устройство для охлаждения ванного типа

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОХЛАЖДЕНИЯ ВАННОГО ТИПА, содержащее наполнительную емкость с подводом воды, преимущественно имеющую форму полуцилиндрической ванны, одна из боковых поверхностей которой в верхней части выполнена с направляющей для слива, отличающееся тем, что наполнительная емкость по длине разделена продольной перегородкой на две секции, одна из которых выполнена закрытой и подвод воды размещен в ее верхней части, а другая - открытой с направляющей для слива, причем перегородка установлена с зазором относительно дна, секции сообщены между собой в нижней части ванны перетоком, образованным зазором продольной перегородки с дном ванны, величина его проходного сечения определяется из выражения



где V - расход жидкости, м³/с;

b - ширина слива, м;

w - скорость истечения струи, м/с,

при этом открытая секция наполнительной емкости выполнена с поперечными перегородками, расстояние между которыми составляет 0,8 - 1,2 проходного сечения перетока.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к охлаждению движущегося проката и может быть использовано на станах горячей прокатки.

Известно устройство для охлаждения полосы на стане горячей прокатки, включающее наполнительный бак со щелевым соплом для истечения воды.

Недостатком такой конструкции является отсутствие возможности регулирования расхода охладителя, а также неблагоприятные условия истечения жидкости, поскольку двустороннее ограничение струи при ее формировании турбулизирует приграничный слой. Это приводит к неустойчивому режиму истечения, невозможности получения неразрывной водяной завесы и, как следствие, неравномерному охлаждению проката.

Известна также конструкция установки ускоренного охлаждения, содержащая наполнительный бак, выполненный в виде открытой ванны, одна из боковых поверхностей которой в верхней части переходит в направляющую плиту плоской формы. По этой плите и происходит истечение охладителя на охлаждаемую поверхность.

Недостатком такой конструкции является следующее. Из экспериментальных исследований установлено, что для получения плоской сплошной струи по всей ширине установки необходимо обеспечить определенный удельный расход воды, которая подается в бак непрерывно под некоторым напором. При этом происходит постоянное перемешивание потока воды в объеме наполнительной емкости; отдельные струи характеризуются различными по направлению и величине скоростями. В результате имеет место неравномерный выход жидкости на поверхность слива, что нарушает устойчивость водяной завесы и приводит к разрыву струи. При этом происходит неравномерное охлаждение поверхности проката.

Целью изобретения является повышение равномерности охлаждения и, тем самым, улучшение качества готового проката за счет обеспечения устойчивости и неразрывности водяной струи при различных расходах жидкости.

Технический результат достигается тем, что в известной конструкции устройства для охлаждения ванного типа, содержащего наполнительную емкость с подводом воды, преимущественно имеющую форму полуцилиндрической ванны, одна из боковых поверхностей которой в верхней части выполнена со сливом, емкость по длине ванны разделена продольной перегородкой на две секции, одна из которых выполнена закрытой, и подвод воды размещен в ее верхней части, а другая, в боковой поверхности которой выполнен слив, выполнена открытой, при этом перегородка выполнена со срезом, секции сообщаются между собой в нижней части ванны перетоком, образованным срезом продольной перегородки и дном ванны, величина проходного сечения которого определяется из выражения

S = (1,5...2,0) где V - расход жидкости, м³/с;

b - ширина слива, м;

W - скорость истечения струи, м/с,

кроме того, открытая секция ванны выполнена с поперечными перегородками, расстояние между которыми составляет 0,8...1,2 величины проходного сечения между секциями.

Предлагаемое техническое решение отличается от известного тем, что описанная конструкция наполнительной емкости создает условия для выравнивания поля скоростей жидкости в ней, что исключает турбулизацию потока. Вследствие этого создаются оптимальные условия для безотрывного истечения воды из наполнительной емкости по поверхности слива на охлаждаемую поверхность, что позволяет получить сплошную неразрывную водяную струи и тем самым повысить равномерность охлаждения.

На чертеже показан общий вид установки. Устройство содержит наполнительную емкость 1, разделенную на две секции продольной перегородкой 2 и имеющую в закрытой секции подводящую магистраль 3, а в открытой - поперечные перегородки 4 и слив 5 для подачи охладителя.

Устройство работает следующим образом.

Из общей магистрали вода поступает в закрытую секцию емкости 1 и затем под напором через переток, образованный срезом продольной перегородки 2 и дном ванны, поступает в открытую секцию с выполненными в ней поперечными перегородками 4, а из нее по поверхности слива 5 вытекает на охлаждаемую поверхность, образуя водяную завесу 6. Жидкость поступает в закрытую секцию наполнительной емкости под некоторым напором, определяющим ее расход. При этом в потоке, огибающем продольную перегородку в нижней части ванны и проходящем между поперечными перегородками открытой секции, происходит стабилизация и выравнивание поля скоростей. Значительно уменьшается турбулизация, что обеспечивает ламинарное истечение, следовательно, максимальную устойчивость и неразрывность струи до достижения ею охлаждаемой поверхности.

Техническая сущность предлагаемого изобретения заключается в следующем. Исследованиями установлено, что наиболее благоприятные условия истечения получаются при равномерном и однородном поле скоростей по всей ширине струи в месте ее перехода из ванны на поверхность слива. Такие условия могут быть обеспечены при разделении общего потока в ванне на множество однонаправленных единичных струй, вектор скорости которых перпендикулярен продольному сечению ванны. При этом устойчивость струи зависит от соотношения расхода и скорости истечения охладителя, ширины установки и расстояния от слива до охлаждаемой поверхности. В предлагаемой конструкции продольная перегородка разделяет ванну на две секции, одна из которых, имеющая подвод воды в верхней части, служит для накопления в ней жидкости и равномерной подачи ее с некоторым напором через переток в нижней части в другую секцию, предназначенную для выравнивания поля скоростей и придания потоку жидкости определенной направленности. Секция, имеющая подвод воды, выполнена закрытой с тем, чтобы создать напор, необходимый для вытеснения жидкости через переток с определенной скоростью. При открытой секции создание такого напора было бы невозможно.

Величина проходного сечения перетока из одной секции в другую зависит от расхода жидкости, ширины слива и скорости истечения струи, необходимых для обеспечения требуемых условий охлаждения. При этом величина проходного сечения перетока не должна являться лимитирующим фактором для возможного увеличения расхода охладителя. В каждом конкретном случае величина проходного сечения определяется из указанного выражения

S = (1,5...2,0)

Цифровой коэффициент в данном выражении определяет необходимую величину превышения минимального значения проходного сечения перетока, поскольку скорость потока при переходе из одной секции в другую должна быть меньше скорости истечения в 1,5...2,0 раза. На основании экспериментальных данных установлено, что при значении коэффициента менее 1,5, соответствующего минимальному удельному расходу воды, продольная перегородка становится таким гидравлическим сопротивлением, после которого появляется дополнительная турбулизация потока, что не позволяет достичь поставленной цели изобретения.

Увеличение величины коэффициента более 2,0, что соответствует максимальному расходу воды, не рационально, поскольку продольная перегородка не выполняет в полной мере функции разделения ванны на две секции и при этом снижается возможность создания величины необходимого напора без увеличения расхода.

Открытая секция ванны выполнена с поперечными перегородками, предназначенными для стабилизации и выравнивания поля скоростей, а также для придания потоку необходимой направленности. Расстояние между перегородками также зависит от расхода и скорости жидкости и ширины слива и составляет 0,8...1,2 величины проходного сечения между секциями. При значении расстояния между перегородками менее указанной величины возрастает гидравлическое сопротивление решетки, что приводит к увеличению скоростей истечения до таких значений, при которых ламинарный режим истечения переходит в турбулентный, что ухудшает условия истечения, снижает устойчивость водяной завесы и нарушает неразрывность струи, вызывая тем самым повышение неравномерности охлаждения.

Для более полного представления сущности изобретения рассмотрим пример конкретной реализации для условий охлаждения полосового проката на отводящем рольганге стана 2800 ОХМК. Прокат максимальной ширины 2,5 м транспортируется со скоростью 1,5 м/с под системой принудительного охлаждения, включающей последовательно расположенные установки для подачи охлаждающей воды в виде ламинарных плоских струй. Исходя из опыта эксплуатации установок подобного типа, принимаем, что максимальный расход охладителя составляет 150 м³/ч через каждую установку или 60 м³/ч на 1 м ширины установки. Ширина слива установки для данных условий составляет 2,6 м, а скорость истечения струи - 2,0 м/с.

В соответствии с формулой изобретения величина проходного сечения перетока, образованного срезом продольной перегородки и дном наполнительной ванны, составит:

S = 1,75 = 0,014 м

Тогда расстояние между поперечными перегородками составит: 1,00,014= 0,014 м.

Исследования показали, что описанная конструкция наполнительной емкости является оптимальной для данных условий.

Использование изобретения в промышленных условиях позволит увеличить эффективность охлаждения на 15...20%.