные поверхности, которые находятся в осевом контакте с соответствующей осевой поверхностью маслосъемного кольца 52, 52. Таким образом, осевой и радиальный размеры кольцевого зазора между соответствующими маслосъемными кольцами 52, 54 и удерживающей пластиной 30 эффективно уплотнены соответствующими кольцевыми уплотнениями 62, 64. Кольцевые уплотнения 62, 64 выполнены из эластичного материала, такого как эластомерный материал, который изгибается для соответствия локализованным изменениям в осевом и/или радиальном зазоре между валком 40 и удерживающей пластиной 30, вызванными переменными нагрузками на рабочие валки 18. Текучая среда под давлением в соответствующих полостях 36 пластины, воздействующая на вторую осевую поверхность каждого из соответствующих кольцевых уплотнений 62, 64, смещает каждое из кольцевых уплотнений в осевом направлении наружу к соответствующей ему осевой поверхности маслосъемного кольца. Когда соответствующие кольцевые уплотнения 62, 64 неизбежно изнашиваются в результате контакта с соответствующими им вращающимися маслосъемными кольцами 52, 54, текучая среда под давлением в полости 36 поддерживает осевое давление между уплотнениями и маслосъемными кольцами.

Кольцевые уплотнения 62, 64 могут быть выполнены с ориентированными вдоль оси каналами для выпуска текучей среды под давлением изнутри удерживающей пластины 30 в окружающие зоны вне устройства уплотнения шейки для изоляции внутренних пространств клети 16 прокатного стана от окружающего пространства прокатного стана. Один тип примерного осевого канала для выпуска предусматривает формирование осевых выемок 66 на внешнем диаметре кольцевого уплотнения 62 на стороне корпуса. Выпуск под повышенным давлением уменьшает вероятность того, что охлаждающая вода (а также обломки, генерируемые во время прокатки металла) будут проникать в клеть 16.

Хотя показанные здесь примерные варианты осуществления изобретения имеют стационарную удерживающую пластину 30 с полостями 36 для текучей среды под давлением для смещения кольцевых уплотнений 62, 64 вдоль оси к паре примыкающим по бокам маслосъемных колец 52, 54, при осуществлении настоящего изобретения могут быть использованы другие конфигурации уплотнения, включающие смещаемые давлением уплотнения. Например, единственное вращающееся маслосъемное кольцо с парой противоположных осевых поверхностей может быть вдоль оси окружено парой отнесенных друг от друга стационарных удерживающих пластин с полостями под давлением, которые смещают кольцевые уплотнения вдоль оси внутрь к осевым поверхностям маслосъемного кольца. В альтернативном варианте при осуществлении настоящего изобретения пары кольцевых уплотнений можно заменить устройством с одним маслосъемным кольцом/кольцевым уплотнением/удерживающей пластиной.

Хотя здесь показаны и описаны подробно различные варианты выполнения, которые включают идеи настоящего изобретения, специалисты в данной области техники могут легко разработать много других различных вариантов осуществления изобретения, которые все же включают эти идеи. Хотя здесь подробно описаны и показаны различные варианты выполнения, которые включают идеи настоящего изобретения, специалисты в данной области техники могут легко разработать много других различных вариантов осуществления изобретения, которые все же включают эти идеи. Изобретение не ограничено при его применении деталями примерного варианта выполнения конструкции и расположением компонентов как указано в описании или показано на чертежах. Изобретение пригодно для других вариантов и может практиковать или осуществляться различными способами. Кроме того, следует понимать, что фразеология и терминология использована здесь с целью описания и не должна расцениваться как ограничение. Использование терминов "включающий", "содержащий" или "имеющий" и их вариаций здесь означает охват элементов, перечисленных далее, и их эквивалентов, а также дополнительных элементов. Если не определено или ограничено иначе, термины "установленный", "соединенный", "удерживаемый" и "сцепленный" и их вариации использованы в широком смысле и охватывают непосредственную и опосредованную установку, соединения, опоры и сцепления. Кроме того, термины "соединенный" и "сцепленный" не ограничены физическими или механическими соединениями или сцеплениями.

Изобретение относится к уплотнениям шейки прокатного валка прокатного стана. Устройство для уплотнения шейки прокатного валка прокатного стана содержит первое маслосъемное кольцо (54), расположенное по окружности валка (40), имеющее первую осевую поверхность, удерживающую пластину (30), окружающую валок (40) и имеющую вторую осевую поверхность в противоположном отнесенном положении относительно первой осевой поверхности. Первое уплотнение (64), расположенное по окружности валка (40) и размещенное между упомянутыми первой осевой поверхностью маслосъемного кольца (54) и противолежащей ей второй осевой поверхностью удерживающей пластины (30). Причем уплотнение (64) имеет первую поверхность осевого уплотнения в контакте с первой осевой поверхностью маслосъемного кольца (54) и вторую осевую поверхность. Уплотнение снабжено полостью, расположенной между второй осевой поверхностью первого уплотнения (64) и одной из осевых поверхностей маслосъемного кольца (54), сообщенной с уплотнением (64) и с источником (28) текучей среды под давлением для обеспечения смещения указанной первой поверхности осевого уплотнения первого уплотнения (64) в контакт с указанной первой осевой поверхностью маслосъемного кольца (54). Технический результат заключается в увеличении срока службы уплотнения шейки прокатного валка за счет уменьшения частоты замены уплотнительного кольца. 3 н. и 15 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Устройство для уплотнения шейки прокатного валка прокатного стана, содержащее:

первое маслосъемное кольцо (54), расположенное по окружности валка (40), имеющего осевую длину, и имеющее первую осевую поверхность,

удерживающую пластину (30), окружающую валок (40) и имеющую вторую осевую поверхность в противоположном отнесенном положении относительно первой осевой поверхности,

первое уплотнение (64), расположенное по окружности валка (40) и размещенное между упомянутыми первой осевой поверхностью маслосъемного кольца (54) и противолежащей ей второй осевой поверхностью удерживающей пластины (30),

причем уплотнение (64) имеет первую поверхность осевого уплотнения в контакте с первой осевой поверхностью маслосъемного кольца (54) и вторую осевую поверхность, отличающееся тем, что предусмотрена полость, выполненная между второй осевой поверхностью первого уплотнения (64) и одной из осевых поверхностей маслосъемного кольца (54), при этом полость сообщена с уплотнением (64) и с источником (28) текучей среды под давлением для обеспечения смещения указанной первой поверхности осевого уплотнения первого уплотнения (64) в контакт с указанной первой осевой поверхностью маслосъемного кольца (54).

2. Устройство по п.1, в котором уплотнение (64) имеет ориентированный в осевом направлении канал для выпуска текучей среды под давлением к первой поверхности осевого уплотнения.

3. Устройство по п.1 или 2, в котором источник (28) текучей среды под давлением содержит сжатый воздух.

4. Устройство по п.1, в котором выполнена полость в одном из удерживающей пластины (30) и маслосъемного кольца (54).

5. Устройство по п.4, в котором маслосъемное кольцо (54) и удерживающая пластина (30) для удерживания шейки валка образуют первый и второй осевые удерживающие элементы валка (40).

6. Устройство по п.4 или 5, которое содержит:

третий осевой удерживающий элемент, окружающий по окружности валок и имеющий третью осевую поверхность в противоположном отнесенном положении относительно второго осевого удерживающего элемента,

второе уплотнение (62), расположенное между вторым и третьим осевыми удерживающими элементами.

7. Устройство по п.6, которое содержит:

второе уплотнение (62), имеющее первую поверхность осевого уплотнения в контакте с третьей осевой поверхностью,

вторую полость, сообщающуюся со вторым уплотнением (62) и с источником (28) текучей среды под давлением, которая смещает указанную вторую и первую уплотнительную осевую поверхность в контакт с указанной третьей осевой поверхностью.

8. Устройство по п.7, в котором второй осевой удерживающий элемент содержит удерживающую пластину (30) для удерживания шейки валка, имеющую первую и вторую полости и канал (34) для текучей среды под давлением, сообщающийся с обеими из первой и второй полостей для соединения с источником (28) текучей среды под давлением.

9. Устройство по п.1, которое содержит:

удерживающую пластину (30), имеющую третью осевую поверхность, противоположную второй осевой поверхности,

второе маслосъемное кольцо (52), имеющее четвертую осевую поверхность в противоположном отнесенном положении относительно третьей осевой поверхности,

второе уплотнение (62), расположенное между удерживающей пластиной и вторым маслосъемным кольцом (52).

10. Устройство по п. 9, которое содержит:

второе уплотнение (62), имеющее первую поверхность осевого уплотнения в контакте с четвертой осевой поверхностью второго маслосъемного кольца (52),

вторую полость, сообщающуюся со вторым уплотнением и с источником (28) текучей среды под давлением, которая смещает первую поверхность осевого уплотнения указанного второго уплотнения (62) в контакт с указанной четвертой осевой поверхностью.

11. Устройство по п.10, в котором удерживающая пластина (30) представляет собой стационарную удерживающую пластину, имеющую первую и вторую полости, и канал для текучей среды под давлением, сообщающийся с обеими из первой и второй полостей для сообщения с источником (28) текучей среды под давлением.

12. Устройство по п.10, в котором, по меньшей мере, одно из первого (64) и второго (62) уплотнений имеет ориентированный в осевом направлении канал (66) для выпуска текучей среды под давлением к соответствующей первой поверхности осевого уплотнения.

13. Клеть прокатного стана, содержащая корпус с прокатными валками и пару расположенных противоположно параллельно устройств для уплотнения шейки прокатных валков по п.1.

14. Способ уплотнения шейки прокатного валка (40) прокатного стана с использованием устройства по п.1, включающий:

расположение первого уплотнения (64) между первым маслосъемным кольцом (54) валка, имеющим первую осевую поверхность, и удерживающей пластиной (30), имеющей вторую осевую поверхность в противоположном отнесенном положении относительно первой осевой поверхности, и

смещение первого уплотнения (64) к одной из упомянутых осевых поверхностей при помощи источника текучей среды под давлением.

15. Способ по п.14, который включает выпускание через выпуск текучей среды под давлением через ориентированный в осевом направлении канал (66) в первом уплотнении (64).

16. Способ по п.14 или 15, который включает расположение второго уплотнения (62) между третьей осевой поверхностью, образуемой удерживающей пластиной (30), и вторым маслосъемным кольцом (52), имеющим четвертую осевую поверхность в противоположном отнесенном положении относительно третьей осевой поверхности,

смещение второго уплотнения (62) к одной из противоположных осевых поверхностей удерживающей пластины (30) и второго маслосъемного кольца (52) при помощи источника (28) текучей среды под давлением.

17. Способ по п.14 или 15, который включает смещение обоих первого (64) и второго (62) уплотнений при помощи общего источника (28) текучей среды под давлением, сообщающимся с полостью (34), выполненной в удерживающей пластине (30), которая принимает оба уплотнения (64, 62).

18. Способ по п. 16, который включает смещение обоих первого (64) и второго (62) уплотнений при помощи общего источника (28) текучей среды под давлением, сообщающимся с полостью (34), выполненной в удерживающей пластине (30), с которой контактируют оба уплотнения (64, 62).