Пристрій для підведення охолоджувальної рідини до кристалізатора машини безперервного лиття заготівок

Корисна модель відноситься до області металургії, а саме до машин безперервного лиття заготівок (МБЛЗ) і може використовуватись в складі обладнання МБЛЗ для охолодження кристалізатора. Відомий пристрій для підведення охолоджувальної рідини до кристалізатору [патент СРСР SU№484665 , МПК В22 D11/04], що містить трубопроводи U-образної форми й вертикальні труби, які з'єднані швидкорознімними з'єднаннями. Швидкорознімні з'єднання трубопроводів виконані у вигляді двох накладених один на одного й герметично з'єднаних між собою прямокутних фланців, у кожному з яких відповідно закріплені кінці трубопроводів кристалізатора й рами механізму хитання. Кінці вертикальних труб з'єднані з нерухомими трубопроводами гнучкими шлангами, розташованими під рамою. Недолік аналога: Слід зазначити, що для реалізації режиму хитання кристалізатора, необхідного для одержання якісної заготівки, необхідно подавати воду в систему трубопроводів під тиском. Так при охолодженні водою кристалізатора через гнучкі шланги із внутрішнім діаметром 200 мм і довжиною до чотирьох метрів при несиметричних режимах хитання, коли прискорення може досягати 4,5 м/с , додаткова динамічна складова тиску в шлангу від маси води в ньому становить до 30-50% від робочого тиску. Шланги такого типорозміру мають невеликі запаси міцності, і виникаюче додаткове динамічне навантаження може привести до руйнування (прориву шланги) у районі з'єднання з металевим трубопроводом. Таким чином, пристрій має незадовільну надійність й обмежені технологічні можливості. За прототип обраний пристрій для підведення охолоджувальної рідини до установки безперервного лиття заготівки [патент РФ№2201838, МПК В22 D11/055], що містить кристалізатор, установлений у рамі механізму хитання й систему охолодження кристалізатора. Система охолодження кристалізатора виконана у вигляді герметичних елементів, включених у блоки, які примикають торцевими щільниками до кристалізатору й приводної рами й з'єднань системи охолодження із трубопроводами, виконаних у вигляді гнучких засобів, що представляють собою сильфони. У прототипі усунуті деякі недоліки, властиві попередній конструкції. Завдяки тому, що застосовані сильфони між системою охолодження й трубопроводами, замість гнучких шлангів, знімаються обмеження по частоті хитання кристалізатора, а це приводить до розширення технологічних можливостей пристрою. При русі кристалізатора вниз об'єм внутрішніх порожнин сильфонів зменшується, що приводить до збільшення в них тиску, який поширюється по трубопроводам, у тому числі убік регулювальних клапанів. Наслідком періодичного змінення тиску в сильфонах є поява вібрацій і шуму в системі, що знижує надійність і довговічність пристрою. Зі збільшенням амплітуди хитання кристалізатора автоматичні регулювальні клапани, які підтримують сталість витрати охолоджувальної води через кристалізатор, реагують у протифазі, намагаючись зберегти сталість миттєвої витрати води, тобто клапани відкриваються при збільшенні тиску й навпаки. При частоті коливань близької до власної частоти коливань системи «трубопровід - регулювальний клапан» у трубопроводі виникають коливання тиску великої амплітуди, небезпечні для міцності, як трубопроводів, так й їхніх кріплень, що в остаточному вигляді, знижує надійність і довговічність системи охолодження кристалізатора. Таким чином, недоліком пристрою є незадовільна надійність і довговічність. В основу корисної моделі поставлене завдання - підвищення довговічності й надійності пристрою для підведення охолоджувальної рідини до кристалізатору. Поставлене завдання вирішується за рахунок технічного результату, який полягає у підтриманні незмінним заданого тиску в пружному елементі - сильфоні. Для досягнення вищевказаного результату пристрій для підведення охолоджувальної рідини до кристалізатору машини безперервного лиття заготівок, що включає виконаний у приводній рамі механізму хитання кристалізатора підвідний канал, один кінець якого з'єднаний із кристалізатором, а другий - з'єднаний за допомогою вузла із пружним елементом, наприклад сильфоном, із трубопроводом, розташованим у стаціонарній рамі механізму хитання, відповідно до корисної моделі, він має , розміщеним над приводною рамою механізму хитання компенсатором змінення об'єму пружного елемента згаданого вузла, і з'єднаним з підвідним каналом через короткий трубопровід; причому, компенсатор змінення об'єму пружного елемента може бути виконаний у вигляді: - герметичної ємності; - гідропневмоакумулятора; - додаткового вузла із пружним елементом - сильфона, зв'язаного вільним кінцем зі стаціонарною рамою механізму хитання кристалізатора. У результаті порівняльного аналізу пропонованого пристрою для підведення охолоджувальної рідини до кристалізатору із прототипом установлено, що вони мають наступні загальні ознаки: - виконаний у приводній рамі механізму хитання кристалізатора підвідний канал; - з'єднання одного кінця підвідного каналу із кристалізатором, а з'єднання другого кінця за допомогою вузла із пружним елементом, наприклад сильфона, із трубопроводом; - розташування трубопроводу в стаціонарній рамі механізму хитання; а також відмінні ознаки: - компенсатор змінення об'єму пружного елемента згаданого вузла розміщений над приводною рамою механізму хитання й з'єднай з підвідним каналом через короткий трубопровід; - виконання компенсатора змінення об'єму пружного елемента у вигляді герметичної ємності; - виконання компенсатора змінення об'єму пружного елемента у вигляді гідропневмоакумулятора; - виконання компенсатора змінення об'єму пружного елемента у вигляді додаткового вузла із пружним елементом - сильфона, зв'язаного вільним кінцем зі стаціонарною рамою механізму хитання кристалізатора. Таким чином, запропонований пристрій для підведення охолоджувальної рідини до кристалізатору МБЛЗ має нове конструктивне виконання вузлів і деталей, нові зв'язки вузлів і деталей, а також нове розміщення їх відносно один одного. Між відмінними ознаками й технічним результатом, який досягається, існує причинно-наслідковий зв'язок. Завдяки тому, що пристрій постачений компенсатором зміненя об'єму пружного елемента згаданого вузла розміщеним над приводною рамою механізму хитання і з'єднаним з підвідним каналом через короткий трубопровід, стало можливим стабілізувати тиск у пружному елементі за рахунок циркуляції надлишкового або невистачаємого об'єму рідини між пружним елементом і компенсатором на частині короткого трубопроводу, який з'єднує їх і створює менший спротив переміщенню надлишкового об'єму рідини, чим спротив з боку протилежної частини трубопроводу. Пружний елемент (сильфон) при хитанні кристалізатора працює як плунжерний гідроциліндр. У такому гідроциліндрі плунжер робить зворотно поступальний рух із частотою хитання кристалізатора, тобто сильфон то втягує певний об'єм води, то виштовхує його знову в трубопровід. Цей пульсуючий потік води йде убік найменшого сопротиву - у короткий трубопровід у приводній рамі й далі в компенсатор, який і поглинає збільшення цього потоку й потім повертає його назад у трубопровід. У загальному випадку, компенсатор змінення об'єму представляє собою пристрій, який здатний сприймати певний об'єм рідини при мінімальній зміні тиску усередині себе. Таким чином, будь-яке підвищення тиску обмежується переміщенням об'єму рідини на ділянці водяного тракту між сильфоном і компенсатором змінення об'єму, що приводить до зменшення вібрації й шуму у всій системі охолодження. Виключення з вищевказаної сукупності відмінних ознак хоча б однієї не забезпечує досягнення технічного результату. Технічне рішення, яке заявляється, невідомо з рівня техніки й тому воно є новим. Технічне рішення, яке заявляється, промислово застосовано, тому що його технологічне й технічне виконання не представляє труднощів. По цьому технічному рішенню виконаний технопроект механізму хитання МБЛЗ для ВАТ НЛМК (Росія). Таким чином, технічному рішенню, яке заявляється може представлятися правова охорона, тому що воно є новим, і промислово застосовано, тобто відповідає критеріям корисної моделі. Корисна модель пояснюється кресленнями, на яких зображені: Фіг.1 - пристрій для підведення охолоджувальної рідини до кристалізатору машини безперервного лиття заготівок, загальний вид; Фіг.2 - пристрій для підведення охолоджувальної рідини до кристалізатору машини безперервного лиття заготівок, варіант виконання компенсатора у вигляді герметичної ємності; Фіг.3 - пристрій для підведення охолоджувальної рідини до кристалізатору машини безперервного лиття заготівок, варіант виконання компенсатора у вигляді гідропневмоакумулятора; Фіг. 4 - пристрій для підведення охолоджувальної рідини до кристалізатору машини безперервного лиття заготівок, варіант виконання компенсатора у вигляді сильфона. Пристрій для підведення охолоджувальної рідини до кристалізатору машини безперервного лиття заготівки (фіг.1) містить кристалізатор 1, установлений на приводній рамі 2 механізму хитання, стаціонарну раму З, герметичні блоки 4, закріплені на приводній рамі 2 й примикають до кристалізатору 1. Герметичні блоки 4 з'єднані із трубопроводами 5 стаціонарної рами 3 через підвідні трубопроводи 6, розташовані в приводній рамі 2, і гнучкі засоби, наприклад, сильфони 7. Компенсатори 8 короткими трубопроводами 9 з'єднані із підвідними трубопроводами 6 у районі їхнього підключення із сильфонами 7 і змонтовані на приводній рамі 2. Компенсатори 8, виконуючи однакову функцію, можуть розрізнятися конструктивно. На фіг.2 показаний компенсатор 8, виконаний у вигляді герметичної ємності, яка представляє собою, вертикально встановлений відрізок труби, який фактично є продовженням короткого трубопроводу 9 та у якої заглушений верхній торець. Для контролю роботи компенсатора 8 служить манометр 10 і запірний кран 11. На фіг. 3 показаний компенсатор, виконаний у вигляді гідропневмоакумулятора 8, який підключений своєю гідравлічною порожниною через короткий трубопровід 9 із сильфоном 7 і підвідним трубопроводом 6. Для заправлення газової порожнини повітрям необхідного тиску служить редукційний клапан 10, а для контролю тиску - манометр 11. На фіг.4 показаний компенсатор, виконаний у вигляді сильфона 8, приєднаного нижнім фланцем коротким трубопроводом 9 до сильфона 7 і підвідного каналу 6, а верхнім фланцем, зв'язаний зі стаціонарною рамою 3. Для контролю заповнення компенсатора водою на верхньому фланці встановлений дренажний трубопровід із запірним краном 10. Охолоджувана рідина підводиться до кристалізатору наступним чином. Перед запуском у роботу механізму хитання приводна рама 2 установлюється в середнє положення, від системи водопостачання по трубопроводах 5 у стаціонарній рамі 3 охолоджувана рідина подається в сильфони 7, а потім по підвідних трубопроводах 6 через герметичні блоки 4 попадає в кристалізатор 1, а по трубопроводах 9 вода заповнює компенсатори 8. По зазначеним каналам проходить заданий постійний об'єм охолоджувальної води, і компенсатори 8 заповнені водою під постійним тиском, який визначається величиною витрати води, спротивом всіх трубопроводів і самого кристалізатора 1. При роботі механізму хитання, тобто опусканні або підйомі приводної рами 2 із кристалізатором щодо середнього положення, внутрішній об'єм сильфона 7 зменшується або збільшується, що приведе до збільшення або зменшення витрати води на виході із сильфона. Додаткова витрата води йде убік меншого тиску, тобто по короткому трубопроводу 9. Тому зміна витрати води (а значить і тиску) буде відбуватися на ділянці «сильфон 7 - компенсатор 8», тому що до цього тиск в компенсаторі й сильфоні був практично рівними через відсутність витрати води через компенсатор. Це приводить до того, що витиснення додаткової витрати води із сильфона 7 у компенсатор 8 буде відбуватися при значно меншому збільшенні тиску в сильфоні 7, чим при витисненні через інші трубопроводи 5 й 6. Запропонований пристрій дозволяє підтримувати практично незмінним заданий тиск у пружному елементі сильфоні 7. При виконанні компенсатора у вигляді герметичної ємності (фіг.2) вода при заповненні стискає повітря, яке всередині і при цьому величина відношення об'єму стисненого повітря до геометричного об'єму компенсатора визначається величиною тиску води в сильфоні 7. При виконанні компенсатора 8 у вигляді гідропневмоакумулятора (фіг.3) його газову порожнину необхідно заправити повітрям з тиском трохи меншим, чим тиск у сильфоні 7 за допомогою редукційного клапана 10, і манометра 11. У цьому випадку величина відношення обсягу стисненого повітря до геометричного об'єму компенсатора 8 незначно залежить від величини тиску води в сильфоні 7. Для ефективної роботи компенсатора співвідношення між об'ємом газової порожнини й об'ємом циркулюючої води повинен становити 10 кі. При виконанні компенсатора у вигляді такого ж сильфона (фіг.4) циркулювання рідини в короткому трубопроводі 9 буде визначатися тим, що зміна об'ємів цих сильфонів буде відбуватися в протифазі, тобто при зменшенні об'єму нижнього сильфона 7 при русі кристалізатора 1 униз об'єм верхнього сильфона 8 збільшується й навпаки. Із усього вищевикладеного видно, що виконання пристрою для підведення охолоджувальної рідини до кристалізатору МБЛЗ згідно формули корисної моделі, дозволяє за рахунок зниження гідравлічних навантажень у трубопроводах системи подачі рідини до кристалізатору підвищити його надійність і довговічність.