МОДУЛЬНАЯ РУБАШКА ОХЛАЖДЕНИЯ ДЛЯ ПРОКАТНЫХ СТАНОВ И ВИТКООБРАЗОВАТЕЛЬ ПРОКАТНОГО СТАНА, СОДЕРЖАЩИЙ ТАКУЮ РУБАШКУ ОХЛАЖДЕНИЯ
ROLLING MILLS MODULAR COOLING JACKET AND ROLLING MILL LAYING COILER HAVING SUCH COOLING JACKET

Предпосылки
1. Область изобретения
Варианты настоящего изобретения относятся к рубашкам охлаждения, часто именуемым рубашками водяного охлаждения, для термоизоляции оборудования прокатного стана от горячего проката. Более конкретно, варианты настоящего изобретения относятся к рубашками водяного охлаждения для термоизоляции подшипников вращающихся полых валов в виткообразователе.
2. Описание прототипа
Прокатные станы формуют горячий удлиненный материал, которые передает теплоту в рабочую среду. Желательно изолировать некоторое оборудование прокатного стана от такого теплопереноса. В прокатном стане одного типа виткообразователи скручивают удлиненный материал в готовый продукт в форме спирали. Удлиненный материал подается в виткообразователи расположенными перед ними прижимными валиками, которые расположены в непосредственной близости от проксимального или приемного конца виткообразователя. В проксимальном конце виткообразователя часто применяют приводимый зубчатой передачей полый вал с шейкой, по которой движется горячий удлиненный материал, проходящий внутри канала в полом валу. Полый вал вращается в смазываемых подшипниках, которые охватывают участок шейки, а горячий удлиненный материал проходит сквозь шейку в непосредственной близости к подшипникам. Желательно уменьшить теплоперенос на подшипники вращения полого вала, изолировав их от источника теплоты, которым является горячий материал.
Подшипники полого вала часто изолируют с помощью кольцевой рубашки охлаждения для воды или другой охлаждающей жидкости, которая расположена в пределах участка шейки между подшипниками и горячим материалом. Циркулирующая охлаждающая жидкость, например вода, течет по лабиринтному кольцевому каналу в рубашке водяного охлаждения и поглощает теплоту, передаваемую от горячего материала. Таким образом на подшипники полого вала передается меньше теплоты, чем в случае отсутствия такой рубашки водяного охлаждения.
Известные рубашки водяного охлаждения образованы вставленными одна в другую концентричными внутренней и наружной трубами так, чтобы горячий материал проходил сквозь внутренний диаметр внутренней трубы, а охлаждающая вода была заключена между наружным замкнутым контуром внутренней трубы и внутренним диаметром наружной трубы. В кольцевом пространстве между внутренней и наружной трубами могут быть установлены перегородки для управления потоком охлаждающей жидкости, часто так, чтобы наиболее холодная вода, входящая в рубашку, текла вдоль внутреннего диаметра наружной трубы, а затем направлялась в контакт с более горячей внутренней трубой. Таким образом, на наружной поверхности рубашки поддерживалась относительно более низкая температура. Вставленные одна в другую трубы и перегородки часто именуют лабиринтом из-за траектории движения охлаждающей жидкости.
Торцы лабиринтной кольцевой трубчатой структуры рубашки водяного охлаждения заглушены, и на проксимальном конце рубашки водяного охлаждения, который находится перед каналом для удлиненного материала, имеется фланец для крепления к ступице подшипника полого вала. Этот фланец постоянно закреплен на участке лабиринтной трубчатой рубашки.
Этот фланец больше лабиринтного трубчатого участка и более сложен в изготовлении и часто содержит каналы для сообщения по текучей среде с впускным и выпускным трубопроводами охлаждающей жидкости, например шлангами в металлической оплетке. Внутренний канал в рубашке внутри лабиринта, тюбинга и/или фланца также может содержать пневматические каналы для удаления сжатым воздухом окалины с горячего удлиненного материала во время его прохождения сквозь полый вал.
Из-за горячей среды внутри шейки полого вала, часто содержащей абразивные частицы, такие как металлическая окалина, внутренний диаметр лабиринтного трубчатого участка изнашивается и периодически должен заменяться. Замена влечет извлечение удлиненной рубашки охлаждения из отверстия под ступицу полого вала в направлении, по существу параллельном каналу для удлиненного материала. Однако выпускная часть узла прижимных валиков подачи удлиненного материала часто находится на оси в непосредственной близости к ступице полого вала и фланцу рубашки водяного охлаждения так, что она блокирует зазор фланца, необходимый для извлечения его из ступицы полого вала. Фланец слишком широк, чтобы войти в выпускную часть узла подающих прижимных валков, поэтому радиальный зазор недостаточен, чтобы принять фланец внутри канала прижимного валика. Наоборот, наружный диаметр лабиринтного тюбинга достаточно мал, чтобы войти в выпускную часть узла прижимного валика, но его невозможно туда ввести из-за постоянного крепления к фланцу рубашки водяного охлаждения. Следовательно, для того, чтобы создать необходимое пространство для извлечения унитарной, состоящей из оной детали рубашки водяного охлаждения, с оборудования виткообразователя следует снять узел прижимных валиков. Такое снятие узла прижимных валиков требует затрат времени и влечет перемещение тяжелых компонентов с привлечением множества ремонтников. Наряду с затратами средств и труда на замену рубашки водяного охлаждения, возникают экономические потери из-за простоя прокатного стана. Имеется потребность в сокращении простоев прокатного стана и расходов, связанных с заменой рубашки водяного охлаждения.
Краткое описание изобретения
Соответственно, варианты настоящего изобретения включают рубашку охлаждения, содержащую выборочно отсоединяемый модульный картридж для охлаждающей жидкости и наружный фланец. Во время установки или извлечения рубашки охлаждения из ступицы полого вала наружный фланец рубашки охлаждения отделен от картриджа и сдвинут вбок из зазора между ступицей полого вала виткообразователя и выпускной частью узла прижимного валика. Это позволяет вставлять или извлекать картридж относительно меньшего диаметра в ступицу полого вала через выпускную часть узла прижимного валика, где имеется достаточный радиальный зазор для приема проходящего лабиринтного участка картриджа. После того как в ступицу полого вала будет вставлен новый картридж, участок наружного фланца крепят к обращенной наружу проксимальной части картриджа. Затем к фланцу можно прикрепить трубопроводы для охлаждающей жидкости и сжатого воздуха, для завершения ремонта.
Модульная рубашка водяного охлаждения по настоящему изобретению создает возможность многократного использования относительно более дорогого и постоянного фланца, ограничивая расходы на ремонт стоимостью лабиринтного трубчатого картриджа. Модульная рубашка водяного охлаждения по настоящему изобретению также устраняет затраты на ремонт и время простоя, связанные со снятием и заменой узла прижимного валика. Таким образом, используя модульную рубашку водяного охлаждения по настоящему изобретению, можно завершить ремонт силами меньшего количества ремонтников и за более короткое время (следовательно, с сокращенным временем простоя), чем при использовании известных цельных рубашек водяного охлаждения.
Хотя варианты модульной рубашки водяного охлаждения по настоящему изобретению описаны в применении к виткообразователю, они могут применяться и в других рубашках охлаждения прокатного стана. Например, независимо от типа применения рубашки водяного охлаждения, настоящее изобретение обеспечивает экономию за счет многократного использования наружного фланца и ограничения ремонта заменой лабиринта или другой трубчатой конструкции для охлаждающей жидкости в форме картриджа. Модульная конструкция также повышает возможность гармонизации картриджей для охлаждающей жидкости и наружных фланцев для различных вариантов применения рубашки охлаждения в прокатном стане, тем самым сокращая номенклатуру запчастей, которые необходимо изготавливать или хранить на складе. Модульная рубашка водяного охлаждения по настоящему изобретению может устанавливаться в уже существующие прокатные станы и виткообразователи.
Эти и другие варианты настоящего изобретения могут быть реализованы в соответствии с настоящим изобретением в форме сменного картриджа рубашки охлаждения прокатного стана с вставленными одна в другую наружной и внутренней гильзами, имеющие соответственно аксиальные дистальный и проксимальный концы и определяющие между собой канал для охлаждающей жидкости. В торцевой крышке имеется канал, сообщающийся с внутренней полостью внутренней гильзы. Фланец картриджа соединен с соответствующими проксимальными концами наружной и внутренней гильз и уплотняет их. Во фланце картриджа имеется отверстие, сообщающееся с внутренней полостью внутренней гильзы. Фланец картриджа также имеет наружный замкнутый контур, выполненный с возможностью ориентированного по оси зацепления с устройством прокатного стана, и определяет соответствующие впуск и выпуск для охлаждающей жидкости, изолированные друг от друга и сообщающиеся с каналом для охлаждающей жидкости. Впуск и выпуск выполнены с возможностью сообщения с соответствующими источниками охлаждающей жидкости прокатного стана при взаимном зацеплении фланца картриджа и устройства прокатного стана. Фланец картриджа имеет определенные в нем крепежные элементы, выполненные с возможностью взаимного зацепления с устройством прокатного стана.
Другой иллюстративный вариант содержит виткообразователь прокатного стана, имеющий сменный картридж рубашки охлаждения по настоящему изобретению. Виткообразователь прокатного стана содержит полый вал, установленный с возможностью вращения в ступице пиноли и имеющий канал для прохождения сквозь него прокатанного удлиненного материала. Кольцевая рубашка охлаждения находится внутри полого вала и расположена между каналом в полом валу и ступицей полого вала. Рубашка имеет наружный фланец, содержащий участок шейки для сцепления со ступицей полого вала, и центральный канал наружного фланца, сообщающийся с каналом в полом валу для пропускания сквозь него удлиненного материала. Виткообразователь имеет сменный картридж рубашки охлаждения, имеющий внутренний канал, который сообщается с центральным каналом наружного фланца и с каналом в полом валу для пропускания сквозь него удлиненного материала. Картридж определяет канал для охлаждающей жидкости, окружающий по меньшей мере часть внутреннего канала. Наружный фланец и картридж определяют соответствующие зацепляющиеся поверхности для выборочного соединения этих компонентов. Наружный фланец и картридж далее выборочно скреплены соединительными элементами.
Настоящее изобретение также относится к способу замены рубашки охлаждения прокатного стана путем создания рубашки охлаждения, имеющей наружный фланец, имеющий участок шейки, выполненный с возможностью сцепления устройством прокатного стана, и центральный канал наружного фланца для пропускания сквозь него удлиненного материала. Также предлагается сменный картридж рубашки охлаждения; картридж имеет внутренний канал, выполненный с возможностью пропускать сквозь себя удлиненный материал и сообщающийся с центральным каналом наружного фланца. Картридж определяет канал для охлаждающей жидкости, окружающий по меньшей мере часть внутреннего канала и выполненный с возможностью сообщения с источником охлаждающей жидкости прокатного стана. Предлагаемые картридж и фланец также определяют соответствующие поверхности зацепления для выборочного соединения их друг с другом. На следующем этапе способа по настоящему изобретению рубашку охлаждения вставляют в осевом направлении в устройство прокатного стана и совмещают ее внутренний канал с транспортным каналом прокатного стана для удлиненного материала. На следующем этапе способа по настоящему изобретению выравнивают и зацепляют шейку наружного фланца с ответной частью устройства прокатного стана, после чего соединяют наружный фланец и картридж их соответствующими сцепляющимися поверхностями. После взаимного зацепления наружный фланец и картридж соединяют соединительными элементами.
Признаки настоящего изобретения могут применяться специалистами совместно или индивидуально в любой комбинации. Дополнительные признаки настоящего изобретения и его преимущества описываются более подробно ниже со ссылками на конкретные варианты, показанные на приложенных чертежах, на которых одинаковые элементы обозначены одинаковыми позициями.
Краткое описание чертежей
Идеи настоящего изобретения будут понятны из нижеследующего подробного описания со ссылками на приложенные чертежи, где:
Фиг. 1 - вид сбоку виткообразователя и узла прижимного валика, в которых применяется рубашка охлаждения по иллюстративному варианту настоящего изобретения.
Фиг. 2 - вид сверху виткообразователя и узла прижимного валика по фиг. 1 по иллюстративному варианту настоящего изобретения.
Фиг. 3 - вид спереди виткообразователя и узла прижимного валика по фиг. 1 по иллюстративному варианту настоящего изобретения.
Фиг. 4 - сечение виткообразователя и узла прижимного валика по фиг. 1 по иллюстративному варианту настоящего изобретения.
Фиг. 5 - вид сбоку модульной рубашки охлаждения по иллюстративному варианту настоящего изобретения.
Фиг. 6 вид в перспективе проксимального конца модульной рубашки охлаждения по иллюстративному варианту настоящего изобретения.
Фиг. 7 - вид в перспективе в сечении модульной рубашки охлаждения по фиг. 6 по иллюстративному варианту настоящего изобретения.
Фиг. 8 и 9 - схематические виды процесса демонтажа модульной рубашки охлаждения в условиях осевых и радиальных ограничений, налагаемых виткообразователем и узлом прижимного валка по фиг. 1 по иллюстративному варианту настоящего изобретения.
Для облегчения понимания где возможно для обозначения одних и тех же элементов на разных видах чертежей используются одни и те же позиции.
Подробное описание
Из нижеследующего описания специалисты поймут, что идеи настоящего изобретения можно применять для рубашек охлаждения прокатных станов, включая рубашки водяного охлаждения. Модульная рубашка охлаждения по настоящему изобретению имеет трубчатый картридж для охлаждающей жидкости и выборочно отсоединяемый наружный фланец. Отсоединение наружного фланца большого диаметра от трубчатого картриджа облегчает установку и извлечение в осевом направлении картриджа в радиально ограниченное пространство, такое как канал для подачи удлиненного материала между прижимным валиком и виткообразователем. Модульная конструкция также позволяет многократно использовать фланец и заменять только изношенный трубчатый картридж.
Прокатный стан по настоящему изобретению, показанный на фиг. 1-4, имеет узел 25 прижимного валика, который подает удлиненный материал М со скоростью S на проксимальную сторону 32 виткообразователя 30. Удлиненный материал М затем выгружают из дистального конца 33 виткообразователя 30 свернутыми в спираль витками. Вращающийся полый вал 34 имеет участок шейки, содержащий канал в полом валу, который принимает горячий удлиненный материал М от дистального конца 33 через ступицу 35 подшипника пиноли. Подшипники 36 (показанные как подшипники качения) поддерживают вращающуюся ступицу 35 подшипника и полый вал 34.
Модульная рубашка 40 охлаждения или водяного охлаждения соединена внутри ступицы 35 подшипника и расположена между горячим удлиненным материалом М в канале полого вала и подшипниками 36 полого вала для теплоизоляции подшипников.
На фиг. 5-7 показаны конструктивные признаки модульной рубашки 40 охлаждения. Рубашка охлаждения имеет наружный фланец 50 с участком шейки, имеющей канавку 52 под уплотнительное кольцо, которое вставляется в соответствующее охватывающее отверстие, определенное ступицей 35 подшипника полого вала, как показано на фиг. 4. Можно использовать и другие известные интерфейсы для сопряжения шейки и отверстия. Наружный фланец 50 выборочно соединен через отверстие 54, сформированное в нем, с картриджем 60, и с резьбовыми крепежными элементами 56. Можно использовать другие известные съемные крепежные элементы, и сопрягаемые поверхности фланца 50 и лабиринтного картриджа 60 могут соединяться друг с другом другими известными удерживающими структурами, такими как удерживающее разрезное кольцо, упирающиеся заподлицо фланцы без сопрягаемых охватываемого и охватывающего - участков, винтовым соединением с прерывистой резьбой или резьбой. Аналогично сопрягаемые поверхности могут быть расположены в обратном порядке, так чтобы наружный фланец 50 определял охватываемый участок, который находится в зацеплении с охватывающим участком, определенным картриджем 60. Наружный фланец 50 также имеет впускной 57 и выпускной 58 каналы для охлаждающей жидкости, которые пропускают охлаждающую жидкость, например воду. Как известно специалистам, фланец 50 также может содержать не показанные на чертежах каналы для сжатого воздуха для удаления окалины с удлиненного материала М.
Картридж 60 рубашки охлаждения имеет центральный внутренний канал для приема и пропускания удлиненного материала М, который имеет проксимальный 61 и дистальный 62 концы. Фланец 63 картриджа на проксимальном конце лабиринтного картриджа сопряжен с соответствующим охватывающим отверстием 54 в наружном фланце 50 и удерживает резьбовые крепежные элементы 56. Картридж/лабиринт 60 имеет наружную трубчатую гильзу 64 и внутреннюю трубчатую гильзу 65, которые образуют между собой кольцевой охлаждающий канал для охлаждающей жидкости. Хотя гильзы 64, 65 показаны на чертежах как имеющие симметричную цилиндрическую конструкцию с концентрическим расположением, можно использовать другие конфигурации и взаимное расположение гильз. Перегородка 66 ориентирована концентрично между наружной и внутренней трубчатыми гильзами 64, 65 и проходит в осевом направлении по части длины лабиринтного картриджа 60, тем самым направляя охлаждающую жидкость по лабиринту, создавая волнообразный поток, показанный стрелками F. Охлаждающая жидкость попадает в картридж 60 через впуск 57 для воды в наружном фланце 50 и впуск 67 для воды, сформированный в лабиринтном фланце 63. Затем охлаждающая жидкость течет дальше (к дистальному концу 62 картриджа) вдоль внутренней периферии наружной трубчатой гильзы 64, огибает дистальный конец перегородки 66 и возвращается вдоль наружной поверхности внутренней трубки 65 к выпуску 68 для воды, сформированному во фланце 63 картриджа. Выпуск 68 для воды сообщается с выпуском 58 для воды наружного фланца 50.
Наружная трубчатая гильза 64 и внутренняя трубчатая гильза 65 удерживаются в концентрической ориентации лабиринтным фланцем 63 и торцевой крышкой 69, однако они могут быть ориентированы и не концентрично. Аналогично, одна или более из перегородок 66 может быть ориентирована в других относительных положениях для создания других требуемых путей движения охлаждающей жидкости.
Уплотнительные кольца удерживаются на наружном замкнутом контуре фланца 63 картриджа для радиального и осевого уплотнения потока охлаждающей жидкости между участком лабиринта и отверстием 54 в наружном фланце. Как показано на фиг. 7, проксимальное уплотнительное кольцо 70 и среднее уплотнительное кольцо 72 определяют внешние границы выпуска 58/68 для охлаждающей воды. Аналогично, среднее уплотнительное кольцо 72 и дистальное уплотнительное кольцо 74 определяют внешние границы впуска 57, 67 для охлаждающей воды. Среднее уплотнительное кольцо 72 изолирует впуск 67 для охлаждающей воды от выпуска 68 для охлаждающей воды.
Модульная конструкция рубашки 40 водяного охлаждения способствует быстрой замене изношенного лабиринтного картриджа 60 на наружном фланце 50 путем отвинчивания крепежных элементов 56 и разделения в осевом направлении из соответствующих сцепленных поверхностей. Это позволяет многократно использовать относительно не изношенный наружный фланец 50.
Состоящая из двух частей разделяемая модульная конструкция, содержащая наружный фланец 50 относительно большого диаметра и лабиринтный картридж 60 относительно меньшего диаметра также облегчает проведение текущего ремонта и замены по сравнению с известными унитарными конструкциями рубашек водяного охлаждения. Ранее известные рубашки водяного охлаждения не разбираются; поэтому для создания необходимого зазора для отделения рубашки водяного охлаждения от виткообразователя нужно было разобрать и отделить узел прижимного валика. Как показано на фиг. 8 и 9, собранную рубашку 40 водяного охлаждения нельзя извлечь, поскольку наружный фланец 50 рубашки слишком широк, чтобы выйти из узла 25 прижимного валика. Однако в настоящем изобретении извлечение болтов 56 позволяет отделить наружный фланец 50 от лабиринтного картриджа 60, как показано стрелкой I. После такого отделения наружный фланец 50 сдвигают вбок (стрелка II), чтобы очистить зазор между узлом 25 прижимного валика и виткообразователем 35. Картридж 60 затем извлекают в осевом направлении из виткообразователя 35 в направлении, показанном стрелкой III, поскольку его диаметр достаточно мал, чтобы пройти мимо узла 25 прижимного валика. Затем ремонтник заменяет лабиринтный картридж 60 на новый и устанавливает на место наружный фланец 50.
Хотя выше были показаны и описаны разные варианты, в которых реализованы идеи настоящего изобретения, специалистам понятно, что возможно создание различных других вариантов, использующих эти же идеи.