Прокатный стан Советский патент 1987 года по МПК B21B13/00 

134

бочему телу подводится от источника 19. Осуществляемый термодинамический цикл близок к циклу 1 мидта, Противоположные рабочие валки 5 находятся в одной фазе. Процессы в подпорш- невой полости 16 отстают по фазе на 90 от процессов в надйоршневой полости 10. В каждой полости каждого цилиндра за полный цикл происходят четыре процесса. Валок 5 перемещается в сторону кулачкового валка 4, обжимает полосу и одновременно поворачивает валок 4. При этом рабочее тело через теплообменник теплового Стока 21 и регенератор 20 из полос1

Изобретение относится к прокатке металлов и сплавов на кулачковых прокатных станах, в которых воздействующие на очаг деформации рабочее давление обеспечивает одновременно вращение прокатных валков путем осуществления изотермического термодинамического цикла с внешним подводом теплоты, и может быть использовано для организации прокатного производства в специфических условиях отсутствия атмосферного воздуха с применением возобновляемых источников энергии, например солнечных и геотермальных.

Цель изобретения - повьшение термодинамической эффективности процесса прокатки, увеличение мощности прокатного стана и расширение области его применения путем осуществления термодинамического цикла с внешним подводом теплоты.

На фиг.1 показан прокатный стан, поперечный разрез; на фиг.2 - то же, продольный разрез.

Прокатный стан содержит станины 1 и 2, вьшолненные с заполненной рабочей средой замкнутой геометрической камерой 3, в которой расположены неприводной кулачковый прокатный валок 4, окруженный приводными прокатными валками 5, установленными в вилках 6, хвостовики 7 которых оборудованы поршнями 8, размещенными в цилиндрах 9 с образованием надпоршне- вых полостей 10, расположенных по

ти 16 передается в тепловой источник 19, нагретое здесь рабочее тело поступает в надпоршневую полость еле- дующег о рабочего валка и цикл повторяется. Такое выполнение прокатного стана позволяет существенно увеличить термический коэффициент полезного действия, изолировать его внут ренние полости от окружающей среды, обойтись без потребления атмосферного воздуха и использовать для обеспечения работы стана возобновляемые источники энергии, например солнечную энергию. 2 ил.

окружности герметичной камеры 3, и профилированные обоймы 11, механически связанные друг с другом поперечными стержнями 12, пропущенными через отверстия 13 в неприводном кулачковом прокатном валке 4 и .взаимодействующие с опорными роликами 14, установленными на цапфах 15 приводных

прокатных валков 5.

Кроме того, прокатный стан снабжен подпоршневыми- полостями 16, выполненными в стенках 17 геометрической камеры 3, а хвостовики 7 вилок 6

снабжены неподвижными уплотнениями 1 8, при этом надпоршневая полость 10 каждого цилиндра 9 соединена с под- поршйевой полостью 16 соседнего ци- линдра 9 через последовательно включанные тепловой источник 19, регенератор 20 н тепловой сток 21.

В прокатном стане предусмотрены также средства для подачи 22 и приема 23 прокатьшаемой полосы 24.

Профиль неприводного кулачкового прокатного валка 4 выполнен с синусоидальными выступами, а профили профилированных обойм 11 - в виде эпициклоид.

Для обеспечения требуемых фазовых соотношений процессов в надпоршне- вых 10 и подпоршневых 16 полостях число синусоидальных выступов неприводного кулачкового прокатного валка 4 связано с числом цилиндров 9

следующим соотношением:

N i Т где N

(к t

li т/п

3 /2/7)

1

(1) (2)

- число синусоидальных выступов неприводного кулачкового прокатного валка 4; i - число цилиндров 9; К,т- целые положительные числа, п причем ,

Рабочий калибр образован тем, что профилированные обоймы 11 установлены эксцентрично относительно неприводного кулачкового прокатного вал- ка 4 (эксцентриситет ввиду малости не показан). Входной калибр (со стороны средства 22 для подачи) больше выходного калибра (со стороны средства 23 для приема) на величину, пропорциональную удвоенному эксцентриситету.

Тепловой источник 19 выполнен в виде теплообменника, подключенного к высокотемпературному нагревателю (фиг.2, стрелки, направленные внутрь При использовании солнечной энергии нагревателем служит фокальная область гелиоустановки, соединенная с теплообменником посредством высоко- температурньк тепловых труб.

Регенератор 20 вьшолнен в виде полости, заполненной пористым материалом, имеющим большую теплоемкость и теплоотдачу. Полость можно заполнить металлической губкой, состоящей из отдельных полос или проволочек.

Тепловой сток 21 выполнен в виде теплообменника, подключенно го к холодильнику (фиг.2, стрелки, направ- ленные наружу). При использовании стана на космических базах холодильником может служить поверхностный излучатель, соединенный с теплообменником посредством низкотемпературных тепловых труб.

Цилиндры 9 заполнены рабочим те- лом, при дальнейшем рассмотрении счиТак как профиль неп кового прокатного валк синусоидальными выступ се работы объемы рабоч поршневой 10 и в подпо лостях изменяются по с закону. При этом проце вой полости 16 отстают 90° от процессов в над ти 10, что обусловлено цилиндров 9 и числа си выступов неприводного прокатного валка 4N в

тающимся идеальным газом. В качестве 56 выражениями (l) и (2).

рабочего тела можно использовать такие газы, как, например, воздух, гелий, водород, перечисленные в порядке возрастания термодинамической эффективности при увеличении частоты вращения неприводного.кулачкового прокатного валка 4. Рабочее тело заполняет, таким образом, надпоршневую полость 10, теплообменник теплового

Первый процесс терм цикла является изотерм сом сжатия и протекает низкой температуре

55 да теплоты в тепловой надпоршневой полости 1 до минимума, а объем п лости 6 уменьшается о среднего значения. Прои

1342544

0

5

0

5 0

5

источника 19, полость регенератора 20, теплообменник теплового стока 21 и подпоршневую полость 16.

При числе цилиндров 9, равном (фиг.2) , число синусоидальных выступов неприводного кулачкового прокатного валка (, , , , а в выражении (l) принят знак минус).

В прокатном стане предусмотрены каналы (не показаны), служащие для подачи смазки ко всем движущимся элементам, такие служащие для оптимизации режима прокатки и связанные с компьютером средства для малоинерционного измерения и регулирования в процессе прокатки переднего и заднего натяжений, скорости прокатки, режимов работы теплового источника 19 и теплового стока 21.

Стан работает следующим образом.

При подводе к рабочему телу теплоты от теплового источника I9 и отводе от рабочего тела теплоты в тепловой сток 21 в каждой надпоршневой полости 10 и связанной с ней регенератором 20 подпоршневой полости 16 осуществляется замкнутый термодинамический цикл с внешним подводом теплоты, близкий к циклу Шмидта. Объем рабочего тела в надпоршневой полости 10 находится при высокой температуре ., а объем рабочего тела в подпоршневой полости 16 находится при низкой температуре Т. Температурный градиент между торцовыми поверхностями регенератора 20 равен Т„(„.

Так как профиль неприводного кулачкового прокатного валка 4 выполнен с синусоидальными выступами, в процессе работы объемы рабочего тела в надпоршневой 10 и в подпоршневой 16 полостях изменяются по синусоидальному закону. При этом процессы в подпоршневой полости 16 отстают по фазе на 90° от процессов в надпоршневой полости 10, что обусловлено выбором числа цилиндров 9 и числа синусоидальных выступов неприводного кулачкового прокатного валка 4N в соответствии с

выражениями (l) и (2).

Первый процесс термодинамического цикла является изотермическим процес- сом сжатия и протекает при постоянной низкой температуре за счет отво55 да теплоты в тепловой сток 21. Объем надпоршневой полости 10 уменьшается до минимума, а объем подпоршневой полости 6 уменьшается от максимума до среднего значения. Производимая в

этом процессе, работа отрицательна и производится за счет инерции вращаю- п;егося .неприводиого кулачкового про- . катного валка 4 и изотермических процессов расширения, протекающих в дру- с

гих цилиндрах 9.

Второй процесс термодинамического цикла является изохорным процессом регенеративной теплоотдачи и протекает при постоянном суммарном объеме надпоршневой 10 и подпоршневой 16 полостей. Объем надпоршневой полости 10 увеличивается от минимума до среднего значения, а объем подпоршне3425446

сом регенеративной теплоотдачи и протекает при постоянном суммарном объеме надпоршневой 10 и подпоршиевой 16 полостей, Объем надпоршневой полости 1 О уменьшается от максимума до среднего значения, а объем подпоршневой полости 16 увеличивается от среднего значения До максимума. Температура рабочего тела уменьшается от вы10 сокой температуры низкой температуры за счет передачи теплоты регенерации от рабочего тела регенератору 20, рабочее тело протекает из надпоршневой 10 в подпоршневую 16 повой полости 16 уменьшается от средне- t3 . лость, Работа в этом процессе не производится. Приводной прокатный валок 5 перемещается от центра неприводного кулачкового прокатного валка 4. При этом опорные ролики 14, взаимодействующие с рабочими поверхностями профилированных обойм 11 и ограничивающие перемещение приводных прокатных валков 5 от центра неприводного кулачкового прокатного валка 4, когда давление прокатываемой полосы 24 превьш1ает давление в на:дпоршневой полости 10 цилиндра 9, обеспечивает постоянство зазоров между неприводным кулачковым прокатным валком 4 и приводными прокатными валками 5 в течение всего периода работы, что позволяет уменьшить разнотолщинность и повысить качество прокатки.

Этим замыкается осуществляемый в прокатном стане термодинамический цикл. Процессы в остальных цилиндрах 9 протекают аналогично и только сдвинуты по фазе.

Как видно, цикл состоит из двух изотермических и двух изохорных процессов. Термический КПД цикла близок к предельному, а количество подводимой в цикле теплоты больше, чем в цикле Карно, Вместе с возможностью использования возобновляемых источников энергии это позволяет повысить термодинамическую эффективность процесса прокатки, увеличить мощность прокатного стана без увеличения его

го значения до минимума. Темпера тура рабочего тела yвeл rчивaeтcя oi низкой температуры 1 до высокой температуры ,за счет передачи теплоты регенерации от регенератора 20 рабо- 20 чему телу, рабочее тело перетекает из подпоршневой полости 16 в надпорш- невую полость 10. Работа в этом процессе не производится.

.

Третий процесс термодинамического

цикла является изотермическим процессом расширения и протекает при постоянной высокой температуре счет подвода теплоты от теплового ис- jg точника 19, Объем надпоршневой полости 10 увеличивается от среднего значения до максимума, объем подпоршневой полости 16 увеличивается от минимума до ср еднего значения. Производимая в этом процессе работа положительна и используется для осуществления процесса прокатки. Давление в надпоршневой полости 10 цилиндра 9 возрастает до максимального значения и передается через поршень 8, хвостовик 7, -вилку 6 и приводной прокатный валок 5 в очаг деформации и одновременно через прокатьшаемую полосу 24 на неприводной кулачковый прокатный валок 4, Приводной прокатп 1Й валок 5 перемещается к центру неприводного кулачкового прокатного валка 4, При

35

40

45

этом за счет взаимодействия с кулач- .ковой поверхностью неприводного кулач-5о габаритов и значительно расширить об- кового прокатного валка 4, кроме нор- ласть его применения, мальной составляющей силы, действующей на очаг деформации прокатьшаемой полосы 24, появляется тангенциальная составляющая сила, которая создает приводящий во вращение прокатные валки 4 и 5 крутящий момент.

Четвертый процесс термодинамического цикла является изохорным процесФормула изобретения

Прокатный стан, содержащий станины, выполненные с заполненной рабочей средой замкнутой герметичной камерой, в которой расположены непри- водной кулачковый прокатный валок.

сокой температуры низкой температуры за счет передачи теплоты регенерации от рабочего тела регенератору 20, рабочее тело протекает из надпоршневой 10 в подпоршневую 16 погабаритов и значительно расширить об- ласть его применения,

Формула изобретения

Прокатный стан, содержащий станины, выполненные с заполненной рабочей средой замкнутой герметичной камерой, в которой расположены непри- водной кулачковый прокатный валок.

окруженный приводными прокатными валками, установленными в вилках, ХБОС- товики которых оборудованы поршнями, размещенными с образованием надпорш- невых полостей в цилиндрах, расположенных по окружности герметичной камеры, и профилированные обоймы, связанные одна с другой поперечными стержнями,пропущенными через отверстия в неприводном кулачковом прокатном валке, и взаимодействующие с опорными роликами, установленными на цапфах приводных прокатных валков, отличающийся тем, что, с целью повышения термодинамической эф

)5

25448

фек гивности процесса прокатки, увелит чсния мощности прокатного стана и расширения области его применения путем осуществления термодинамического цикла с внешним подводом теплоты, он снабжен подпоршневыми полостями, выполненными в стенках герметичной камеры, а хвостовики вилок снабжены неподвижными уплотнениями, при этом надпоршневая полость каждого цилиндра соединена с подпоршневой полостью соседнего цилиндра через последовательно включенные тепловой источник-, регенератор и тепловой сток.

ГО

/ // /4

Л......1.,..

Изобретение относится к прокатке металлов и сплавов на кулачковых прокатных станах и может быть использовано для организации прокатного производства в специфических условиях отсутствия атмосферного воздуха с применением возобновляемых источников энергии. Цель изобретения - повышение термодинамической эффективности процесса прокатки, увеличение мощности прокатного стана и расширение области его применения путем осуществления термодинамического цикла с внешним подводом теплоты. Тепло к ра-:Z3 (Л 00 4 ю ел 4 4;:

Редак тор Н.Рогулич Заказ 4545/6

Составитель Г.Ростов

Техред Л.Сердюкова Корректор М.Максимишинец

Тираж 480Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

.по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул,Проектная,4