RU1772566C - Печной ролик - Google Patents

Abstract

Сущность изобретени : печной ролик состоит из охлаждаемого вала с продольными пазами, жаропрочной балки, включающей в себ  секции и радиальные опоры, и теплоизол ции. Опоры выполнены в виде пластин, один конец которых жестко закреплен с возможностью контактировани  с продольным пазом охлаждаемого вала. 2 ил.

Description

Изобретение относитс  к механическому оборудованию нагревательных и термических печей с роликовым подом и может быть использовано в металлургической, машиностроительной и других отрасл х промышленности .

Известен печной ролик, содержащий водоохлаждаемый вал и бочку, котора  опираетс  на вал с помощью опорных втулок и промежуточных опор, закрепленных на во- доохлаждаемом валу (1).

Известный печной ролик при работе в печах с высокой температурой прогибаетс  по бочке и выходит из стро  из-за несовершенства системы опоры бочки на охлаждаемый вал.

С увеличением количества промежуточных опор возникают технологические и конструктивные трудности, Дл  обеспечени  собираемости ролика между водоохлаждае- мым валом с опорами и бочкой устанавливаетс  гарантийный зазор от 2 до 5 мм. В печи бочка ролика разогреваетс , принимает температуру Ш00...1200°С, увеличиваетс  в диаметре, вследствие чего зазор между бочкой и опорами возрастает. В этих услови х

под действием собственной массы и массы металла, перемещаемого роликами, на бочку действует изгибающий момент значительной величины. В результате бочка разрушаетс  через несколько мес цев эксплуатации .

Известен печной ролик, содержащий водоохлаждаемый вал, бочку, опорные втулки , расположенные по торцам, промежуточные радиальные опоры, установленные между бочкой и валом и выполненные в виде клиновых пар, стержни, св занные с одним звеном клиновых пар (2).

Недостатки данной конструкции ролика - ненадежность в работе, малый срок службы, сложность изготовлени . На практике невозможно так изготовить и смонтировать промежуточные опоры в виде радиальных клиновых пар, чтобы при всех изменени х диаметра бочки, св занных с температурными расширени ми, стержни, прилегающие к внутренней поверхности бочки, плотно прижимались к ней и таким образом компенсировали радиальный зазор , образующийс  в результате термического расширени  бочки по внутреннему

диаметру. В результате действи  изгибающего момента бочка разрушаетс .

Известен также печной ролик, содержащий охлаждаемую ось, жаропрочную оболочку , набранную из колец, и теплоизол цию между ними (3).

Недостаток этого ролика заключаетс  в том, что при нагреве имеет место тепловое расширение каждого кольца и возникают напр жени  сжати  в наружной части колец , привод щие к снижению стойкости ролика .

Наиболее близким по технической сущности к за вл емому устройству  вл етс  выбранный в качестве прототипа печной ролик , содержащий водоохлаждаемый вал с продольными пазами и секционную жаропрочную бочку, набранную из металлических колец, и теплоизол цию между ними, при этом кольца установлены с осевым зазором между собой, а теплоизол ци  выполнена в виде керамических колец, на которые опираютс  металлические кольца, составл ющие бочку ролика (4),

Недостаток данного ролика заключаетс  в следующем. В процессе эксплуатации в зазоры между металлическими кольцами набиваетс  окалина, осыпающа с  с поверхности нагреваемого металла, окалина прессуетс  и зазоры ликвидируютс . Вследствие этого в кольцах возникают напр жени  сжати , которые привод т к снижению стойкости ролика. Нар ду с этим низка стойкость керамических колец, которые разрушаютс  под действием нагрузки, воспринимаемой ими от металлических колец, нагреваемого металла, а также в результате напр жений, возникающих в их массе от больших перепадов температуры (с одной стороны керамические кольца наход тс  в теплообмене с водоохлаждаемым валом, с другой стороны - с металлическими кольцами , имеющими температуру до 1100°С). Разрушению керамических колец способствует также химическое взаимодействие материала колец с окалиной, заполн ющей зазоры между металлическими кольцами.

. Цель изобретени  - увеличение срока службы печного ролика.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в печном ролике, содержащем охлаждаемый вал с продольными пазами, секционную жаропрочную бочку, теплоизол цию и радиальные опоры, установленные между бочкой и валом, опоры выполнены в виде пластин, один конец которых жестко закреплен на внутренней поверхности каждой секции бочки, а другой конец закреплен с возможностью контактировани  с продольным пазом охлаждаемого вала.

Выполнение опор в виде радиально установленных пластин, один конец которых жестко закреплен на внутренней поверхности каждой секции бочки, а другой конец

закреплен с возможностью контактировани  с продольным пазом охлаждаемого вала , коренным образом измен етс  не только конструкци  ролика, но и функции опор. При такой конструкции опор и жесткой св зи их

не с охлаждаемым валом, а с бочкой ролика кажда  опора служит ребром жесткости дл  бочки, преп тствующим возникновению изгибающего момента. Наличие таких отличи- телькых от прототипа признаков

свидетельствует о соответствии устройства критерию новизна.

Дл  определени  соответстви  изобретени  требованию существенные отличи  был проведен поиск по научно-технической

литературе и патентной документации. Известных технических решений со сходными признаками не обнаружено, что свидетельствует о соответствии за вл емого технического решени  требованию существенные

отличи .

. Поскольку за вл ема  конструкци  позвол ет достичь поставленную цель, обусловленную отличительными существенными признаками, изобретение соответствует требованию положительный эффект по наличию разницы в результатах при использовании известного и за вл емого технического решени .

Предлагаемое изобретение показано на

чертеже, где на фиг. 1 дан продольный разрез печного ролика; на фиг, 2 - разрез А-А на фиг.1.

Печной ролик состоит из охлаждаемого вала 1, имеющего продольные пазы 2. жаропрочной бочки, состо щей из р да секций 3, радиальных опор 4, установленных между бочкой и валом, и теплоизол ции 5. Опоры 4 выполнены в виде пластин, один конец которых жестко закреплен на внутренней

поверхности каждой секции бочки 3, а другой конец закреплен с возможностью контактировани  с продольным пазом 2 охлаждаемого вала 1. Секции бочки 3 установлены на охлаждаемом валу 1 без осевого

зазора. Комплект секций бочки 3 имеет возможность перемещатьс  в осевом направлении при разогреве в печи. Это обеспечиваетс  тем, что концевые секции бочки 3 с наружного торца выполнены с

проточкой 6. В эти проточки с минимальным радиальным зазором вход т упоры 7, жестко закрепл емые на валу 1. Длина обеих проточек 6 должна быть такой, чтобы после установки упоров 7 суммарна  длина свободных их участков в холодном состо нии

ролика соответствовала суммарному удлинению всех секций бочки 3 при разогреве ее до рабочей температуры. Пазы 2 на валу 1 можно выполнить фрезеровкой, либо приваркой полос к валу по образующим.

Печной ролик работает следующим образом .

Крут щий момент от охлаждаемого вала 1 передаетс  к каждой секции бочки 3 через опоры 4. При изменении температурных условий обеспечиваетс  свободна  компенсаци  линейных, температурных расширений в осевом и радиальном направлени х. В осевом направлении компенсаци  линейных температурных расширений обеспечиваетс  зазором между упором 7 и торцом концевой секции бочки 3 в месте окончани  проточки 6 на одном или обоих концах ролика . В радиальном направлении компенсаци  линейных температурных расширений обеспечиваетс  перемещением свободных концов опор 4 в пазах 2 охлаждаемого вала 1. При этом, поскольку кажда  опора 4 жестко св зана не с охлаждаемым валом 1, а с бочкой 3 и одновременно служит ребром жесткости дл  бочки, бочка не испытывает изгибающего момента.

В сочетании с надежным и достаточно равномерным охлаждением бочки это обсто тельство обеспечивает высокую прочность и долговечность ролика.

При необходимости уменьшени  оттока тепла от бочки ролика к охлаждаемому валу опоры могут быть выполнены с вырезом на конце, жестко св занном с внутренней поверхностью бочки, или на конце, свободно вход щем в продольный паз охлаждаемого вала, либо с отверсти ми.

Предлагаемый ропик прост в изготовлении , легко собираетс , позвол ет экономно, с малыми отходами использовать центро- бежнолитые трубы дл  изготовлени  бочки. Ролик обладает высокой ремонтопригодностью , так как имеетс  возможность в процессе эксплуатации легко мен ть отдельные секции бочки.

Пример выполнени  устройства.

Реализацию предложенного технического решени  рассмотрим на примере создани  печного ролика дл  проходной нагревательной печи с роликовым подом прокатного цеха Чел бинского меткомби- ната, предназначенной дл  нагрева перед прокаткой толстых листов нержавеющей стали .

Длина бочки ролика - 2360 мм, длина водоохлаждаемого вала - 4560 мм.

Изготавливаем вал из трубы ф 180x36 мм. Концевые участки eaia выполн ем с диаметром 160 мм Материал вала - сталь

15ХМ. Бочку ролика выполн ем состо щей из 8 секций. Длина каждой секции:

-295 мм.

Секции бочки изготавливаем из центробежных труб ф 440x45 мм, с проточкой наружной поверхности и торцов, из стали

45Х25Н20С2Л. Наружный диаметр бочки после проточки - 415 мм, внутренний диаметр - 350 мм.

Дл  передачи нагрузки от бочки к водо- охлаждаемому валу устанавливаем между

ними опоры в виде пластин толщиной 10мм. Пластины устанавливаютс  радиально по образующим бочки. Один конец каждой пластины привариваем к внутренней поверхности секции бочки. По окружности

устанавливаем 6 опор.

Дл  сочленени  секций бочки с водоох- лаждаемым валом фрезеруем в валу на участке с диаметром 180 мм 6 пазов по разметке, соответствующей установке радиальных опор в секци х бочки. Размеры каждого паза: ширина - 14 мм/глубина - 3 мм. Длина паза равна длине охлаждаемого вала на участке с диаметром 180 мм - 3000 мм. Каждый паз. следовательно, открыт с

торцов.

Пазы можно создать на валу не только фрезеровкой, но и приваркой полос к валу по образующим.

Длина пластинчатых опор в радиальном

направлении:

d I -d2

-а

350-164

мм,

где di - внутренний диаметр бочки, мм;

d2 - рассто ние между основани ми двух диаметрально противоположными пазами водоохлаждаемого вала, мм;

а - допуск дл  гарантированной насад- ки секций бочки на водоохлаждаемый вал, мм.

Длина пластинчатой опоры в осевом направлении мм.

С одной стороны обеих концевых секций бочки делаем проточку дл  сочленени 

с упорами. Глубину проточки принимаем 10

мм. Следовательно, на участке проточки

внутренний диаметр составл ет dnp 3502 мм. Длину проточки принимаем 75

мм.

Изготавливаем два упора дл  установки на вал. Принимаем следующие размеры упора: наружный диаметр рабочей части

di 330-4 326 мм,

где 330 - диаметр бочки на участке проточки , мм;

4 - зазор между бочкой и упором дл  обеспечени  их сочленени , мм.

Внутренний диаметр рабочей части упора:

da-180-2 178 мм-,

где 180 - диаметр вала, мм;

2 - зазор между валом и упором дл  обеспечени  посадки упора, мм. Длина рабочей (сопр гаемой) части упора - 25 мм. Крепежна  часть упора: наружный диаметр - 250 мм, внутренний диаметр - 178 мм, длина - 30 мм.

Принимаем, что упоры креп тс  на валу с помощью болтов М20, Дл  определени  мест креплени  и сверловки в них несквозных отверстий в валу дл  захода болтов необходимо рассчитать длину бочки при рабочей температуре.

Определ ем максимально возможное суммарное удлинение всех секций бочки:

УДЯ.

L-fi-i.

где L - суммарна  длина всех секций бочки, мм;

. мм.

ft - коэффициент линейного расширени  бочки. Дл  стали 45Х25Н20С2Л. из которой изготавливаетс  бочка,

,5 (в интервале температур 20-1100°С);

t - рабоча  температура бочки,°С;

t 1050°C.

1Удл.-2360 19,5 106 ,3 мм.

Принимаем 1удл.°50 мм. Следовательно, при рабочей температуре длина бочки ролика составит:

L 1 +1уД  2360+50 2410 мм.

В валу с каждого конца на участке с диаметром 180 мм выполн ем несквоэные отверсти  ф 22 мм дл  последующего захода болтов М 20 при монтаже ролика. Количество несквозных отверстий на каждом конце вала - 4 по окружности.

При прин тых размерах бочки ролика при t 1050°C и размерах упоров рассто ние между несквозными отверсти ми по длине вала составит 2490 мм.

Сборку ролика выполн ем следующим образом.

На один конец вала устанавливаем упор

и закрепл ем его болтами. Затем через второй конец вала одеваем концевую секцию

бочки таким образом, чтобы упор зашел до

конца проточки.

После этого заполн ем пространство между валом и секцией бочки теплоизол - цией, например каолиновой ватой.

Таким же образом монтируем остальные секции бочки, устанавлива  их без осевого зазора. После установки последней, концевой секции и заполнени  ее теплоизо- л цией устанавливаем и закрепл ем второй упор.

Детали подвода и отвода воды дл  охлаждени  вала, подшипники и детали сочленени  ролика с приводом монтируютс  непосредственно перед установкой ролика на Печь.

Рассчет

экономическойэффективности.

Предложенное устройство позволит: повысить срок службы ролика;

упростить конструкцию ролика; повысить ремонтопригодность ролика. и упростить егр сборку.

В данном расчете учитываем лишь эф- фективность увеличени  срока службы ролика .

За базовый объект прин ты ролики, широко примен емые на печах с роликовым подом, в частности на нагревательной печи прокатного цеха Чел бинского меткомбина- та, предназначенной дл  нагрева перед прокаткой толстых листов нержавеющей стали.

При применении печных роликов, изготовленных согласно данному изобретению,

срок службы их возрастет с 0,5 до 1,5 лет. За

счет этого экономический эффект на одной

печи составит:

0 8500 50 8500 50

jm - .--- - - -- ...   

0,51,5

-566600 руб./год..

где 8500 - стоимость одного ролика, руб; 50 - количество роликов, установленных на печи;

0,5 - срок службы ролика обычной конструкции , год;

1,5 - срок службы ролика, конструкци  которого соответствует данному изобретению .

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Печной ролик, содержащий охлаждающий вал с продольными пазами, секционную жаропрочную бочку, теплоизол цию и

   радиальные опоры, установленные между бочкой и валом, отличающийс  тем, что, с целью увеличени  срока службы, опоры выполнены в виде пластин, один конец

   которых жестко закреплен на внутренней поверхности каждой секции бочки, а другой свободно установлен в продольном пазу вела .