УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОМПЕНСАЦИИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ ТРУБОПРОВОДА

Полезная модель относится к электротехнике, а именно к устройствам для размагничивания трубопроводов и подготовки их к сварке при строительстве и ремонте.
В строительстве и ремонте трубопроводов, где используют сварку на постоянном токе, намагниченность труб создает трудности при проведении работ, т.к. их сроки и стоимость во многом зависят от уровня магнетизма в трубах. Значения индукции магнитного поля в зоне сварки, не оказывающие вредного влияния на процесс, находятся на уровне 1-3 мТл для ручной дуговой сварки. В диапазоне значений индукции 8-10 мТл отмечается возрастающее волнение металла, а при индукции выше 10 мТл начинается разбрызгивание металла из зоны сварки, что делает сварку не качественной. Известные технологии размагничивания труб во время сварки требуют высокой квалификации оператора и не всегда обеспечивают достаточное размагничивание из-за неравномерной намагниченности труб по окружности.
Известно устройство для размагничивания и компенсации остаточных магнитных полей в металлоконструкциях (1), которое состоит из источника тока и последовательно соединенных с ним реверсивного регулятора тока, датчика тока и размагничивающего контура. В качестве источника тока использован статический преобразователь. Устройство содержит также микроконтроллер с программным заданием формы сигнала тока размагничивания и пульт дистанционного управления. Датчик тока образует цепь отрицательной обратной связи с реверсивным регулятором тока через микроконтроллер.
Устройство позволяет эффективно управлять процессом компенсации остаточного магнитного поля, но предполагает использование постоянного тока, для чего требуется дополнительное оборудование.
В качестве прототипа выбрано устройство для компенсации магнитного поля трубопровода (2), содержащее размагничивающий модуль в виде разъемной катушки, питаемый постоянным током от сварочного выпрямителя. Разъемные кольца размагничивающего модуля расположены в немагнитном металлическом каркасе с шарнирно укрепленными на нем датчиками величины и направления магнитного поля в зоне свариваемого шва, накладываемые по обе стороны от него. Ток компенсации в размагничивающий модуль подается через электронный блок управления, включенный в систему обратной связи с датчиками магнитного поля.
Устройство позволяет осуществлять управляемую локальную компенсацию остаточной намагниченности трубопровода в зоне сварки во время процесса сварки. Однако в качестве источника питания используется выпрямитель дополнительного сварочного аппарата, что крайне нежелательно из-за его (выпрямителя) габаритов и веса. Кроме того, в размагничивающий модуль подается постоянный ток компенсации, что не позволяет достичь качественного размагничивания т.к. остаточная намагниченность распределена неравномерно по окружности трубы.
Задачей предлагаемой полезной модели является создание устройства автоматизированного размагничивания трубопровода в зоне сварки, компактного и пригодного для работы в полевых условиях.
Эта задача решается тем, что устройство для компенсации магнитного поля трубопровода содержит размагничивающий модуль в виде разъемной катушки и соединенный с ним блок управления.
В отличии от прототипа, блок управления предлагаемого устройства выполнен в диэлектрическом корпусе и снабжен силовым блоком, работающим от переменного напряжения, силовым выпрямителем и узлом управления, который содержит регулятор мощности и переключатель полярности, причем силовой блок последовательно соединен с силовым выпрямителем и размагничивающим модулем, регулятор мощности подключен к силовому блоку, а переключатель полярности подключен к силовому выпрямителю. Катушка размагничивающего модуля выполнена из многожильного кабеля, а ее разъемы размещены в диэлектрическом корпусе.
Функции элементов отличных от прототипа следующие:
- силовой блок преобразует питающее синусоидальное напряжение от сети в переменное пульсирующее напряжение, которое подается на силовой выпрямитель;
- силовой выпрямитель, в свою очередь, преобразует переменное пульсирующее напряжение в постоянное пульсирующее напряжение, частично сглаженное индуктивной составляющей размагничивающего модуля;
- регулятор мощности, подключенный к силовому блоку, позволяет получить на выходе силового блока напряжение достаточное для создания магнитного поля, индуктивность которого достаточна для компенсации остаточной намагниченности трубопровода;
- с помощью переключателя полярности, подключенного к силовому выпрямителю, устанавливается направление магнитного поля, необходимое для компенсации остаточной намагниченности;
- сглаженное пульсирующее напряжение заданной величины и знака в размагничивающем модуле вызывает импульсный ток, создающий пульсирующее магнитное поле в трубопроводе. Импульсы магнитного поля приводят намагниченность материала трубопровода к такому значению, что суммарная плотность остаточного и наведенного магнитных потоков в зазоре состыкованных для сварки труб становится меньше той величины, которая оказывает вредное влияние на процесс сварки (1-3 мТл). Кроме того, так как остаточная намагниченность трубопровода распределяется неравномерно по окружности трубы, пульсирующее наведенное магнитное поле ее выравнивает.
Размещение блока управления и разъемов витков катушки размагничивающего модуля в диэлектрическом корпусе повышает электробезопасность устройства и позволяет не заземлять блок управления.
Таким образом, техническим результатом при использовании устройства для компенсации магнитного поля трубопровода, является регулируемая компенсация остаточного магнитного поля трубопровода, эффективное размагничивание по всей окружности трубы. Кроме того, использование современных материалов в диэлектрических корпусах и современной элементной базы блока управления, делают устройство малогабаритным, легким, электробезопасным и удобным для работы в полевых условиях.
На фиг.1 представлена блок-схема устройства для компенсации магнитного поля трубопровода.
На фиг.2 - разъем витков катушки размагничивающего модуля в разрезе.
Устройство (фиг.1) состоит из последовательной цепи силового блока 1, силового выпрямителя 2, размагничивающего модуля в виде многовитковой катушки 3, установленного на трубопроводе 4. К силовому блоку 1, подключен регулятор мощности
5, а к силовому выпрямителю 2 подключен переключатель полярности 6. Регулятор мощности 5 и переключатель полярности 6 также соединены с панелью управления 7. Позиции 1, 2, 5, 6, 7 образуют блок управления.
Витки 8 размагничивающего модуля 3, снабжены разъемами 9, расположенными в диэлектрическом корпусе 10 (фиг.2) и установлены на трубопроводе 4.
Устройство для компенсации магнитного поля трубопровода работает следующим образом. Витки 8 размагничивающего модуля 3 размещают на трубопроводе 4 в зоне сварки и соединяют разъемы 9, размещенные в диэлектрическом корпусе 10. Число витков 8 определяется диаметром трубопровода 4 и в зависимости от его величины используют от трех до шести витков. Витки 8 представляют собой многожильный кабель. Кабель содержит 14-35 проводов. Все провода кабеля соединены последовательно, а в разрыв одного из проводов подключен блок управления. Кабель покрыт резиновой изоляцией. Провода кабеля также покрыты резиновой изоляцией и дополнительно обмотаны слюдяной пленкой.
На силовой блок 1 от сети переменного тока поступает синусоидальное напряжение 220 В или 380 В, которое преобразуется в переменное пульсирующее напряжение. В соответствии с показаниями датчиков магнитного поля (на фигуре не показаны), которые установлены в зоне сварки, на панели управления 7 задают величину напряжения на выходе силового блока 1 через регулятор мощности 5. На силовой выпрямитель 2 поступает переменное пульсирующее напряжение, заданной величины. С выхода выпрямителя 2 уже постоянное пульсирующее напряжение подается в размагничивающий модуль 3. Постоянное пульсирующее напряжение выпрямителя 2 частично сглаживается индуктивной составляющей размагничивающего модуля 3 и вызывает в нем импульсный ток, который создает пульсирующий магнитный поток в трубопроводе 4. За счет инерционности намагничивания доменов металла трубопровода 4 импульсный магнитный поток вызывает в трубопроводе 4 постоянное магнитное поле с незначительными пульсациями, напряженность которого соизмерима с остаточной напряженностью магнитного поля трубопровода 4.
С помощью панели управления 7 устанавливают направление магнитного поля, которое через переключатель полярности 6, силовой выпрямитель 2 и размагничивающий модуль 3 создают в трубопроводе 4. Направление индукции магнитного поля размагничивающего модуля 3 должно быть противоположно индукции остаточной намагниченности трубопровода 4.
Таким образом, изменяя величину и направление, создаваемого устройством в трубопроводе 4 наведенного магнитного поля, можно добиться компенсации остаточного
магнитного поля трубопровода 4. Регулируя величину и направление наведенного магнитного поля, устанавливают такие значения, чтобы суммарная величина наведенного и остаточного магнитных полей трубопровода 4 не превышала величину, оказывающую отрицательное влияние на качество сварки (1-3 мТл).
Устройство для компенсации магнитного поля трубопровода позволяет автоматизировать процесс размагничивания, так как используется только два параметра: регулирование мощности и переключение полярности. Простота эксплуатации устройства не требует специально подготовленного квалифицированного персонала.
Габариты блока управления 400×110×260 мм.
Масса не более 6 кг.
Габариты катушки в транспортном состоянии d 500×220 мм.
Масса не более 15 кг.
Время подготовки устройства к компенсации - не более 10 мин.
Источники информации:
7
1. Патент РФ №42691, МПК H 01 F 13/00, Публ.2004.12.10
7
2. Патент РФ №13271,, МПК H 01 F 13/00, Публ.2000.03.27