Клапан регулирования объемного расхода
Изобретение относится к области оборудования для прокатки. Клапан регулирования объемного расхода обеспечивает возможность управления объемным расходом текучей среды в двух отводящих каналах. Клапан состоит из цилиндра со сдвоенным поршнем, размещенным в нем с возможностью перемещения в осевом направлении, в котором в области его суженной средней части, имеющей форму гантели, выполнена центральная напорная камера (130). Наряду с подводом текучей среды в указанной центральной напорной камере (130) предусмотрены два отводящих канала (170-1, 170-2). Согласно изобретению последние расположены в цилиндре на таком межосевом расстоянии 2d, что при нахождении сдвоенного поршня (120) в среднем положении относительно обоих отводящих каналов первый отводящий канал (170-1), при его предпочтительно частичном перекрывании первым поршнем (120-1), и второй отводящий канал (170-2), при его предпочтительно частичном перекрывании вторым поршнем (120-2), оставляют свободными соответственно одинаковые площади поперечного сечения отверстия. Изобретение обеспечивает возможность повышения равномерности объемного расхода текучей среды. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 3 ил.
Изобретение относится к клапану регулирования объемного расхода для управления объемным расходом текучей среды в двух отводящих каналах. Кроме того, изобретение относится к применению такого клапана регулирования объемного расхода в подушке прокатной клети для опирания с возможностью поворота шейки валка в прокатной клети для прокатки предпочтительно металлического прокатываемого материала.
Клапаны регулирования объемного расхода по существу известны из уровня техники, например, из ЕР 1452381 А1, ЕР 1653132 В1, GB 815622 А или DE 2051949 А1.
В частности, последняя вышеназванная немецкая публикация DE 2051949 А1 раскрывает клапан регулирования объемного расхода согласно ограничительной части пункта 1 формулы изобретения. В частности, указанная публикация раскрывает клапан регулирования объемного расхода с цилиндром, в полости которого направляется с возможностью перемещения в осевом направлении сдвоенный поршень в форме гантели. Сдвоенный поршень состоит из первого и второго поршней, которые соединены друг с другом посредством суженной средней части. В области суженной средней части выполнена центральная напорная камера клапана регулирования объемного расхода. На торцевых сторонах цилиндра расположены пружины, которые проходят во внутреннюю часть его полости и между которыми удерживается в среднем положении сдвоенный поршень. В области пружин выполнены соответственно первая и вторая периферические напорные камеры клапана регулирования объемного расхода. В цилиндре предусмотрены впускной канал и первый отводящий канал для подвода или, соответственно, отвода текучей среды в цилиндр.
Наряду с описанными клапанами регулирования объемного расхода в уровне техники известны, например, из немецкой публикации DE 10336894 А1, также подушки прокатной клети в виде подшипника с масляной пленкой для шейки валка в прокатной клети для прокатки металлического прокатываемого материала. Раскрываемая там подушка прокатной клети включает в себя опорную втулку, которая охватывает цилиндрическое приемное пространство для шейки валка. На своей внутренней стороне опорная втулка содержит, например, два гидростатических кармана, расположенные по существу на общей осевой линии, которые выполнены с возможностью подачи в них охлаждающего средства и/или смазочного материала через обратный клапан и через отверстия, проходящие в опорной втулке или, соответственно, в подушке прокатной клети. Дроссели в отверстиях должны обеспечивать оптимальное гидростатическое положение шейки валка также при наклонном положении шейки валка в опорной втулке.
Однако на практике дроссели, называемые также рестрикторами или дроссельными шайбами, выполняют именно эту функцию лишь неудовлетворительным образом. А именно, дроссели или, соответственно, рестрикторы не приспособлены для того, чтобы надлежащим образом равномерно распределять объемный расход текучей среды или, соответственно, охлаждающего средства и/или смазочного материала, по обоим гидростатическим карманам, особенно при положении шейки валка в приемном пространстве под углом. Кроме того, дроссели или, соответственно, рестрикторы вызывают большие потери давления, иногда более 200 бар.
Немецкая публикация 2751082 раскрывает клапан регулирования объемного расхода согласно ограничительной части пункта 1 формулы изобретения.
Задача, лежащая в основе изобретения, состоит в таком усовершенствовании известного клапана регулирования объемного расхода, в частности, для его применения в сочетании с подушкой прокатной клети для опоры шейки валка, что повышается равномерность объемного расхода текучей среды в отводящих каналах клапана регулирования объемного расхода, в том числе и при различных давлениях в отводящих каналах.
Эта задача в отношении регулирующего клапана решена предметом пункта 1 формулы изобретения.
Понятие "среднее положение" подразумевает также симметричное положение. В заявленном среднем положении или, соответственно, симметричном положении сдвоенного поршня площади поперечного сечения отверстий, оставляемые свободными в обоих отводящих каналах, больше нуля; т.е. в указанном среднем положении или, соответственно, симметричном положении в любом случае возможно отведение текучей среды; во всяком случае, отводящие каналы не перекрыты.
Этот заявленный вариант осуществления клапана регулирования объемного расхода является конструктивной предпосылкой для решения указанной выше задачи, а именно обеспечения поддержания одинаковых значений объемного расхода соответственно в первом отводящем канале и во втором отводящем канале, в том числе и при различных давлениях в отводящих каналах.
Длина L средней части сдвоенного поршня равна, например, расстоянию 2d между центральными осями первого и второго отводящих каналов. Если считать, что под первым и вторым поршнями сдвоенного поршня соответственно подразумеваются цилиндрические элементы, торцевые стороны которых, называемые также направляющими кромками для отводящих каналов, проходят перпендикулярно средней части, эта заявленная длина средней части - когда сдвоенный поршень находится в среднем положении - обеспечивает закрытие соответственно первого отводящего канала посредством первого поршня сдвоенного поршня и второго отводящего канала посредством второго поршня сдвоенного поршня только наполовину.
Для обеспечения одинакового объемного расхода в обоих отводящий каналах, также и при различных давлениях в отводящий каналах, сдвоенный поршень, называемый также затвором клапана, необходимо надлежащим образом позиционировать или надлежащим образом перемещать соответствующим образом, т.е. в зависимости от давления в каждом из отводящих каналов. С этой целью изобретение согласно второму варианту осуществления предусматривает наличие первого напорного канала для подвода статического давления в первом отводящем канале во вторую периферическую напорную камеру и наличие второго напорного канала для подвода статического давления во втором отводящем канале в первую периферическую напорную камеру.
Кроме того, предусмотрено, что в первой периферической напорной камере размещен с возможностью перемещения в осевом направлении первый толкатель для воздействия на торцевую сторону первого поршня сдвоенного поршня, ограничивающую первую периферическую напорную камеру, причем первый толкатель может подвергаться воздействию полного давления в первом отводящем канале, а во второй периферической напорной камере размещен с возможностью перемещения в осевом направлении второй толкатель для воздействия на торцевую сторону второго поршня сдвоенного поршня, ограничивающую вторую периферическую напорную камеру, причем второй толкатель может подвергаться воздействию полного давления во втором отводящем канале.
Благодаря обоим описанными мерам, а именно подводу статических и полных давлений к каждой из периферических напорных камер, сдвоенный поршень автоматически устанавливается в соответствии с равновесием сил, которое устанавливается в результате соотношения давлений и предпочтительно также сил упругости в обеих периферических напорных камерах.
Благодаря тому, что периферические напорные камеры подвергаются воздействию указанных давлений, автоматически достигается такое позиционирование сдвоенного поршня относительно отводящих каналов, что в отводящих каналах устанавливается желаемый одинаковый объемный расход.
Для описанного ниже предусмотренного варианта применения клапана регулирования объемного расхода в подушках прокатной клети для опирания опорных валков в прокатных клетях клапан регулирования объемного расхода рассчитан на давления до 2.000 бар.
Вышеуказанная задача изобретения решена, кроме того, подушкой прокатной клети согласно пункту 4 формулы изобретения. В соответствии с ним подушка отличается тем, что для регулирования объемного расхода охлаждающего средства и/или смазочного материала, поступающих в виде текучей среды в приемное пространство подушки, предусмотрен клапан регулирования объемного расхода согласно изобретению. Тогда первый отводящий канал клапана регулирования объемного расхода подключен к первому подводящему каналу, а второй отводящий канал - ко второму подводящему каналу для подачи охлаждающего средства и/или смазочного материала в приемное пространство подушки.
Этот заявленный и предусмотренный согласно изобретению вариант осуществления предпочтительным образом обеспечивает постоянное, в том числе и при установке шейки валка в приемном пространстве подушки прокатной клети под углом, равенство значений объемного расхода охлаждающего средства и/или смазочного материала в обоих подводящих каналах, ведущих к приемному пространству.
В этом отношении преимущества заявленной подушки прокатной клети соответствуют преимуществам, указанным выше со ссылкой на клапан согласно изобретению для регулирования объемного расхода.
Дальнейшие предпочтительные варианты осуществления клапана регулирования объемного расхода и подушки прокатной клети являются предметом зависимых пунктов формулы изобретения.
К описанию прилагаются три фигуры, на которых показаны:
на фигуре 1 показан клапан согласно изобретению для регулирования объемного расхода;
на фигуре 2 показано детальное изображение к фигуре 1; и
на фигуре 3 показана подушка прокатной клети для опирания с возможностью поворота шейки валка в сочетании с регулирующим клапаном согласно изобретению.
Ниже изобретение в форме вариантов осуществления подробно описывается со ссылкой на указанные фигуры. Во всех фигурах одинаковые технические элементы указаны с одними и теми же обозначениями.
На фигуре 1 показан клапан 100 согласно изобретению для регулирования объемного расхода. Он состоит по существу из цилиндра 110, в котором размещен с возможностью перемещения в осевом направлении сдвоенный поршень 120 в форме гантели. Понятие "в осевом направлении" в контексте изобретения используется для обозначения направления движения сдвоенного поршня. Сдвоенный поршень 120 состоит из первого поршня 120-1 и второго поршня 120-2, которые жестко соединены друг с другом посредством суженной средней части 126. Первый и второй поршни по мере возможности плотно прилегают к стенке цилиндра. В области суженной средней части 126 выполнена центральная напорная камера 130 клапана 100 регулирования объемного расхода. В областях концов цилиндра выполнены первая периферическая напорная камера 150-1 и вторая периферическая напорная камера 150-2, каждая из которых ограничена торцевой, противоположной средней части 126, стороной первого и второго поршней соответственно. В центре, предпочтительно на половинной высоте полости цилиндра 110, выполнен впускной канал 160 для подачи текучей среды, например, охлаждающего средства и/или смазочного материала, к центральной напорной камере 130 при помощи насосной установки 250. Для отвода текучей среды из центральной напорной камеры 130 в стенке цилиндра выполнены первый отводящий канал 170-1, а также второй отводящий канал 170-2. Первый и второй отводящие каналы 170-1, 170-2 находятся по обе стороны впускного канала 160 на одинаковом расстоянии d от оси. В то же время длина L средней части 126 сдвоенного поршня 120 предпочтительно соответствует расстоянию 2d между центральными осями первого и второго отводящих каналов 170-1, 170-2. Таким образом обеспечивается, что при нахождении сдвоенного поршня 120 в среднем положении первый отводящий канал 170-1 закрыт первым поршнем 120-1 и одновременно также второй отводящий канал 170-2 закрыт вторым поршнем 120-2 настолько, что оба они оставляют свободными одинаковые площади поперечного сечения отверстий.
В каждой из периферических напорных камер 150-1, 150-2 предпочтительно расположена пружина 140 для удерживания сдвоенного поршня в среднем положении, в частности, в нерабочем положении клапана регулирования объемного расхода. Однако пружины 140 не препятствуют принципиальной возможности осевого перемещения сдвоенного поршня 120 в пределах цилиндра 110.
Вышеназванная задача изобретения, а именно обеспечение одинаковых значений объемного расхода в первом и во втором отводящих каналах 170-1, 170-2, также и при различных значениях давления в них, решена, в частности, посредством того, что периферические напорные камеры 150-1, 150-2 клапана регулирования объемного расхода надлежащим образом подвергают воздействию определенных давлений. Конкретно, первую периферическую напорную камеру 150-1 с этой целью подвергают воздействию статического давления во втором отводящем трубопроводе 170-2. Аналогично вторую периферическую напорную камеру 150-2 подвергают воздействию статического давления в первом отводящем канале 170-1. Подача в каждом случае производится посредством предусмотренных первого и второго напорных каналов 180-1, 180-2.
Кроме того, в первой периферической напорной камере 150-1 размещен с возможностью перемещения в осевом направлении первый толкатель 190-1 для воздействия на торцевую сторону первого поршня 120-1 сдвоенного поршня, ограничивающую первую периферическую напорную камеру. Во время эксплуатации регулирующего клапана первый толкатель 190-1 посредством напорного канала подвергается воздействию полного давления в первом отводящий канале 170-1. Аналогично второй толкатель 190-2 размещен с возможностью перемещения в осевом направлении во второй периферической напорной камере 150-2 для воздействия на торцевую сторону второго поршня 120-2 сдвоенного поршня, ограничивающую вторую периферическую напорную камеру 150-2. В свою очередь аналогично второй толкатель 190-2 посредством напорного канала подвергается воздействию полного давления во втором отводящем канале 170-2. Напорные каналы представлены на фигуре 1 пунктирными линиями.
На фигуре 2 показано место подключения напорных каналов для статического и полного давления к первому или второму отводящему каналу 170-1, 170-2. В частности, видно, что по отводящим каналах 170-1, 170-2 проходит текучая среда. Под ней может подразумеваться охлаждающее средство и/или смазочный материал, который течет из центральной напорной камеры 130 к потребителю, например, к подушке прокатной клети для опирания выполненной с возможностью поворота шейки валка. При этом текучая среда имеет некоторое распределение скоростей в пределах отводящих каналов, как это показано на фигуре 2 обозначением 1. Для регистрации полного давления pTotal в отводящем канале предусмотрен приемник давления, который выполнен таким образом, что текучая среда втекает в приемник воздушного давления. Кроме того, в стенке отводящего канала 170 предусмотрено отверстие, которое представляет конец первого или второго напорного канала 180-1, 180-2 для регистрации статического давления pStat в отводящем канале.
Во время эксплуатации клапана 100 регулирования объемного расхода сдвоенный поршень 120 самостоятельно, или автоматически принимает положение в соответствии с равновесием действующих на него сил. Это равновесие сил устанавливается, в частности, на основании сил, воздействующих на торцевые стороны первого и второго поршня 120-1, 120-2, обращенные от средней части 126. Под силами подразумеваются, с одной стороны, то усилие, которая возникает в результате воздействия статического давления на торцевые стороны первого и второго поршня, а также то усилие, с которым толкатели воздействуют на те же торцевые стороны. На равновесие сил оказывает влияние также усилие, воздействующее на те же торцевые стороны со стороны пружин 140. Равновесие сил определяет осевое положение двойного цилиндра и тем самым также соотношение степени открывания первого отводящего канала и степени открывания второго отводящего канала. В соответствии с этим соотношением степеней открывания становится возможным установление равных значений объемного расхода в первом и втором отводящих каналах 170-1, 170-2.
На фигуре 3 показано вышеупомянутое использование клапана 100 регулирования объемного расхода согласно изобретению в сочетании с подушкой 200 прокатной клети. Подушка 200 прокатной клети служит для опоры с возможностью поворота шейки 300 валка прокатной клети для прокатки прокатываемого материала. Подушка 200 прокатной клети содержит цилиндрическое приемное пространство 210, в котором размещена с возможностью поворота шейка 300 валка. Цилиндрическое приемное пространство обычно окружено опорной втулкой 220, которая вставлена в подушку 200 прокатной клети в качестве изнашивающейся детали. На внутренней стенке опорной втулки 220 выполнены несколько, обычно два, гидростатических кармана 2, 3, через которые охлаждающее средство и/или смазочный материал посредством насоса закачивают под высоким давлением в приемное пространство 210, точнее говоря, в кольцевой зазор между опорной втулкой 220 и шейкой 300 валка. С этой целью первый отводящий канал 170-1 клапана регулирования объемного расхода, называемый также первым подводящим каналом, соединен с первым гидростатическим карманом 2, а второй отводящий канал 170-2 клапана регулирования объемного расхода, называемый также вторым подводящим каналом, соединен со вторым гидростатическим карманом 3.
В частности, для использования клапана 100 регулирования объемного расхода согласно изобретению в сочетании с подушкой 200 прокатной клети клапан регулирования объемного расхода предпочтительно рассчитан на давление до 2.000 бар.
Список условных обозначений:
1 профиль скорости
2 гидростатический карман
3 гидростатический карман
100 клапан регулирования объемного расхода
110 цилиндр
120 сдвоенный поршень
120-1 первый поршень
120-2 второй поршень
126 средняя часть
130 центральная напорная камера
140 пружина
150-1 первая периферическая напорная камера
150-2 вторая периферическая напорная камера
160 впускной канал для центральной напорной камеры
170-1 первый отводящий канал для отвода текучей среды из центральной напорной камеры
170-2 второй отводящий канал для отвода текучей среды из центральной напорной камеры
180-1 первый напорный канал
180-2 второй напорный канал
190-1 первый толкатель
190-2 второй толкатель
200 подушка (прокатной клети)
210 цилиндрическое приемное пространство
220 опорная втулка
250 насосная установка
300 шейка валка
d межосевое расстояние
L длина средней части
PTotal полное давление
PStat статическое давление.
1. Клапан (100) регулирования объемного расхода, содержащий цилиндр (110) с направляемым в его полости сдвоенным поршнем (120) в форме гантели, содержащим первый поршень (120-1) и второй поршень (120-2), которые жестко соединены друг с другом посредством суженной средней части (126), причем в области суженной средней части выполнена центральная напорная камера (130) клапана регулирования объемного расхода;
первую и вторую периферические напорные камеры (150-1, 150-2) в цилиндре клапана регулирования объемного расхода, которые ограничены торцевыми сторонами первого и второго поршня, обращенными от средней части (126);
впускной канал (160), первый отводящий канал (170-1) в цилиндре для подвода или, соответственно, отвода текучей среды в центральную напорную камеру (130) или, соответственно из нее,
и второй отводящий канал (170-2) для отвода текучей среды из центральной напорной камеры (130), при этом
первый и второй отводящие каналы (170-1, 170-2) расположены в цилиндре на межосевом расстоянии 2d, на котором при нахождении сдвоенного поршня (120) в среднем положении относительно обоих отводящих каналов первый отводящий канал (170-1), при его предпочтительно частичном перекрывании первым поршнем (120-1), и второй отводящий канал (170-2), при его предпочтительно частичном перекрывании вторым поршнем (120-2), оставляют свободными соответственно одинаковые площади поперечного сечения отверстия,
отличающийся тем, что он имеет
первый напорный канал (180-1) для подвода статического давления в первом отводящий канале (170-1) во вторую периферическую напорную камеру (150-2), и второй напорный канал (180-2) для подвода статического давления во втором отводящий канале (170-2) в первую периферическую напорную камеру (150-1), причем
в первой периферической напорной камере (150-1) размещен с возможностью перемещения в осевом направлении первый толкатель (190-1) для воздействия на торцевую сторону первого поршня (120-1) сдвоенного поршня, ограничивающую первую периферическую напорную камеру, причем с обеспечением возможности воздействия на первый толкатель (190-1) полного давления в первом отводящем канале (170-1);
а во второй периферической напорной камере (150-2) размещен с возможностью перемещения в осевом направлении второй толкатель (190-2) для воздействия на торцевую сторону второго поршня (120-2) сдвоенного поршня, ограничивающую вторую периферическую напорную камеру, с обеспечением возможности воздействия на второй толкатель (190-2) полного давления во втором отводящем канале (170-2).
2. Клапан (100) по п. 1, отличающийся тем, что он рассчитан на давление до 2000 бар.
3. Клапан (100) по п. 1 или 2, отличающийся тем, что в первой и второй периферических напорный камерах (150-1, 150-2) соответственно расположено по одной пружине (140), между которыми в среднем положении с возможностью перемещения в осевом направлении, удерживается сдвоенный поршень.
4. Подушка (200) для опирания с возможностью поворота шейки (300) валка прокатной клети для прокатки прокатываемого материала, содержащая
цилиндрическое приемное пространство (210) для размещения в нем шейки (300) валка;
первый и второй подводящие каналы (170-1, 170-2) для подачи охлаждающего средства и/или смазочного материала в приемное пространство (210); и
элемент для регулирования объемного расхода охлаждающего средства и/или смазочного материала в подводящих каналах (170-1, 170-2), отличающаяся тем, что
указанный элемент выполнен в виде клапана (100) регулирования объемного расхода по одному из пп. 1-3, причем
в качестве текучей среды используется охлаждающее средство и/или смазочный материал, причем первый отводящий канал (170-1) клапана (100) регулирования объемного расхода подключен к первому подводящему каналу подушки, а второй отводящий канал (170-2) - ко второму подводящему каналу подушки.
5. Подушка по п. 4, отличающаяся тем, что по меньшей мере один из подводящих каналов впадает в гидростатический карман (2, 3), который выполнен на внутренней стенке приемного пространства.
6. Подушка по п. 5, отличающаяся тем, что приемное пространство (210) окружено опорной втулкой (220), которая вставлена в подушку (200) в качестве изнашивающейся детали, а гидростатический карман (2, 3) выполнен на внутренней стороне опорной втулки (220).
7. Подушка по одному из пп. 4-6, отличающаяся тем, что она имеет насосную установку (250) для подачи охлаждающего средства и/или смазочного материала, предпочтительно под давлением до 2000 бар, через впускной канал (160) в центральную напорную камеру (130) клапана (100) регулирования объемного расхода.
