УСТРОЙСТВО РЕГУЛИРОВАНИЯ ПОТОКОВ ВОЗДУХА ДЛЯ ОХЛАЖДЕНИЯ ГОРЯЧИХ РУЛОНОВ

Полезная модель относится к горячей полосовой прокатке и используется при ускоренном охлаждении рулонов из горячекатаных полос. Известно устройство в виде осевого вентилятора, осуществляющего наружный обдув и охлаждение рулонов горячекатаных полос, установленных на стеллажах в вертикальные стопы. Регулирование потоков воздуха при этом осуществляется самим вентилятором [Беняковский М.А. и др. Технология прокатного производства. / Справочник под ред. Зюзина В.И. и др.. Книга 1. - М.: Металлургия, 1991. Стр.100.].
Недостатками известного технического решения являются неэффективная работа вентиляторов, приводящая к большой продолжительности цикла охлаждения и к существенным различиям в скорости охлаждения внешних и средних витков рулонов, что является причиной ухудшения качества смотанных полос.
Наиболее близким к заявляемой полезной модели регулирования потоков воздуха для охлаждения горячих рулонов является устройство в котором поток воздуха проходит через канал, в виде прямоугольного короба, с заглушенным торцем и распределяется по внутренним полостям стоп горячих рулонов, через отверстия, выполненные в верхней стенке канала, с уменьшающимися диаметрами по направлению к его заглушенному торцу [Патент РФ RU №2116147 С1 МПК 6 В 21 В 45/02 по заявке №97101752/02 от 04.02.1997 г.].
При использовании такого устройства регулирования потоков воздуха для охлаждения горячих рулонов, интенсивность охлаждения рулонов несколько улучшается по сравнению с вариантом [1] за счет подачи воздуха к
внутренней наиболее медленно остывающей части рулона, но распределение его по стопам рулонов крайне не равномерно.
Скорость воздуха, вытекающего из отверстия в начале воздухораспределителя, максимальная, а вектор скорости почти параллелен оси самого воздухораспределяющего канала [Талиев В.Н. Аэродинамика вентиляции: Учеб. пособие для вузов. - М.: Стройиздат, 1979. Рис.13.1 на стр.179].
Входя во внутреннюю полость стопы под углом к вертикали, воздушный поток натыкается на стенку полости, теряет кинетическую энергию, частично изменяет направление своего движения, образуя завихрения, которые также гасят динамическую составляющую давления потока, что не позволяет ему с высокой скоростью продвигаться к верхним ярусам стопы рулонов. Невертикальная направленность воздушного потока в полости смещает его на одну сторону и при прохождении межрулонного пространства. Ослабленный воздушный поток обтекает узкий сектор оснований рулонов, выходя только на одну сторону стопы рулонов, а не распределяясь по всей окружности оснований.
Регулировка потоков по отверстиям осуществляется за счет изменения диаметра отверстий, а именно уменьшения диаметров в направлении от входа к заглушенному торцу. В результате скорость воздуха существенно снижается от отверстия к отверстию, пропорционально удалению его от начала канала и уменьшения его диаметра, что приводит к неравномерности скорости охлаждения по стопам рулонов. В конечном итоге неравномерность охлаждения по стопам означает снижение производительности стенда в целом, поскольку охлаждение прекращается лишь при достижении заданной температуры самым горячим рулоном. Таким образом, имеется возможность для увеличения производительности стенда и повышения качества готовой полосы только за счет регулирования воздушных потоков.
Технический результат настоящей полезной модели заключается в сокращении времени охлаждения горячекатаной полосы в рулоне при уменьшении затрат энергии на подачу воздуха для охлаждения и повышение качества полосового проката за счет выравнивания скорости охлаждения рулонов вследствие подвода к каждому одинакового количества охладителя.
Указанный технический результат достигают тем, что в известном устройстве регулирования потоков воздуха для охлаждения рулонов горячекатаных полос, включающем воздухораспределительный канал с заглушенным торцом и выполненными в верхней стенке отверстиями для выхода воздуха во внутренние полости стоп горячих рулонов, установлены цилиндрические фланцевые патрубки одинакового диаметра, длиной, равной глубине канала. Патрубки, установленные в отверстия, опираются фланцем на верхнюю стенку канала. Нижние основания патрубков обрезаны наискось, причем высота обрезки не превышает одной трети длины патрубка, а сами патрубки имеют возможность свободно поворачиваться вокруг оси отверстия, в котором они установлены. Требуемые параметры подаваемого через патрубки воздуха, такие как скорость, давление, вектор движения, достигаются изменением угла среза нижнего основания патрубка, то есть площадью захвата, и поворотом патрубка вокруг оси, то есть фронтом захвата.
На фиг.1 представлено устройство, состоящее из цилиндрического патрубка 1 диаметра d, имеющего фланец 2 диаметром D, большим, чем самый большой диаметр отверстий 3, в которые установлены патрубки 1. Фланец 2 опирается на верхнюю стенку 4 воздухораспределительного канала 5 глубиной h. Нижнее основание патрубка 1 обрезано под углом α к горизонту канала 5, но высота обрезки не превышает 1/3 h. Патрубок 1 может свободно поворачиваться вокруг оси о-о отверстия 3, в котором он установлен, изменяя тем самым положение фронта угла α к направлению
потока воздуха в канале 5 из положения точки а, через точки b, в положение точки с.
На фиг.2 показан вариант использования устройства для выравнивания потоков воздуха направляемых во внутренние полости стоп рулонов 6 установленных над отверстиями 3. Поток воздуха 7, поступая в воздухораспределительный канал 5, достигает патрубка 1 и заполняет его по всему диаметру d. При этом, скорость прохождения потока по патрубку 1 во многом определяется величиной и положением площади захвата патрубком 1 частичного потока из общего воздушного потока 7. Величина площади захвата пропорциональна углу обрезки α нижнего основания патрубка 1, а положение площади захвата, путем свободного вращения патрубка 1 на фланце 2, может меняться от полного препятствия потоку 7 в точке с, через промежуточные положения в точках b, до полного открытия потоку 7 в положении точки а. Захваченный воздух, благодаря некоторой длине патрубка 1 (не менее 2/3 глубины воздухораспределительного канала 5) формируется в вертикальный поток, который с такими сформированными параметрами (величина скорости - пропорциональна углу α и положению фронта захвата с, b, а, вектор потока - совпадает с осью стопы рулонов) попадает во внутреннюю полость стопы рулонов 6 и, равномерно распределяясь по стенкам полости, без завихрений, подниматься до верха стопы без потерь кинетической энергии.
3
2
1
1
2
3
В примере, показанном на фиг.2, поставлена задача создания максимально возможных и равномерных по стопам рулонов I-III вертикальных воздушных потоков в полостях 6. Эта задача решается при условии выполнения обрезки нижних оснований патрубков в следующем соотношении α>α>α и расположения фронтов захвата: угла α - в положении с, α - в положении b, а α - в положении а. Сравнительные экспериментальные результаты регулирования воздушных потоков,
проведенные известным устройством [2] и устройством предлагаемой полезной модели приведены в таблице.
Сравнительные результаты регулирования воздушных потоков во внутренних полостях охлаждаемых рулонов устройствами различной конструкции при одинаковой скорости воздушной струи на входе воздухораспределительного канала - 38 м/с.
Таблица.
Устройство выполнено по:
Фиксируемый параметр, ед. измерения
По стопам, согласно фиг.2
стопа I
стопа II
стопа III
Патент РФ RU №2116147, [2]
Диаметр отверстий на входе в полость стопы, мм
800
600
400
Скорость воздушного потока на входе в полость стопы, м/с
23...21
11...9
7...5
Отклонение вектора воздушного потока от вертикали. Градус
>60
>45
15...20
Предлагаемая полезная модель
Диаметр отверстий на входе в полость стопы, мм
450
450
450
Скорость воздушного потока на входе в полость стопы, м/с
13...11
15...14
15...14
Отклонение вектора воздушного потока от вертикали. Градус
1...2
1...2
0...1
Источники информации.
1. Беняковский М.А. и др. Технология прокатного производства. / Справочник под ред. Зюзина В.И. и др.. Книга 1. - М.: Металлургия, 1991. Стр.100.
2. Патент РФ RU №2116147 С1 МПК 6 В 21 В 45/02 по заявке №97101752/02 от 04.02.1997 г.
3. Талиев В.Н. Аэродинамика вентиляции: Учеб. пособие для вузов. - М.: Стройиздат, 1979. Рис.13.1 на стр.179.