УСТРОЙСТВО И СПОСОБ УДАЛЕНИЯ ОКАЛИНЫ С ДВИЖУЩЕЙСЯ ЗАГОТОВКИ
DEVICE AND METHOD OF SCALES REMOVAL FROM MOVING WORKPIECE

Настоящее изобретение относится к устройству и способу удаления окалины с движущейся заготовки, перемещаемой относительно этого устройства в направлении движения. В случае заготовки речь, в частности, идет о горячекатаном прокате.
Из уровня техники известно, что для удаления окалины с заготовок, в частности с горячекатаного проката, под высоким давлением разбрызгивается вода на поверхность заготовки. Для полного удаления окалины с поверхностей заготовки, как правило, разбрызгиваемая вода высокого давления разбрызгивается из множества сопел установки для гидросбива окалины. В этой связи установкой для гидросбива окалины в стане горячей прокатки называется узел, предназначенный для удаления с поверхности проката окалины, т.е. примесей, состоящих из оксида железа.
Из WO 2005/082555 А1 известна установка для гидросбива окалины, в которой окалина с проката, движущегося относительно установки для гидросбива окалины, удаляется путем струйной обработки при помощи разбрызгиваемой воды высокого давления. Эта установка для гидросбива окалины содержит по меньшей мере один ряд сопловых головок, перекрывающий ширину проката и содержащий множество сопловых головок, причем каждая сопловая головка при помощи двигателя приводится во вращение вокруг оси вращения, перпендикулярной поверхности проката. Кроме того, в каждой сопловой головке имеется по меньшей мере два сопла, расположенных эксцентрично относительно оси вращения настолько близко к периметру сопловой головки, насколько это возможно с конструктивной точки зрения. Такая установка для гидросбива окалины имеет недостаток, заключающийся в том, что энергия по ширине проката может подводиться неоднородно, так что дело может дойти до остаточных температурных полос. Кроме того, сопла на соответствующих сопловых головках расположены под углом наклона так, что они наклонены наружу. Это приводит к тому, что при вращении сопловых головок вокруг своей оси вращения направление разбрызгивания из этих сопел ориентируется и в направлении подачи проката. Недостаток такой ориентации выпускаемой из сопел разбрызгиваемой воды высокого давления состоит в том, что струя разбрызгиваемой воды при этом неэффективна и поэтому не вносит вклада в удаление окалины с поверхности проката.
Из WO 1997/27955 А1 известен способ удаления окалины с проката, в котором предусмотрено ротационное устройство для удаления окалины, при помощи которого на поверхность проката, с которой удаляют окалину, разбрызгивают струю жидкости. Чтобы обеспечить лишь незначительное охлаждение проката и создать более высокие давления струи при незначительном давлении рабочей жидкости, струю жидкости создают периодически, т.е. с временными перерывами. Благодаря одно- или многократному прерыванию струи жидкости возникают пики давления, проявляющиеся, как повышение давления струи, благодаря чему достигают более высокой эффективности удаления окалины с проката. Однако предусмотренный для этого распределительный диск, по текучей среде соединенный с подводящим трубопроводом для рабочей среды, невыгодно увеличивает расходы на проектирование такого оборудования для удаления окалины. Кроме того, при возникновении пиков давления существует опасность повышенной нагрузки на материал, в частности из-за кавитации.
Из DE 102014109160 А1 известно устройство рассматриваемого типа и соответствующий способ для удаления окалины с заготовки, перемещаемой относительно устройства в направлении движения. Для этого на вращающейся ротационной головке, выполненной в виде держателя для сопел, предусмотрено множество струйных сопел, причем жидкость из струйных сопел под высоким давлением выпускается или разбрызгивается на поверхность проката так, что при этом направление струи, в котором жидкость разбрызгивается из струйных сопел, всегда проходит под углом относительно направления движения проката. Благодаря этой наклонной ориентации направления струи достигается то, что окалина, снятая с поверхности проката, перемещается в сторону, в направлении от проката. Однако это сопровождается невыгодным сильным загрязнением установки или окружающей зоны.
В основе изобретения лежит задача простыми средствами оптимизировать удаление окалины с заготовки.
Эта задача решается благодаря устройству с признаками, определенными в п. 1 и п. 3 формулы изобретения, и способу с признаками, определенными в п. 6 и п. 8. Предпочтительные усовершенствованные варианты осуществления изобретения определены в зависимых пунктах.
Устройство, соответствующее настоящему изобретению, предназначено для удаления окалины с заготовки, перемещаемой относительно устройства в направлении движения, предпочтительно с горячекатаного проката, и содержит по меньшей мере одну выполненную с возможность вращения вокруг оси вращения ротационную головку, на которой расположено множество струйных сопел, причем из струйных сопел на заготовку под углом наклона относительно поверхности заготовки может выпускаться жидкость, в частности вода. Кроме того, устройство содержит управляющее устройство, соединенное с возможностью передачи сигналов со средствами привода ротационной головки, а в программном отношении выполненное так, что частота вращения, с которой ротационная головка вращается вокруг ее оси вращения, может быть согласована со скоростью подачи, с которой перемещается заготовка в направлении ее движения. Предпочтительно с этой целью управляющее устройство имеет контур регулирования, чтобы с его помощью осуществить названное согласование частоты вращения ротационной головки со скоростью подачи заготовки. С соответствующими поправками также скорость подачи заготовки согласуется с частотой вращения ротационной головки.
Дополнительно и/или альтернативно в отношении устройства предусмотрено, что на ротационной головке на радиальном расстоянии разной величины от ее оси вращения расположено множество струйных сопел, причем из струйного сопла, расположенного на большем радиальном расстоянии от оси вращения, жидкость может быть выпущена с большим объемным расходом, чем из струйного сопла, находящегося на меньшем радиальном расстоянии от оси вращения.
Равным образом изобретение также предусматривает способ удаления окалины с заготовки, предпочтительно горячекатаного проката. При этом заготовку перемещают относительно устройства в направлении движения, причем указанное устройство имеет по меньшей мере одну выполненную с возможность вращения вокруг оси вращения ротационную головку, на которой расположено множество струйных сопел. В то время как ротационную головку вращают вокруг ее оси вращения, из струйных сопел на заготовку под углом наклона к поверхности заготовки выпускают или разбрызгивают жидкость, в частности воду. В отношении способа предусмотрено, что частоту вращения, с которой по меньшей мере одну ротационную головку вращают вокруг ее оси вращения, согласуют при помощи управляющего устройства со скоростью подачи, с которой заготовку перемещают в ее направлении движения. Предпочтительно это согласование частоты вращения ротационной головки со скоростью подачи заготовки осуществляют посредством регулирования, т.е. путем применения соответствующего контура регулирования, которым оснащено управляющее устройство. Как было сказано в отношении устройства, с соответствующим поправками также скорость подачи заготовки может быть согласована с частотой вращения ротационной головки.
Дополнительно или альтернативно в отношении способа предусмотрено, что из множества струйных сопел, каждое из которых расположено на ротационной головке на радиальном расстоянии разной величины от ее оси вращения, разбрызгивают жидкость с объемными расходами, имеющими разную величину, причем из струйного сопла, расположенного на большем радиальном расстоянии от оси вращения, жидкость разбрызгивают с большим объемным расходом, чем из струйного сопла, находящегося на меньшем радиальном расстоянии от оси вращения.
В основе изобретения лежит важный факт, заключающийся в том, что оптимизация и выравнивание удельного подвода энергии на поверхности заготовки, а именно при помощи жидкости, под высоким давлением разбрызгиваемой на поверхность, вдоль, т.е. в направлении движения заготовки, возможно посредством согласования частоты вращения ротационной головки со скоростью подачи заготовки.
Дополнительная оптимизация удельного подвода энергии в отношении жидкости, разбрызгиваемой под высоким давлением на поверхность заготовки, достигается благодаря тому, что на ротационной головке расположено множество струйных сопел, соответственно на радиальном расстоянии разной величины от ее оси вращения, причем тогда из струйного сопла, расположенного на большем радиальном расстоянии от оси вращения, жидкость выпускается также с большим объемным расходом, чем из струйного сопла, находящегося на меньшем радиальном расстоянии от оси вращения. Это может быть достигнуто простым способом путем выбора соответствующего типа сопла, так что из струйного сопла, расположенного на большем радиальном расстоянии от оси вращения ротационной головки, соответственно разбрызгивается большее количество жидкости, т.е. с большим объемным расходом. Следовательно, благодаря такой конфигурации множества струйных сопел на ротационной головке подвод энергии в отношении жидкости оптимизируется поперек направления движения заготовки, т.е. по ее ширине.
В соответствии с настоящим изобретением удельный подвод энергии определяется динамическим давлением [англ.: impact], с которым жидкость соударяется с поверхностью заготовки, и удельным объемным расходом на ширину заготовки, т.е. объемным расходом разбрызганной на заготовку жидкости, поделенным на ширину разбрызгивания относительно направления движения заготовки. Динамическое давление зависит от давления, с которым жидкость подводится к струйным соплам, от объемного расхода разбрызганной жидкости, и от расстояния между струйными соплами и поверхностью заготовки. Кроме того, удельный подвод энергии зависит от скорости подачи, с которой заготовка перемещается в своем направлении движения. Изменение удельного подвода энергии в зависимости от сигналов устройства контроля поверхности может осуществляться путем регулировки вышеназванных параметров, а именно при помощи управляющего устройства, как будет подробно описано ниже.
В предпочтительном усовершенствованном варианте осуществления изобретения может быть предусмотрен первый узел ротационных головок и второй узел струйных сопел, которые относительно направления движения заготовки расположены друг за другом и в частности рядом друг с другом. В настоящем изобретении в случае узла ротационных головок речь идет либо о паре ротационных головок, одна из которых расположена над заготовкой, а другая - под заготовкой, т.е. на ее верхней стороне и нижней стороне, или о паре ротационных модулей, которая соответственно - над заготовкой и под заготовкой - объединяет множество ротационных головок, расположенных рядом друг с другом и поперек направления движения заготовки. В нормальном режиме может быть предусмотрено, что жидкость разбрызгивается на заготовку только из струйных сопел первого узла ротационных головок. Тогда в специальном режиме могут подключаться струйные сопла второго узла струйных сопел, так что жидкость выпускается или разбрызгивается на заготовку также из струйных сопел этого второго узла струйных сопел. В этом случае для удаления окалины с заготовки используются струйные сопла как первого узла ротационных головок, так и второго узла струйных сопел. Применение обоих узлов в специальном режиме рекомендуется, например, в случае марок стали, с которых трудно удалить окалину, или в случае плохо удаляющихся остатков окалины, могущих возникнуть, например, из-за поверхностей прилегания к печным роликам. В таком варианте осуществления изобретения, в соответствии с которым в нормальном режиме используются только струйные сопла первого узла ротационных головок, выгодно может быть минимизирован эксплуатационный расход.
Это равным образом относится к случаю, когда, как пояснено выше, в один модуль ротационных головок объединено множество ротационных головок. Так как при этом в нормальном режиме используется только одна пара ротационных модулей, причем при необходимости подключается дополнительная пара струйных сопел, в направлении движения заготовки расположенная, например, ниже по потоку. Это в равной степени относится к случаю, когда первый узел ротационных головок и второй узел струйных головок отличаются по конструкции, например, вследствие того, что второй узел выполнен в виде разбрызгивающей балки.
В предпочтительном усовершенствованном варианте осуществления изобретения может быть предусмотрено устройство контроля поверхности, которое соединено с возможностью передачи сигналов с управляющим устройством и относительно направления движения заготовки расположено ниже по потоку относительно ротационной головки и вблизи от нее, чтобы оно, таким образом, могло обнаруживать окалину, остающуюся на поверхности заготовки. На основании сигналов этого устройства контроля поверхности качество удаления окалины с заготовки при помощи управляющего устройства сравнивается с заданным необходимым значением, а затем, в зависимости от этого, соответствующим образом управляется или регулируется насосный агрегат высокого давления по текучей среде соединенный со струйными соплами ротационной головки. Управление насосным агрегатом высокого давления по текучей среде соединенным со струйными соплами ротационной головки, может осуществляться таким образом, что давление, под которым жидкость из струйных сопел разбрызгивается на поверхность заготовки, регулируется в зависимости от сигналов устройства контроля поверхности. Это означает, что давление для разбрызгиваемой жидкости устанавливается как раз такой величины, чтобы оно еще обеспечивало достаточное качество удаления окалины с заготовки. В случае когда (если смотреть в направлении движения заготовки) друг за другом расположено по меньшей мере два узла струйных сопел, благодаря упомянутому управлению может быть достигнуто то, что подключаемый узел струйных сопел соответствующим образом подключается в зависимости от сигналов устройства контроля поверхности, что соответствует названному специальному режиму согласно изобретению. По сравнению с обычным двурядным расположением ротационных головок или разбрызгивающих балок благодаря такому однорядному расположению, т.е. благодаря одному узлу ротационных головок или, соответственно, струйных сопел, применяемому в нормальном режиме, достигается значительная экономия рабочих сред.
Благодаря упомянутому согласованию давления, т.е. благодаря уменьшению давления, также устанавливается пониженное абразивное действие жидкости на все окружающие материалы или детали установки, вследствие чего снижаются расходы по техническому обслуживанию, и уменьшается износ самих струйных сопел.
Благодаря установке устройства контроля поверхности и его сопряжению с управляющим и регулирующим устройством, путем изменения давления и/или объемного расхода соответственно может быть сведено к минимуму количество воды, необходимое для полного удаления окалины с заготовки. Это приводит к экономии энергии для приготовления воды высокого давления и равным образом к меньшему охлаждению заготовки вследствие уменьшенного количества жидкости, разбрызгиваемой на заготовку.
В дополнение можно отметить, что расстояние между ротационной головкой и поверхностью заготовки может регулироваться. Таким образом, возможно согласование с различными партиями заготовок, имеющих высоту разной величины. Кроме того, это расстояние между ротационной головкой и поверхностью заготовки можно регулировать также в зависимости от сигналов устройства контроля поверхности. Например, таким образом, может быть предусмотрено, что при недостаточном качестве удаления окалины расстояние между ротационной головкой и поверхностью заготовки уменьшается, так что в результате на поверхности заготовки в отношении разбрызгиваемой на ней жидкости устанавливается более высокое динамическое давление. С соответствующими поправками действует и обратное: если качество удаления окалины выше заданного необходимого значения, расстояние между ротационной головкой и поверхностью заготовки можно увеличить, по крайней мере незначительно.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения давление, под которым подается жидкость к узлу ротационных головок, расположенному под заготовкой, может быть выбрано так, что оно будет больше, чем давление для узла ротационных головок, расположенного над заготовкой. Это позволяет надежно удалять с нижней стороны заготовки даже плохо удаляющуюся окалину, образовавшуюся там, например, в результате контакта с направляющими роликами. Соответственно в отношении заготовки со сравнительно небольшим расходом воды достигаются чистые поверхности без окалины, благодаря чему в значительной мере экономится энергия для приготовления воды высокого давления.
Благодаря меньшему удельному количеству воды, применяемой для удаления окалины с заготовки, можно значительно снизить энергию, необходимую для нагрева печи и/или для индукционного нагрева, или энергию формообразования, необходимую для последующей прокатки заготовки. Таким образом, благодаря меньшему снижению температуры можно получить меньшую конечную толщину заготовок или горячекатаного проката, так что можно получить более широкий ассортимент изделий. Кроме того, при более низкой температуре печи также значительно увеличивается срок службы валков печи.
Ниже при помощи схематичных, упрощенных чертежей подробно описываются варианты осуществления изобретения. На чертежах изображено следующее:
фиг. 1 - схематичный, упрощенный вид сбоку предлагаемого по изобретению устройства;
фиг. 2 - схематичный, упрощенный вид сверху предлагаемого по изобретению устройства, выполненного в соответствии с дополнительным вариантом осуществления;
фиг. 3а, фиг. 3b, фиг. 3с - принципиальная связь между направлением разбрызгивания струйных сопел устройства согласно фиг. 1 или, соответственно, фиг. 2 и направлением движения, в котором заготовка перемещается мимо этого устройства;
фиг. 4 - упрощенный вид спереди пары ротационных модулей, могущей являться частью устройства согласно фиг. 2;
фиг. 5 - возможное расположение струйных сопел ротационной головки для применения в устройстве, выполненном согласно фиг. 1 или фиг. 2;
фиг. 6 - схема последовательности операций для выполнения настоящего изобретения;
фиг. 7а, фиг. 7b - характер распределения разбрызгивания, получающийся на поверхности заготовки в результате разбрызгивания жидкости на заготовку.
Ниже со ссылкой на фиг. 1-6 подробно описываются различные варианты осуществления изобретения. На чертежах одинаковые технические признаки имеют одинаковые ссылочные обозначения. Кроме того, следует заметить, что изображения на чертеже показаны схематично и упрощенно, в частности, без масштаба. На некоторых чертежах нанесены декартовы системы координат с целью пространственной ориентации предлагаемого по изобретению устройства относительно движущейся заготовки, с которой удаляется окалина.
Предлагаемое по изобретению устройство 10 используется для удаления окалины с заготовки 12, перемещаемой относительно устройства 10 в направлении движения X. В случае заготовки речь может идти о горячекатаном прокате, перемещаемом мимо устройства 10.
Предлагаемое по изобретению устройство 10 содержит узел струйных сопел, содержащий множество струйных сопел, из которых на поверхность заготовки под высоким давлением разбрызгивается жидкость, в частности вода. Узел струйных сопел образован из ротационной головки 14 (фиг. 1), могущей вращаться вокруг оси R вращения. Вращение ротационной головки 14 вокруг ее оси R вращения осуществляется благодаря средствам привода, которые на фиг. 1 символически обозначены буквой М и, например, могут быть образованы из электродвигателя. На торце ротационной головки 14, обращенном к заготовке 12, расположены струйные сопла 16. Из струйных сопел 16 под высоким давлением на поверхность 20 заготовки 12 разбрызгивается жидкость 18 (на фиг. 1 упрощенно обозначена пунктиром), чтобы соответствующим образом удалить окалину с заготовки 12.
В варианте осуществления согласно фиг. 1 струйные сопла 16 закреплены на ротационной головке 14. При этом продольные оси L струйных сопел 16 ориентированы параллельно оси R вращения ротационной головки 14. Соответственно направление S разбрызгивания, в котором жидкость разбрызгивается из струйных сопел 16, также проходит параллельно оси R вращения ротационной головки. Относительно перпендикуляра к поверхности 20 заготовки ось R вращения проходит наклонно, под углом у. В результате для струйных сопел 16 получается угол а наклона, под которым жидкость 18, разбрызганная из струйных сопел 16, соударяется с поверхностью 20 заготовки 12. Из-за параллельности продольных осей L относительно оси R вращения в показанном примере угол а наклона равен углу у наклона оси R вращения, причем во время вращения ротационной головки 14 вокруг своей оси R вращения угол а наклона постоянно остается одинаковым. Этот вариант осуществления поддерживает функцию изобретения особенно выгодным образом, но могут быть применены и другие конструкции узлов струйных сопел и ротационных головок.
Ротационная головка 14 выполнена с возможностью регулировки по высоте, например, благодаря установке на регулируемой по высоте опоре, на фиг. 1 упрощенно показанной двунаправленной стрелкой Н. Опора Н может иметь сервопривод (на чертеже не показан). Таким образом, расстояние А между точкой пересечения оси R вращения с торцевой поверхностью ротационной головки 14 и поверхностью 20 заготовки 12 при необходимости может регулироваться путем управления сервоприводом. В контексте настоящего изобретения это расстояние А следует понимать, как расстояние разбрызгивания. При уменьшении этого расстояния А результирующее динамическое давление жидкости 18 на поверхность 20 заготовки 12 увеличивается.
Устройство 10 содержит управляющее устройство 22 и насосный агрегат 24 высокого давления, соединенный с возможностью передачи сигналов с управляющим устройством 22. Посредством соединительного трубопровода ротационная головка 14 подключена к насосному агрегату 24 высокого давления так, что струйные сопла 16 в отношении текучей среды соединены с насосным агрегатом 24 высокого давления и, таким образом, под высоким давлением питаются жидкостью от насосного агрегата 24 высокого давления. В случае жидкости 18, разбрызгиваемой под высоким давлением из струйных сопел 16 на заготовку 12, предпочтительно речь идет о воде, но усматривать в этом ограничение только одной средой - водой не следует.
По меньшей мере один насос насосного агрегата 24 высокого давления оснащен регулятором 25 частоты. Благодаря этому при помощи управляющего устройства 22 можно плавно, насколько это возможно, управлять насосным агрегатом 24 высокого давления, чтобы можно было изменять, в том числе постепенно, давление, под которым к струйным соплам 16 подается жидкость 18. Дополнительные подробности такого управления насосным агрегатом 24 высокого давления будут приведены ниже.
Устройство 10 содержит устройство 26 контроля поверхности, относительно направления X движения заготовки 12 расположенное ниже по потоку и вблизи от ротационной головки 14. Устройство 26 контроля поверхности может быть основано на принципе оптического измерения, при котором происходит пространственное измерение поверхности 20 заготовки 12, по результатам которого создается профиль высот для поверхности 20 заготовки 12. Альтернативно при помощи устройства 26 контроля поверхности на поверхности 20 заготовки 12 осуществляется спектральный анализ. Устройство 26 контроля поверхности соединено с возможностью передачи сигналов с управляющим устройством 22. Таким образом, при помощи устройства 26 контроля поверхности и соответствующей оценки в управляющем устройстве 22 на поверхности 20 заготовки 12 может быть определена окалина или, соответственно, остаточная окалина. Таким образом, устройство 26 контроля поверхности соответствует устройству обнаружения окалины. С этой целью устройство 26 контроля поверхности выполнено так, что контролируется как верхняя, так и нижняя поверхность заготовки 12.
Средства М привода ротационной головки 14 соединены с возможностью передачи сигналов с управляющим устройством 22. Это позволяет регулировать частоту вращения ротационной головки 14 вокруг ее оси R вращения. Таким же образом, как подробно описано ниже, с управляющим устройством 22 соединены с возможностью передачи сигналов как (не показанные) средства, при помощи которых возможна регулировка или, соответственно, изменение скорости v подачи заготовки 12, так и регулируемая по высоте опора Н.
На фиг. 2 показан, а именно на упрощенном виде сверху, дополнительный вариант осуществления предлагаемого по изобретению устройства 10. В этом варианте осуществления относительно направления X движения заготовки 12 друг за другом расположены два узла струйных сопел или, соответственно, две ротационные головки 14.1, 14.2. Каждая из этих ротационных головок 14.1, 14.2 подключена к насосному агрегату 24 высокого давления, как пояснено со ссылкой на фиг. 1. В варианте осуществления согласно фиг. 2 устройство 26 контроля поверхности расположено ниже по потоку относительно ротационной головки 14.2. Для уточнения можно отметить, что на чертеже фиг. 2 ширина заготовки 12 проходит в направлении у, причем оси R вращения каждой из ротационных головок 14.1 и 14.2 проходят перпендикулярно плоскости чертежа. Для второго узла струйных сопел, расположенного ниже по потоку, могут быть применены и другие варианты осуществления, например, в виде разбрызгивающих балок.
Соединения для передачи сигналов между, с одной стороны, управляющим устройством 22, а с другой стороны, отдельными компонентами устройства 10 на фиг. 1 и фиг. 2 соответственно символически обозначены пунктирными линиями. Более конкретно, соединение с возможностью передачи сигналов между управляющим устройством 22 и насосным агрегатом 24 высокого давления обозначено ссылочным обозначением 23.1. Соединение с возможностью передачи сигналов между управляющим устройством 22 и устройством 26 контроля поверхности обозначено ссылочным обозначением 23.2. Соединение с возможностью передачи сигналов между управляющим устройством 22 и средствами М привода ротационной головки 14 обозначено ссылочным обозначением 23.3. Соединение с возможностью передачи сигналов между управляющим устройством 22 и регулировкой Н по высоте обозначено ссылочным обозначением 23.4. Соединение с возможностью передачи сигналов между управляющим устройством и 22 и (непоказанным) устройством, при помощи которого может регулироваться или, соответственно изменяться скорость v подачи заготовки 12, обозначено ссылочным обозначением 23.5. В случае указанных соединений 23.1-23.5 речь может идти либо о физических линиях, либо о соответствующем радиоканале и т.п.
Фиг. 3 наглядно показывает связь между направлением S разбрызгивания, в котором разбрызгивается жидкость 18 из струйных сопел 16, и направлением X движения, в котором заготовка 12 перемещается мимо устройства 10 или, соответственно, его ротационной головки 14. В частности фиг. 3 наглядно показывает проекцию направления S разбрызгивания на плоскость, параллельную поверхности 20 заготовки 12. В примере, выполненном согласно фиг. 3а, фиг. 3d и фиг. 3с, направление S разбрызгивания, в котором жидкость 18 выпускается из устья 17 струйного сопла 16, противоположно направлению X движения, т.е. ориентировано под углом В разбрызгивания приблизительно 170°-190° относительно направления X движения. Это приводит к тому, что направление S разбрызгивания жидкости 18, когда она непрерывно под высоким давлением разбрызгивается на заготовку 12, компоненты, ориентированной в направлении бокового края заготовки 12, не имеет, или эта компонента незначительна. Такой рабочий режим поддерживает эффект изобретения особенно целесообразным.
Особенно хорошим результатом изобретения является то, что указанная выше ориентация направления S разбрызгивания, показанная на чертежах фиг. 3а, 3b и 3с, во время вращения ротационной головки 14 вокруг ее оси R вращения остается неизменной или, соответственно, постоянной. То же самое относится и к углу а наклона.
Ниже со ссылкой на фиг. 4 показана и объяснена возможная конфигурация ротационных головок 14, которая может быть применена, например, в варианте осуществления согласно фиг. 2.
На фиг. 4 показан вид спереди ротационных модулей, причем один ротационный модуль 30.1 предусмотрен выше, а один ротационный модуль 30.2 - ниже заготовки 12, в результате образуется пара 32 ротационных модулей. В частности каждый из ротационных модулей 30.1, 30.2 состоит из множества ротационных головок 14, расположенных рядом друг с другом и поперек (т.е. на фиг. 4 - в направлении оси у) направления X движения заготовки. Для равномерного удельного подвода энергии расстояние между отдельными роторами должно быть определено так, чтобы следы разбрызгивания внешних струйных сопел перекрывались в диаграмме разбрызгивания, но струя из двух таких сопел не попадала одновременно на одно и то же место на заготовке. В отличие от изображения на фиг. 4 в один ротационный модуль 30.1, 30.2 может быть объединено также менее трех или более трех ротационных головок 14.
Относительно варианта осуществления согласно фиг. 4 следует заметить, что отдельные ротационные головки 14 подключены к общему напорному водопроводу D, соединенному с насосным агрегатом 24 высокого давления. Благодаря этому обеспечивается снабжение водой высокого давления струйных сопел 16, расположенных на ротационных головках 14.
На фиг. 5 символически показана установка множества струйных сопел 16 на нижнем торце ротационной головки 14. В примере согласно фиг. 5 предусмотрено три струйных сопла 16.1, 16.2 и 16.3, каждое из которых находится на разном расстоянии s от оси R вращения ротационной головки 14. На чертеже фиг. 5 ось R вращения проходит перпендикулярно плоскости чертежа.
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
Разные расстояния струйных сопел 16.1, 16.2 и 16.3 на фиг. 5 имеют обозначения соответственно s, s, и s при условии: s>s>s. При таком расположении каждого струйного сопла на разном радиальном расстоянии от оси R вращения предусмотрено, что из струйного сопла, расположенного на большем радиальном расстоянии от оси R вращения, жидкость разбрызгивается с большим объемным расходом, чем из струйного сопла, находящегося на меньшем расстоянии от оси вращения. Тогда в отношении трех сопел 16.1, 16.2 и 16.3 согласно фиг. 5 для объемного расхода, получаемого из этих сопел, действует соотношение: V>V>V. При этом из струйного сопла 16.1 выпускается или, соответственно, разбрызгивается объемный расход V, из струйного сопла 16.2 - объемный расход V, а из струйного сопла 16.3 - объемный расход V. Благодаря этому в отношении выпускаемой из струйных сопел 16.1, 16.2 и 16.3 жидкости поперек направления X движения достигается равномерный подвод энергии на поверхность 20 заготовки 12.
Взаимосвязи, поясненные выше в отношении чертежа фиг. 5, также применимы к числу струйных сопел большему или меньшему трех, то есть во всяком случае для множества струйных сопел, каждое из которых расположено на разном расстоянии от оси R вращения ротационной головки 14. Кроме того, следует заметить, что пример, показанный на фиг. 5, также действует для всех ротационных головок 14, показанных разъясненных на фиг. 1-4.
Во всех вышеназванных вариантах осуществления заготовка 12 перемещается мимо устройства 10, а именно со скоростью подачи, на каждом из соответствующих чертежей обозначенной ссылочным обозначением v.
В результате разбрызгивания под высоким давлением воды осуществляется удельный подвод Е энергии (или, соответственно, энергии разбрызгивания) на поверхности 20 заготовки 12 определяемый следующим образом:
где:
2
Е: удельный подвод энергии [кДж/м]
2
I: динамическое давление [Н/мм]
spez
V: удельный объемный расход на один метр ширины заготовки [л/с⋅м]
v: скорость подачи заготовки [м/с].
При этом динамическое давление [англ.: impact], с которым жидкость 18 соударяется с поверхностью 20 заготовки 12, зависит как от давления и объема, с которым жидкость разбрызгивается из струйных сопел 16, так и от расстояния между струйными соплами 16 и поверхностью 20 заготовки.
Без учета скорости v подачи осуществляется только стационарное рассмотрение динамического давления I, недостаточного для регулирования результата удаления окалины.
spez
Кроме того, удельный объемный расход V определяется следующим образом:
где:
spez
V: удельный объемный расход на один метр ширины заготовки [л/с***м]
V: объемный расход разбрызгиваемой жидкости [л/с]
b: ширина разбрызгивания поперек направления X движения [м].
Изобретение функционирует следующим образом.
Для требуемого удаления окалины с поверхности 20 заготовки 12 заготовка перемещается относительно предлагаемого по изобретению устройства 10 в направлении X движения. При этом из струйных сопел 16 под высоким давлением на поверхность 20 заготовки 12 разбрызгивается жидкость 18, а именно как с верхней, так и с нижней стороны заготовки 12.
На фиг. 6 для наглядного объяснения режима эксплуатации предлагаемого по изобретению устройства 10 или, соответственно, осуществления предлагаемого способа показана схема последовательности операций.
В то время как заготовка 12 перемещается мимо устройства 10 в направлении X движения, и при этом с нее удаляется окалина, качество удаления окалины непрерывно контролируется при помощи устройства 26 контроля поверхности. Это позволяет вблизи и/или прямо рядом с узлом струйных сопел обнаруживать, достигает ли требуемое качество поверхности заготовки 12 заданного необходимого значения. Если это не так, для согласования доступны различные исполнительные элементы, чтобы получить требуемое качество поверхности с минимально возможным удельным подводом энергии, например, после достижения требуемого качества постепенно снижать удельный подвод энергии, чтобы достичь приемлемого качества при минимально возможном подводе энергии.
Соответственно путем соответствующего управления насосным агрегатом 24 высокого давления или, соответственно, предусмотренным для этого (предусмотренными для этого) регулятором (регуляторами) 25 частоты при помощи управляющего устройства 22 может повышаться давление, под которым жидкость 18 подается к струйным соплам 16, причем при необходимости также подключается дополнительный насос насосного агрегата 24 высокого давления.
Дополнительно или в качестве альтернативы уже упомянутой регулировке давления также можно подключить или отключить дополнительный узел струйных сопел. При этом в случае варианта осуществления согласно фиг. 2 речь идет об узле 14.2 струйных сопел, например, в виде пары ротационных головок 28 или пары ротационных модулей 32, предусмотренной ниже по потоку относительно узла 14.1 струйных сопел. Это означает, что при сохранении требуемого качества поверхности заготовки 12 (в соответствии с нормальным режимом работы настоящего изобретения) применяется только один узел струйных сопел. Тогда (в соответствии со специальным режимом работы настоящего изобретения) второй узел струйных сопел (см. 14.2 на фиг. 2) подключается только в том случае, если качество поверхности заготовки 12 падает ниже заданного необходимого значения, причем после этого из струйных сопел 16 этого подключенного второго узла струйных сопел также под высоким давлением на поверхность 20 заготовки разбрызгивается жидкость 18. Как только это уже не требуется, подключение второго узла 14.2 струйных сопел отменяется. Факт, заключающийся в том, что в нормальном режиме работы изобретения применяется только один узел струйных сопел, вносит вклад в экономию энергии и воды высокого давления.
В соответствии со схемой последовательности операций на фиг. 6 может быть предпринято согласование рабочих параметров устройства 10: Путем соответствующего управления насосным агрегатом 24 высокого давления при помощи управляющего устройства 22 давление, под которым жидкость 18 подается к струйным соплам 16 продолжает снижаться до тех пор, пока обнаруживаемая остаточная окалина не покажет падение ниже минимального удельного подвода энергии, после чего это давление снова должно быть немного повышено. При этом давление жидкости 18, подаваемой к струйным соплам 16, устанавливается на достаточно высокое значение, при котором качество поверхности достигает заданного необходимого значения. Другими словами, давление, под которым жидкость 18 подается к струйным соплам 16, снижается до тех пор, пока качество поверхности или, соответственно, качество удаления окалины с заготовки 12 не будет соответствовать заданному необходимому значению.
Дополнительно и/или альтернативно изменение динамического давления или, соответственно, давления удаления окалины может осуществляться благодаря регулировке узла ротационных головок по высоте. Эта регулировка по высоте, на фиг. 1 обозначенная стрелкой Н, достигается благодаря тому, что управляющим устройством 22 соответствующим образом управляется сервопривод регулируемой по высоте опоры, на которой расположен узел струйных сопел.
Схема последовательности операций согласно фиг. 6 показывает контур регулирования для того, чтобы с его помощью задавать или, соответственно, регулировать требуемый удельный подвод Е энергии, с которым удаляется окалина с заготовки 12. При этом вышеупомянутые опции выполняются или, соответственно, применяются до тех пор, пока качество поверхности заготовки не достигнет заданного необходимого значения (на фиг. 6 обозначено, как "Заданный результат").
Предусмотрены (непоказанные) средства, при помощи которых управляющее устройство 22 получает данные относительно фактической скорости подачи заготовки 12 в ее направлении X движения. То же самое относится и к случаю, когда скорость v подачи была отрегулирована или изменена, что также сигнализируется управляющему устройству 22 вышеупомянутыми средствами. На основании этого при помощи управляющего устройства 22 может быть отрегулирована требуемая частота вращения ротационной головки 14, а именно путем согласования со скоростью подачи заготовки 12. Такое согласование возможно и в текущем производственном процессе, если дело доходит до колебаний скорости v подачи заготовки 12 или эта скорость подачи изменяется, как исполнительный элемент, необходимый для регулировки качества удаления окалины. В программном отношении управляющее устройство 22 может быть выполнено так, что такое согласование частоты вращения ротационной головки 14 также регулируется.
При помощи только что упомянутого согласования частоты вращения ротационной головки 14 со скоростью v подачи заготовки 12 в ее направлении X движения достригается оптимальный подвод энергии в отношении жидкости 18, разбрызгиваемой на поверхности 20 заготовки 12, а именно вдоль направления X движения. Такое оптимальное согласование частоты вращения ротационной головки 14 со скоростью подачи заготовки 12 показано на диаграмме разбрызгивания согласно фиг. 7а, где на виде сверху показана деталь поверхности 20 заготовки 12. Напротив, фиг. 7b наглядно показывает неоптимальное согласование частоты вращения ротационной головки 14 со скоростью подачи заготовки 12. При помощи изобретения можно избежать характера распределения разбрызгивания, показанного на фиг. 7b.
Как пояснено выше в связи с фиг. 5, тот факт, что из струйных сопел 16, в радиальном направлении расположенных на большем расстоянии от оси R вращения, жидкость 18 разбрызгивается на заготовку 12 с большим объемным расходом V, обеспечивает оптимизацию подвода энергии поперек направления X движения заготовки 12, т.е. по оси y. Такая установка объемных расходов V разной величины для струйных сопел 16, каждое из которых расположено на разном расстоянии от оси R вращения, обеспечивается при изготовлении предлагаемого по изобретению устройства 10 посредством соответствующего выбора разных типов сопел.
Дополнительно и/или альтернативно посредством управления, предпочтительно посредством регулирования, также может регулироваться скорость v подачи, с которой заготовка перемещается в направлении X ее движения, например, в зависимости от обнаруженных поверхностей или, соответственно, качества удаления окалины с заготовки 12, и/или в соответствии с управляющим устройством 22.
Перечень условных обозначений
10 устройство
12 заготовка
14 ротационная головка
14.1 узел ротационной головки
14.2 узел ротационной головки
16 струйные сопла
16.1. струйные сопла
16.2 струйные сопла
16.3 струйные сопла
18 жидкость
20 поверхность
22 управляющее устройство
24 насосный агрегат высокого давления
26 устройство контроля поверхности
29 пара ротационных головок
32 устройство обнаружения окалины
α угол наклона
β угол разбрызгивания
М средства привода
R ось вращения
S направление разбрызгивания
1
s расстояние
2
s расстояние
3
s расстояние
1
V объемный расход
2
V объемный расход
3
\/ объемный расход
v скорость подачи
X направление движения.