CN113198988A - 一种可改善轴向温度与热变形均匀分布的高效换热冷却辊 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种可改善轴向温度与热变形均匀分布的高效换热冷却辊，属于制备金属薄带（板）机械装备的技术领域，包括主轴、内芯、辊套和侧法兰；主轴的两端设置有进水盲孔和出水盲孔，进水盲孔和出水盲孔上分别设置有进水通孔和出水通孔；两组侧法兰固定套设在主轴上；辊套安装在侧法兰的外边缘，内表面设置有凸起的弧面；内芯的内边缘固定在主轴外，外边缘与辊套围合成轴向不等间隙换热通道，两个侧面分别与两侧的侧法兰围合成进水侧流道和出水侧流道，进水侧流道与进水通孔连通，出水侧流道与出水通孔连通。本发明可改善辊套外表面呈现轴向中部高两端低的温度与热变形非均匀分布的问题，保证薄带与板带轴向厚度的均匀性。

Description

一种可改善轴向温度与热变形均匀分布的高效换热冷却辊
技术领域
本发明属于制备金属薄带（板）机械装备的技术领域，具体公开了一种可改善轴向温度与热变形均匀分布的高效换热冷却辊。
背景技术
平面流铸制备非晶薄带以及双辊轧制薄板过程中，受高温合金液高温板材热作用的影响，辊套外表面呈现轴向中部高两端低的温度与热变形非均匀分布，从而使辊套与平面流铸喷嘴或者两辊间距发生变化，进而使所制备薄带与板带轴向厚度均匀性变差，甚至横向材料特性改变，严重影响薄带质量。特别是非晶薄带制备过程中，受冷却辊换热效率与轴向非均匀受热所产生的轴向变形差异的影响，薄带部分晶化产生脆性缺陷与横向厚度偏差增大。由于非晶薄带厚度极薄约为20～30μm，经多层叠片后，横向厚度偏差与带体缺陷放大效应明显加剧，严重影响非晶变压器的软磁特性，成为制约非晶宽带质量及广泛应用的主要瓶颈。同时，现有传统直流道水流由进水侧流道进入轴向换热通道时，产生严重水流冲击，流道内存在明显涡旋，水流更新速率与冷却辊换热效率不高。
发明内容
本发明以平面流铸或双辊轧制中的冷却（轧）辊为对象，为解决现有冷却辊直流道由于水流冲击与回流导致的换热效率不高问题，以及辊套外表面呈现轴向中部高两端低的温度与热变形非均匀分布，从而影响薄带与板带轴向厚度的问题，提供一种可改善轴向温度与热变形均匀分布的高效换热冷却辊。
为实现上述目的，本发明提供一种可改善轴向温度与热变形均匀分布的高效换热冷却辊，包括主轴、内芯、辊套和侧法兰；主轴的两端设置有进水盲孔和出水盲孔，进水盲孔上设置有径向的进水通孔，出水盲孔上设置有径向的出水通孔；两组侧法兰固定套设在主轴上；辊套为环形结构，安装在侧法兰的外边缘，内表面为向内凸起的弧面；主轴、辊套和侧法兰围合成密封的环形空间；内芯为环形结构，位于环形空间内，内边缘固定在主轴外，外边缘与辊套围合成轴向不等间隙换热通道，两个侧面分别与两侧的侧法兰围合成进水侧流道和出水侧流道，两个侧面上均设置有弧形肋道，进水侧流道与进水通孔连通，出水侧流道与出水通孔连通。
进一步地，辊套内表面的弧面轮廓为半圆或高阶样条曲线。
进一步地，轴向不等间隙换热通道轴向间距中间小两端大，间距为3-10mm。
进一步地，内芯的两个侧面上分别设置有进水肋道和出水肋道；进水肋道和出水肋道均为NACA低速翼型肋道。
进一步地，进水肋道为两头尖中部宽，旋向与主轴旋向相同；出水肋道为外圆内尖，旋向与主轴旋向相反。
本发明具有以下有益效果：
（1）本发明在不影响结构件承压强度的条件下，提出一种采用内凸弧面辊套的冷却辊结构，使辊套轴向中部间距减小，中部的水流更新加快，强化冷却辊中部换热，同时中部辊套厚度大于两端可减小中部的温度，进而改善传统圆环辊套轴向中部大于两端的温度与热变形分布所导致的薄带厚度偏差问题；
（2）本发明提出了在进、出水面采用NACA低速翼型肋道，进水侧为两头尖中部宽，旋向与主轴旋向相同的前弯流道；出水侧采用外圆内尖，旋向与主轴旋向相反的后弯流道，可减小流道内涡流与液体二次流，进一步提高水流更新速率与冷却辊换热效率。
附图说明
图1为本发明采用的高效换热冷却辊的结构示意图；
图2为进水肋道的结构示意图；
图3为出水肋道的结构示意图。
图中：1-主轴；2-内芯；2.1-进水肋道；2.2-出水肋道；3-辊套；4-侧法兰；5.1-轴向不等间隙换热通道；5.2-进水侧流道；5.3-出水侧流道。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本实施例提供一种可改善轴向温度与热变形均匀分布的高效换热冷却辊，如图1所示，包括主轴1、内芯2、辊套3和侧法兰4，图中箭头方向为水流方向；主轴1的两端设置有进水盲孔和出水盲孔，进水盲孔上设置有径向的进水通孔，出水盲孔上设置有径向的出水通孔；两组侧法兰4固定套设在主轴1上；辊套3为环形结构，安装在侧法兰4的外边缘，内表面设置有凸起的弧面；主轴1、辊套3和侧法兰4围合成密封的环形空间；内芯2为环形结构，位于环形空间内，内边缘固定在主轴1外，外边缘与辊套3围合成轴向不等间隙换热通道5.1，两个侧面分别与两侧的侧法兰4围合成进水侧流道5.2和出水侧流道5.3，两个侧面上均设置有弧形肋道，进水侧流道5.2与进水通孔连通，出水侧流道5.3与出水通孔连通。
辊套3与冷却水接触的内表面加工成凸起的弧面，通过改变轴向换热通道5.1内冷却水的水流速度，提高中部水流更新速率与冷却辊效率，可强化冷却辊轴向中部的换热；同时，辊套3中部的厚度大于两端，改善传统冷却辊外表面轴向中部大于两端的轴向温度与热变形的非均匀分布问题。
进一步地，辊套3内表面的弧面轮廓为半圆或高阶样条曲线。
进一步地，轴向不等间隙换热通道5.1轴向中部小于两端，间距为3-10mm。
进一步地，内芯2的两个侧面上分别设置有进水肋道2.1和出水肋道2.2；进水肋道2.1和出水肋道2.2均为NACA低速翼型肋道。
进一步地，如图2所示，进水肋道2.1为两头尖中部宽，旋向与主轴1旋向相同，图中箭头方向为水流方向；如图3所示，出水肋道2.2为外圆内尖，旋向与主轴1旋向相反，图中箭头方向为水流方向。此结构可减小流道内液体二次流，进一步改善水流更新速率，提高冷却辊换热效率。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (5)

1.一种可改善轴向温度与热变形均匀分布的高效换热冷却辊，其特征在于，包括主轴、内芯、辊套和侧法兰；
所述主轴的两端设置有进水盲孔和出水盲孔，进水盲孔上设置有径向的进水通孔，出水盲孔上设置有径向的出水通孔；
两组侧法兰固定套设在主轴上；
所述辊套为环形结构，安装在侧法兰的外边缘，内表面设置有凸起的弧面；
所述主轴、辊套和侧法兰围合成密封的环形空间；
所述内芯为环形结构，位于环形空间内，内边缘固定在主轴外，外边缘与辊套围合成轴向不等间隙换热通道，两个侧面分别与两侧的侧法兰围合成进水侧流道和出水侧流道，两个侧面上均设置有弧形肋道，进水侧流道与进水通孔连通，出水侧流道与出水通孔连通。
2.根据权利要求1所述的可改善轴向温度与热变形均匀分布的高效换热冷却辊，其特征在于，所述辊套内表面的弧面轮廓为半圆或高阶样条曲线。
3.根据权利要求2所述的可改善轴向温度与热变形均匀分布的高效换热冷却辊，其特征在于，轴向不等间隙换热通道的间距为3-10mm。
4.根据权利要求3所述的可改善轴向温度与热变形均匀分布的高效换热冷却辊，其特征在于，内芯的两个侧面上分别设置有进水肋道和出水肋道；
所述进水肋道和出水肋道均为NACA低速翼型肋道。
5.根据权利要求4所述的可改善轴向温度与热变形均匀分布的高效换热冷却辊，其特征在于，进水肋道为两头尖中部宽，旋向与主轴旋向相同；
出水肋道为外圆内尖，旋向与主轴旋向相反。
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