Устройство для охлаждения цилиндрических изделий Советский патент 1991 года по МПК C21D1/62 C21D9/08 

(Л

С

Изобретение относится к термообработке и может быть использовано для-закал- кю цилиндрических изделий, например труб. Цель изобретения - повышение равномерности охлаждения изделий и снижение энергозатрат. Устройство содержит спрей- ер, состоящий из кольцевого коллектора с форсунками, оси которых расположены под углом к радиальному направлению. Внутри спрейера соосно с ним установлен ротор с лопастями, расположенными под углом к радиальному направлению. Прямая, соединяющая внутреннюю и наружную кромки соседних лопастей, пересекается с окружностью, проходящей по срезу форсунок с образованием угла а. с диаметром этой окружности. Ротор соединен с приводом вращения. 7 ил.

Изобретение относится к термообработке и может быть использовано для охлаждения цилиндрических изделий, например труб.

Цель изобретения - повышение равномерности охлаждения изделий и снижение энергозатрат.

На фиг. 1 показано устройство, продольный разрез; на фиг.2 - то же, вид сбоку; на фиг.3-5 - относительное положение струй и . лопаток в различные моменты времени; на фиг.6 - следы движения струй по боковой поверхности изделий; на фиг.7,-схема взаимного положения элементов устройства.

Устройство состоит из спрейера, выполненного в виде кольцевого коллектора 1 с равномерно расположенными по его пери- метру форсунками 2 для подачи охлаждающей жидкости и установленного на подшипниках 3 соосно со спрейером ротора

4 с лопастями 5, равномерно установленными по периметру ротора 4. Оси форсунок 2 направлены на внутреннюю, т.е. обращенную к центру спрейера, сторону лопастей 5 и расположены под углом а к радиальному направлению. Прямая, соединяющая внутреннюю и наружную кромки соседних лопастей, пересекается с окружностью, проходящей по срезу форсунок с образованием угла а с диаметром этой окружности. Ротор соединен приводом 6 вращения с электродвигателем 7. Коллектор запитыва- ется охлаждающей жидкостью через патрубок 8.

Устройство работает следующим образом.

В коллектор 1 через патрубок 8 подают охлаждающую жидкость. Ротор 4 приводят во вращение в сторону наклона форсунок посредством привода 6 вращения от двигао о

S

01

теля 7, Охлаждаемое изделие 9 подают вдоль оси коллектора. Поскольку ротор 4 вращается в сторону наклона форсунок 2, струи воды не отражаются от лопастей 5, а стекают по их внутренней поверхности в сторону изделия 9 в направлении, задаваемом положением лопастей. В процессе вра- щения ротора каждая струя попадает сначала на верхнюю часть лопасти (фиг.З, точка 1), затем перемещается по ее поверхности (фиг.4, точки 2 и 3). При подходе струи к нижней кромке лопасти (фиг,5, точка 3) она перекрывается верхней кромкой последующей лопасти (фиг.5, точка 1) и при этом возвращается в исходное положение. Таким образом, струи воды совершают колебательное движение в плоскости, перпендикулярной оси спрейера. Места падения струй на поверхность обрабатываемого изделия при различных положениях ротора показаны на фиг.З - 5 точками 4,5 и 6.

В процессе колебания струи омывают изделие так, что зона охлаждения его поверхности остается неразрывной. На фиг.б изображена эпюра движения струй на 1/4 поворота ротора, состоящего из восьми лопастей.

Для того, чтобы выполнялось требуемое условие одновременного пересечения осей форсунок верхней и нижней кромок соседних лопастей, последние должны быть установлены к радиальному направлению под углом р , рассчитываемым по формуле

rn N R

bill (71 Т clIUlU -

j8 arctg

sin +arctgRW)-rtslna

Гп

cos ft + arctg У

n 2

где центральный угол между лопастями, равный центральному углу между форсунками;

а - угол наклона форсунок к радиальному направлению;

R - радиус спрейера по срезу форсунок;

гп - минимальный радиус трубы, которую предполагалось охлаждать в спрейере.

Наружный диаметр ротора определяют по формуле

п 2 гп

01 -1щдВнутренний диаметр ротора определяют по формуле

Da 2 R sin а .

Вывод приведенных соотношений проводится по фиг.7:

OB ncosy;

PC PNtg«;

PN R- nsiny ;

ИЛИ

OB PC;

ncos у (R-nsln y) td а

....

n cos у cos а R sin a - n sin у cos a;

P cos у cos a + sin у sin a - sin a;

P cos(y-a) - sin a,

отсюда

у arccos (p sin a) + a .

Угол S равен углу а как углы с перпендикулярными сторонами:

МТ resin (О; . MT MDslnЈ;

rasinet) MDstn/3;

.. n „ slnuJ.

М°-Г2Ж ;

П MDCOS/S + Г2С05 ft) ;

cos 6

П Г2 Sin CO .7 7 + Г2С08 CO ;

r sin/ slna)cos/8 + cos wsln/3;

sln(co-t-#), отсюда

30

ft) arcsin ( sin /3) -/3;

со; ,R

щ - arccos (p sin a) + a - a - -arcsin (- sintf) -в.

f2г/ г

Предельная величина наружного радиуса ротора, которая при заданном угле ft позволяет струе попадать на поверхность охлаждаемого изделия, определяется по соотношению

Для обеспечения выполнения условий, заданных в формуле, ось струи в точке М должна быть касательной к внутренней окружности ротора

r2 Rslna.

Подставив полученные выражения в форму- лу, определяющую угол, и решив ее, получим

5 вагсЧ

II

sin и arcsin

2

RsfneO/ rr

sin A

It

005 l +orcsi n

ГУ, Rsin

-.}

$ Т

Пример. Трубу диаметром Dn 60 мм охлаждают в спрейере диаметром (D) 500 мм

восьмью форсунками, центральные углы между которыми ij 45° (фиг.7). Форсунки наклонены к радиальному -направлению спрейера под углом а 30 град,

Внутренний диаметр ротора равен Da Dsin a 500. sin30-250 мм. Угол наклона лопасти к радиальному направлению равен . л

s-in (h at-ся п г-Д-Л - sin А /ч .«, 1L,. -Т

cos h +oresin

DiinAJ

: ctrcta

5,-h(45tar - -l 5l-n30 «s (« «resin 5M Ј;,„)

-90r-9e

D Dn

sinyS sin (p

- 345 MM .

Минус показывает, что угол откладывается в сторону, противоположную углу t.

Наружный диаметр ротора равен 60

В таком спрейере могут охлаждаться трубы диаметром 60-200 мм. Верхний пре- дел устанавливается из условий возможности прохождения трубы через устройство. Труба диаметром 60 мм имеет периметр 188 мм. При охлаждении трубы в известном устройстве восемь форсунок диаметром 10 мм непосредственно струями воды охлаждают только 42% поверхности. Вся остальная поверхность трубы охлаждается растекающимся потоком воды, что снижает равномерность и интенсивность охлажде- ния, т.е. его качество. Кроме того, неравномерность охлаждения имеется также в зоне факела форсунок. В известном устройстве для трубы большего диаметра неравномерность охлаждения увеличивается. Не- равномерность, обусловленная разной интенсивностью внутри факела струи, значительно снижается при диаметре форсунок 5 мм. Для равномерного охлаждения трубы диаметром 200 мм (т.е. для смыкания зон

0

5

0

5 0 5 0 5

орошения) необходимо сорок форсунок. Суммарная площадь форсунок составляет- 785 мм Для предлагаемого устройства суммарная площадь составляет 628 мм. Таким образом, при разных скоростях истеченил струй расход охлаждающей жидкости в предлагаемом устройстве на 20% ниже по сравнению с известным.

Таким образом, предлагаемое устройство по сравнению с известным имеет следующие преимущества:

колебание струй в плоскости, перпендикулярной оси спрейера, нивелирует разницу в интенсивности охлаждения внутри факела струй и вне его, ч го повышает равномерность охлаждения;

суммарная площадь поперечного сечения форсунок для предлагаемого устройства меньше по сравнению с известным, что позволяет обеспечить те же скорости истечения струй при меньших расходах охлаждающей жидкости, т.е. снизить расходы энергии на ее перекачку;

перемещение струй позволяет охлаждать изделия меньшим числом форсунок с большей площадью поперечного сечения отверстия; такие форсунки устойчивы к засорению, что также повышает равномерность охлаждения.

Формула изобретения

Устройство для охлаждения цилиндрических изделий, содержащее кольцевой спрейер с равномерно расположенными по его периметру форсунками, отличающееся тем. что, с целью повышения равномерности охлаждения изделий и снижения энергозатрат, оно снабжено установленным внутри спрейера соосно с ним ротором с лопастями, расположенными под углом к радиальным направлениям, при этом число лопастей ротора равно числу форсунок спрейера, форсунки и лопасти расположены под углом к радиальному направлению, а оси форсунок направлены на внутренние поверхности лопастей ротора.

Фм.1

Фм.З

Фиг. 2

Фм.4

Фиг. 5

Фиг. 6

. Фиг. 7