УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГИДРОСБИВА ОКАЛИНЫ С ОБРАБАТЫВАЕМОЙ ТРУБЫ ПЕРЕД ПРОКАТНЫМ СТАНОМ

Полезная модель относится к обработке металлов давлением, а именно к устройствам для удаления окалины с нагретой заготовки перед различными видами обработки металла давлением.
2
Из уровня техники известны устройства для удаления окалины перед различными видами обработки металла давлением, в которых использованы водоструйные установки в режиме прерывания подачи воды с давлением не более 400 бар. В расчетах, связанных с удалением окалины, в квалификационной работе магистра О.В.Антыкуз по теме: «Разработка конструкции и исследование энергосиловых параметров усовершенствованного устройства для гидросбива окалины с поверхности листа» (выложен на сайте www.uran.donetsk.ua) [1] дельная энергия удаления окалины составляет 17-42 кДж/м. При этом основным фактором получения энергии является скорость струи воды и ее количество.
2
E=mv/2, где:
Е - энергия струи воды, m - масса воды,
v - скорость струи воды при выходе из сопла. Скорость струи зависит от давления воды, которое создает установка высокого давления. При повышении давления воды с сохранением энергии воздействия сокращается объем жидкости, что приводит к уменьшению расхода электроэнергии в водоструйных установках. Повышение давления с 400 бар до 1000 бар позволяет уменьшить расход электрической энергии в 2 раза, уменьшает расход воды в 3 раза, при этом энергия гидросбива увеличивается в 1,5 раза.
Применяемые в настоящее время при гидросбиве окалины водоструйные установки позволяют с давлением до 400 бар при циклической подаче воды на заготовку посредством применения клапанов высокого давления отсекающих подачу рабочей жидкости. При давлениях свыше 400 бар не существует управляющих клапанов, что делает невозможным использование водоструйных установок с большим давлением. Водоструйные установки высокого давления с управляющими клапанами рассчитаны на 200000 циклов включения-выключения при давлении не свыше 400 бар. При непрерывном прокатном производстве, где такт включения-выключения составляет 5-10 секунд, срок службы клапанов составляет 20-25 суток.
Аналогами предлагаемой полезной модели являются устройства для удаления окалины, известные из SU 1424899 [2], RU 2297875C2 [3], RU 2281174 [4], RU 2247611 [5], RU 2129053 [6]. В существующих аналогах устройства механизм отсечки струи воды отсутствует.
Наиболее близким аналогом предлагаемого устройства является устройство для гидросбива окалины, известное из [6].
2
Недостатки наиболее близкого аналога заключаются в том, давление повышается за счет вращения форсунок, что приводит к значительной сложности устройства, большим затратам на его изготовление, большим габаритным размерам, что не позволяет вписать его в существующие прокатные станы. Скорость перемещения механизма окалины, указанная в источнике [6] в разы меньше существующей на современных прокатных станах, где происходит движение обрабатываемой заготовки, что при указанных характеристиках не позволит удалить окалину, так как минимальная энергия удаления окалины должна быть в пределах 17-42 кДж/м в секунду [1]. Количество потребляемой воды в известной из [6] установки не менее 300 л/мин, что приведет к охлаждению гильзы, а, следовательно подъему температуры нагрева, т.е. к дополнительным энергозатратам. Указанная в патенте [6] конструкция представляет из себя сложное механическое устройство, занимающее большую площадь, что не позволяет внедрить ее в существующие трубопрокатные агрегаты, неоснащенные устройствами гидросбива окалины.
Задача предлагаемой полезной модели заключается ев создании конструкции устройства, позволяющего при непрерывной работе насоса осуществлять не менее 3000000 циклов возвратно-поступательных движений отбойника струи воды.
Задача решается тем, что устройство для гидросбива окалины с обрабатываемой трубы перед прокатным станом включает гидросбивное кольцо, соединенное с трубопроводом для подачи воды под давлением. Устройство снабжено размещенными в боксе механизмом отсечки струи воды, выполненным с возможностью отвода воды в обратный цикл, и управляемым приводом для его перемещения вдоль направления перемещения обрабатываемой трубы, снабженным отбойником струи воды, армированным ударопрочными пластинами с параболообразным профилем, в закрытом положении гасящим энергию струи воды, при этом устройство снабжено датчиком наличия обрабатываемой трубы, выдающим сигнал на привод механизма отсечки струи воды, а гидросбивное кольцо размещено в упомянутом боксе.
Технический результат, достигаемый вышеуказанной совокупностью существенных признаков, заключается в повышении эффективности удаления окалины с обрабатываемой трубы.
Предлагаемая полезная модель позволяет использовать насосы высокого давления до 1000 бар, так как в управлении потоками воды не задействованы клапана насоса высокого давления.
Полезная модель поясняется чертежами.
На фиг.1 показана схема устройства в положении отбойника «закрыто».
На фиг.2 показана схема устройства в положении отбойника «открыто».
Устройство для гидросбива окалины с обрабатываемой трубы перед прокатным станом состоит из бокса 1, корпус которого представляет собой сварную металлическую конструкции из нержавеющей стали, гидросбивное кольцо 2 с форсунками, отбойник 3 струи воды, установленный под острым углом к направлению движения струи, армированный ударопрочными пластинами 12 с параболообразным профилем, что на порядок гасит энергию удара струи воды, а так же осуществляет функцию отвода воды в оборотный цикл, привод 4 для перемещения отбойника 3 струи воды вдоль направления проката, управляется датчиком 11 наличия обрабатываемой трубы, трубопровод 7 подачи воды.
Осуществление работы устройства.
Сигнал с датчика 11 наличия обрабатываемой трубы подается: на привод 4 отбойника 3 струи воды, который при закрытом положение гасит энергию струи воды, так как установлен под острым углом направления потока воды и армирован ударопрочными пластинами 12 с параболообразным профилем.
Труба 5 с прокатной оправкой 6 перемещается по роликовой дорожке 10 к прокатной клети 9. Высокое давление от 50 до 1000 бар создает помпа 8 с расходом воды 48 л/мин, выпускаемая серийно как зарубежными фирмами, так и отечественными производителями (фирма Woma ФРГ, фирма ВСМ Санкт-Петербург), которое передается на гидросбивное кольцо 2 по трубопроводу 7 высокого давления.
При открытом положении отбойника 3 происходит удаление окалины с поверхности трубы 5. Помпа 8 работает в режиме постоянной подачи воды, что позволяет избегать гидроударов при работе и не требует управляющих клапанов в ее конструкции.
Вода под давлением по трубопроводу 7 от установки 8 высокого давления подается на гидросбивное кольцо 2 через форсунки в зону обработки трубы 5, которая движется по роликовой дорожке 10 со скоростью до 2 м/сек в сторону прокатной клети 9. При отсутствии обрабатываемой трубы 5 (фиг.1), поток воды направляется в отбойник 3 и отводится в оборотный цикл. Это необходимо, когда прокат производится на смазанной прокатной оправке 6, смыв смазочного слоя с которой недопустим по технологическим требованиям. По сигналу с датчика 11 о наличии обрабатываемой трубы 5 отбойник 3 переходит в положение «открыто» (фиг.2), при этом струи воды направляются на обрабатываемую трубу 5. После завершения гидросбива окалины по сигналу с датчика 11 наличия трубы 5 отбойник 3 возвращается в положение «закрыто» (фиг.1). Далее цикл повторяется.
Предлагаемая полезная модель позволяет уменьшить затраты на приобретении высоконапорных водоструйные установок, так как стоимость их прямо пропорциональна мощности электродвигателя. Для получения необходимой энергии (Е) струи воды с давлением 400 бар и расходом воды 140 л/мин требуется мощность электродвигателя 140 кВт, а у насоса с давлением 1000 бар и расходом воды 48 л/мин мощность двигателя 15 кВт, уменьшить затраты в процессе эксплуатации на воду и электроэнергию за счет разницы в потреблении для водоструйных установок с давлением 400 бар и с давлением 1000 бар, уменьшить затраты на нагрев заготовки так как снижения температуры при гидросбиве с расходом воды 48 л/мин. практически нет, применять полезную модель при гидросбиве всех видов проката с доработкой по месту конструкции гидросбивного бокса.