УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СООСНОСТИ СТЫКУЕМЫХ ТРУБОПРОВОДОВ

Полезная модель относится к оснастке для центрирования труб при стыковке под сварку.
Из а.с. №1237752 известно устройство для монтажа раструбных труб, включающее закрепленные на раме радиально размещенные на торце трубы стойки с коническими направляющими.
Из а.с. №1199544 известен способ автоматического центрирования труб, включающий формирование управляющего сигнала и перемещение одной из труб в двух взаимно перпендикулярных направлениях до совмещения осей, отличающийся тем, что, с целью повышения точности центрирования и обеспечения измерения несоосности труб, производят обкатывание каждой трубы одновременно датчиками линейных измерений, установленными на общей базе по разные стороны стыка центрируемых труб, при этом половину разности величин сигналов датчиков, снимаемых в двух диаметрально противоположных точках раздельно для двух взаимно перпендикулярных направлений, используют для компенсации несоосности по каждому направлению независимо.
Из патента РФ №2254970 известен способ сборки стыкового соединения труб под сварку, в соответствии с которым перед сборкой измеряют геометрические параметры торца каждой стыкуемой трубы. Затем в два этапа анализируют их сочетание в предполагаемом стыке труб. На первом этапе для множества взаимных положений торцов по всему периметру стыка определяют величины параметров сборки. На втором этапе из всех возможных положений торцов при последующей сборке выбирают такое, для которого величина целевой функции, включающей значения параметров сборки, определенные на первом этапе анализа, принимала бы экстремальное значение.
Из патента РФ №2295432 известно устройство для центрирования труб при стыковке под сварку содержит направляющую, выполненную с прорезью вдоль продольной оси, зажимы с прижимными элементами, установленные с возможностью перемещения вдоль направляющей, упоры для ограничения перемещения зажимов, опоры, прижимные пяты, фиксаторы и пружины возврата зажимов с прижимными элементами в исходную позицию. Направляющая выполнена в виде трубы, в стенке которой выполнены продольно-щелевидные канавки, расположенные по окружности через 120°. Упоры установлены с возможностью перемещения вдоль направляющей трубы и выполнены в виде двух крайних и двух срединных съемных колец, выполненных из пластин с загнутыми краями. Зажимы с прижимными элементами выполнены в виде Г-образных плоских прижимных рычагов, установленных в продольно-щелевидных канавках и расположенных вдоль направляющей трубы. Опоры приварены с внутренней стороны к стенке направляющей трубы. Пружины для возврата зажимов с прижимными элементами в исходную позицию установлены в канавках. Фиксаторы размещены на каждом из съемных колец, а прижимные пяты выполнены в виде желобов. Одни концы Г-образных плоских прижимных рычагов закреплены в опорах, а другие, выступающие над канавками, закреплены с возможностью перемещения к прижимным пятам.
Из патента РФ №66257 известен центратор, который содержит два соединенных шарниром цилиндрических полукольца 1, 2. Полукольца 1, 2 выполняются из отрезка трубы того же диаметра, что и стыкуемый элемент. Материал полуколец 1, 2 - сталь, например, сталь 09Г2С. Шарнир выполнен в виде болта 3, например, M18 длиной L=80-100 мм, и гаек 4, 5, закрепленных (приваренных) к полукольцам 1, 2. Головка болта 3 и ограничивающая гайка 4 крепятся сваркой к одному полукольцу 1, а спаренная гайка 5, заранее расположенная в середине резьбовой части болта 3, к другому полукольцу 2. Каждое из полуколец 1, 2 со стороны, диаметрально противоположной шарниру, снабжено соединительным элементом в виде прямоугольной петли 6 замка. Петли 6 соединяются болтом 7 с гайкой (не обозначена). Толщина петель 6 составляет 6-8 мм. Средства регулирования взаимного осевого положения стыкуемых (центрируемых) элементов 10, 11, 12 выполнены в виде неразъемно закрепленных сваркой, равномерно по окружности к наружной поверхности полуколец 1, 2, по меньшей мере, двух струбцин 8 с расположенными по одну сторону от торца (основания) цилиндра полуколец 1, 2 радиальными болтами 9. Количество струбцин центратора зависит от диаметра центрируемого элемента.
Из патента № CN 201030478 известна каретка для центрирования труб, включающая в себя рельсы, механизм монтажа и подачи труб, механизмы выравнивания на электроприводе.
Целесообразно упростить конструкцию устройства для контроля соосности труб с тем, чтобы с одной стороны возможно было производить контроль в полевых условиях, а с другой стороны с тем, чтобы расширить диапазон диаметров монтируемых труб. Стоит отметить, что центрование при этом можно осуществлять имеющимися в арсенале монтажных подразделений техническими средствами подачи труб.
Из патента № JP 2010120076 известен аппарат для выравнивания труб, включающий бандажи, надеваемые на торцы труб, пластины, которые удерживаются на трубе бандажами, резьбовой механизм стягивания труб. Недостатком изобретения является невозможность работы с крупногабаритными трубами.
Наиболее близким аналогом является устройство, известное из патента РФ №2279631. Способ измерения несоосности валов по указанному патенту заключается в установке на одном из валов посредством штанги, выполняющей функцию корпуса, стойки и зажимов одного измерителя с подвижным штоком, на котором закреплен корпус второго измерителя, подвижный шток которого также с помощью зажима прикреплен к другому валу и расположен под углом 90° к подвижному штоку первого измерителя. При этом подвижный шток первого измерителя, перемещаясь в вертикальной плоскости, измеряет вертикальную несоосность, а подвижный шток второго измерителя, перемещаясь в горизонтальной плоскости, - горизонтальную несоосность. Недостатком изобретения является то, что штоки закреплены друг на друге, а большое количество колен системы определяет большую ошибку измерения.
Целью полезной модели является упрощение конструкции устройства центрирования трубопроводов при высокой надежности измерений.
Цель достигается за счет того, что устройство для определения соосности стыкуемых трубопроводов состоит из двух основных мачт, натянутого между ними эластичного шнура, а так же мачт-маяков. При этом основания мачт оснащены магнитами, за счет чего достигается оперативный монтаж-демонтаж системы и надежное крепление. По одному из вариантов полезной модели на мачтах-маячках нанесены деления в миллиметрах либо в градусах.
Техническим результатом является отсутствие зависимости проведения контроля соосности от габаритов труб, оперативность и дешевизна контроля.
Осуществление полезной модели
Устройство для определения соосности стыкуемых трубопроводов включает в себя устанавливаемые на контролируемых трубах мачты, а именно состоит из двух основных мачт, натянутым между ними эластичного шнура, а так же мачт-маяков. При этом основания мачт оснащены магнитами, за счет чего достигается оперативный монтаж-демонтаж системы и надежное крепление. По одному из вариантов полезной модели на мачтах-маяках нанесены деления в миллиметрах либо в градусах
Натянутый эластичный шнур представляет собой прямую проходящую по маякам, которые устанавливаются около кромок стыкуемых труб. Отклонение маяков от натянутого шнура свидетельствует о несоосности центрируемых труб. Для выявления соосности труб в двух плоскостях необходимо применять два комплекта приспособлений: один комплект устанавливается в вертикальной плоскости, другой в горизонтальной.
Две основные мачты прикрепляются к трубам с помощью магнита по одной на каждой из центрируемых труб. Между ними натягивается эластичный шнур. У кромок труб устанавливаются мачты-маяки.
Для правильной установки комплекта необходимо выполнить следующие требования:
- основные мачты устанавливается на равном расстоянии от кромки трубы, при этом расстояние должно быть не меньше 1,5 диаметров труб.
- мачты-маяки устанавливаются на минимальном расстоянии от кромки труб
- перед установкой мачты необходимо удалить изоляционный слой и зачистить металл до шероховатости Rz40.
- в случае, если на месте установки проходит продольный сварной шов, сделать отступ от точки предполагаемой установки. Отступ должен быть достаточным, для того чтобы мачта была установлена на ровную поверхность. Также он должен быть равным при установке всех мачт.
- все вертикальные мачты устанавливаются строго вертикально, горизонтальные - строго горизонтально. С помощью пузырькового уровня.
- уровень натяжения шнура не должен допускать провисания или смещения мачт-оснований.
Для вычисления угла косины (угла между осями стыкуемых труб) необходимо замерить расстояние от отметок на мачтах-маяках и точки пересечения ее с эластичным шнуром (С и D на Фигуре 2). Также для произведения расчетов необходимо знать расстояние от мачты-основания до мачты-маяка (А и В на Фигуре 2). Зная эти величины для каждой из сторон, мы применяем ряд тригонометрических расчетов:
Дано: два прямоугольных треугольника. Вершины С и Е соединяет отрезок, пересекающий катеты треугольников в точках L и К. Известны длины катетов обоих треугольников, а также длины отрезков BL и FK.
Задача: вычислить угол между касательными, проведенными через отрезки СВ и FE.
Решение: Продолжим прямые СВ и FE до точки их пересечения. Обозначим ее как точку G.
Мы получили новый треугольник. В угол G которого и есть искомая величина.
Угол FEK=arctg FK/EF
Угол BCL=arctg BL/BC
В итоге, имеем формулу для расчетов
Угол EGC=180° - угол FEK - угол BCL (значения в градусах)
Испытания проводились во время плановой остановки для устранения дефекта №306950 установкой муфты П3 силами ЦРС КРНУ на 198 км МН «Альметьевск-Горький-3» Ду1000.
После вырезки дефектного участка и установки «катушки» было установлен один комплект приспособления в горизонтальной плоскости с соблюдением требований на установку. Возможности установки второго комплекта приспособления (в вертикальной плоскости) не было - эластичный шнур задевал бы «мягкие» полотенца.
Отклонения натянутого шнура от маяков наглядно показывало необходимое направление для перемещения труб.
Для совмещения продольных осей стыкуемых трубопроводов один конец был освобожден от грунта на 70 метров. Трубоукладчиками проводилось перемещение участков трубопровода. После перемещений участков трубопровода, отклонение натянутого шнура от отметок на мачтах-маяках существенно уменьшилось и составило на первом маяке 10 мм, на втором - 20 мм. Что соответствует 1,3 градуса остаточного угла косины. Полученное значение позволило принять решение о прекращении процесса центровки.
В результате испытания приспособления для измерения соосности стыкуемых труб во время плановой остановки для устранения дефекта №306950 установкой муфты П3 силами ЦРС КРНУ на 198 км МН «Альметьевск-Горький-3» Ду1000, были подтверждены заявленные характеристики.
Подтверждена возможность использования одного комплекта приспособления. Установка только в горизонтальной плоскости или в вертикальной плоскости позволяет выявлять смещение в любой плоскости.
Подтвердилась возможность контроля процесса перемещения трубопровода извне котлована.
Описание рисунков
На фигуре 1 приведено схематичное изображение устройства для определения соосности стыкуемых трубопроводов, установленного на объекте. 1 - стыкуемые трубы, 2 - основные мачты, 3 - эластичный шнур, 4 - мачты маячки.
На фигуре 2 на схематичном изображении устройства для определения соосности стыкуемых трубопроводов, установленном на объекте, приведены расстояния, используемые для расчета косины труб. А, В - расстояние от основной мачты до кромки, С, D - расстояние от вершины маяка до точки пересечения со шнуром, Е - величина смещения, F - угол косины стыкуемых труб.