УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗОНАЛЬНОГО НАГРЕВА

Полезная модель относится к области станкостроения, а именно, к оснастке трубогибочных станков для непрерывной гибки труб и может быть использована для индукционного нагрева труб из труднодеформируемых малопластичных сплавов при их гибке для изготовления различных трубопроводных систем, используемых в авиации, космосе, судостроении и других областях.
Известно, что гибка труб сопровождается следующими основными проблемами: имеют место овализация поперечного сечения трубы, которая приводит утонению наружной стенки трубы (что снижает устойчивость получаемого трубопровода к изгибающим и крутящим моментам) и утолщение внутренней стенки трубы, что приводит к гофрообразованию. Применительно к гибке труб с использованием локального нагрева эта проблема связана, в основном, с переходными процессами, возникающими при нагреве труб. Они зависят от разности температур на внутренней и внешней стенках гиба трубы и от времени, которое труба находится при температуре гибки. От эффективности решения перечисленных проблем зависит качество получаемых гибов.
При гибке трубопроводов из труднодеформируемых малопластичных материалов, таких как 06Х15Н6МВФБ-Ш (ВНС-16), 03Х12Н10МТР-ВД (ВНС-25), 03Х12Н10ИТР (ЭП-810, ВМС-25), 12Х18Н10Т-ВД, 07Х16Н6 и др., с целью повышения пластичности металла, что особенно важно при больших степенях деформации (применительно к гибке труб, это означает гибку с радиусом 2-3 наружных диаметра трубы (Dн)), и уменьшения сопротивления деформированию применяют местный индукционный нагрев заготовки токами высокой частоты.
Оснащение трубогибочных станков индукторными нагревательными устройствами, осуществляющими нагрев труб перед их гибкой известно из уровня техники (см, например, патент РФ №2499647, кл. B21D 7/16, 2013 г.).
Конструкции индукторов, используемых для этих целей, не отличаются большим разнообразием.
Так, например, известно устройство для непрерывной индукционной гибки труб, содержащее размещенный на торце одновиткового индуктора, обращенного к внутренней стороне гиба трубы П-образный магнитопровод, состоящий из отдельных пакетов. Пакеты магнитопровода из шихтованной стали, феррита или других магнитомягких диэлектриков плотно прилегают к поверхности водоохлаждаемого витка индуктора, что обеспечивает охлаждение магнитопровода. Телесный угол, образованной дугой магнитопровода и радиусами, соединяющими его концы с центром трубы, лежит в пределах 150 градусов и симметричен относительно горизонтальной плоскости гиба (±75 град относительно горизонтальной плоскости гиба). Длина дуги магнитопровода определяется числом пакетов магнитопровода и шагом их размещения. Число пакетов магнитопровода, шаг и угол их размещения выбираются исходя из того, какое распределение температур и пластичности металла на наружной и внутренней сторонах трубы нужно получить, чтобы для конкретных диаметров, толщин стенок, материала трубы и радиусов гиба обеспечить минимальные гофрообразование и разнотолщинность стенок трубы.
Гибка труб производится при продольном движении трубы. Используется, как правило, одновитковый индуктор. Подвод тока от источника питания к индуктору осуществляют таким образом, чтобы подводящие шины подходили к витку индуктора с противоположной от магнитопровода стороны. Контроль за стабильностью достигнутого распределения температуры по периметру нагреваемой зоны, обычно, осуществляют путем измерения соотношения температур на противоположных сторонах зоны нагрева трубы.
(см. патент РФ на полезную модель №103764, кл. B21D 7/16, 2011 г.)
В результате анализа известного решения необходимо отметить, что данный способ не обеспечивает регулирование распределения интенсивности нагрева в процессе гибки трубы по ее сечению, а также существенным недостатком является невозможность подобрать оптимальное число пакетов магнитопровода, шаг и угол их размещения для гибки трубопровода с разными радиусами гиба без остановки станка, снятия со станка трубы и демонтажа индуктора. Указанные недостатки существенно ограничивают использование данного устройства для гибки с нагревом трубопроводов сложной пространственной формы.
Наиболее близким к заявленному решению является индуктор с магнитопроводом для гибочного станка. Индуктор состоит их профилированной медной трубки, являющейся токопроводом, к которой припаяно кольцо, используемое в качестве спрейера. Магнитопровод набирается из пластин трансформаторного железа, зазоры между которыми выбираются клиновыми вкладышами. Для обеспечения равномерного охлаждения трубы вода к спрейеру подводится через четыре патрубка (Б.М. Колявкин, И.В. Никитин, «Технология гибки труб и профилей с зональным индукционным нагревом», НИИинформтяжмаш. - Москва, 1974, С. 35-36 (Кузнечно-прессовое и заготовительное производство) - наиболее близкий аналог).
Недостатком данного индуктора является то, что для исключения попадания воды непосредственно в зону нагрева трубы приходится подавать водяную струю достаточно далеко от зоны гиба, что значительно увеличивает ширину зоны нагрева трубопровода.
Технический результат настоящей полезной модели заключается в разработке устройства для зонального нагрева труб при их гибке, позволяющего обеспечивать наиболее узкую зону нагрева для обеспечения исключения влияния переходных процессов, возникающих в материалах при нагреве, а также обеспечивающего возможность регулировки температуры между внешним и внутренним радиусами гиба трубы, что позволяет проводить гибку труб на малые радиусы гиба и препятствовать образованию дефектов в виде неровностей (гофр) на внутренней стенке, а также уменьшить утонение наружной стенки изгибаемой трубы.
Указанный технический результат обеспечивается за счет того, что в устройстве для зонального нагрева, содержащем кольцевой магнитопровод, на одном из торцов магнитопровода смонтирован кольцевой коллектор, полость которого связана посредством патрубков с линией подачи охлаждающей среды, а на внутренней поверхности коллектора имеются выходные отверстия, новым является то, что устройство оснащено вторым кольцевым коллектором, смонтированном на противоположном торце магнитопровода для подачи вдоль движения трубы воздушного потока, и отсекателем, при помощи которого производится регулируемое дополнительное охлаждение трубы сразу за зоной нагрева, отсекаемое от нее воздушным потоком от второго кольцевого коллектора.
В предложенном устройстве функция подаваемого воздушного потока заключается в полном предотвращении возможности попадания водяной струи в зону гибки за счет ее отсекания в направлении трубы, что позволяет подавать охлаждающую трубу воду непосредственно сразу за зоной гибки трубы и, тем самым, максимально локализовать зону нагрева. Это дает возможность снизить фактор влияния переходных процессов, возникающих при нагреве трубы, так как уменьшение зоны нагрева уменьшает время нахождения участка трубы в нагретом состоянии. Данный индуктор устанавливается на суппорте, который имеет возможность перемещаться в направлении, перпендикулярном оси трубы. Это дает возможность регулировать зазор между индуктором и трубой на внешнем и внутреннем радиусах гиба и, тем самым, регулировать температуру по сечению изгибаемого участка трубы.
Сущность заявленной полезной модели поясняется графическими материалами, на которых:
- на фиг. 1 - индуктор, общий вид;
- на фиг. 2 - индуктор, вертикальный осевой разрез;
- на фиг. 3 - место Б по фиг. 2.
Устройство для зонального нагрева содержит кольцевой индуктор, выполненный из магнитопровода 1, причем магнитопровод в разрезе имеет клиновидную форму (на фиг. 2 показан литерой B). Это позволяет при той же общей мощности нагрева и сечении охлаждающего контура (на фиг. 1 показан литерой A) осуществлять нагрев гораздо более тонким сечением магнитопровода. Это позволяет добиться необходимой узкой зоны нагрева изгибаемой трубы 2.
К одному из торцов индуктора пристыкован коллектор 3, имеющий кольцевую форму, на котором выполнены патрубки 4 для соединения с линией подачи охлаждающей среды (воды), а также выходные каналы 5 по внутренней кольцевой поверхности для подачи охлаждающей среды на изгибаемую трубу 2. Для исключения разбрызгивания охлаждающей среды и возможности регулирования напора ее подачи для труб различных геометрических параметров, между кольцом коллектора 3 и магнитопроводом 1 установлен отсекатель 6.
К противоположному (относительно торца индуктора, на котором установлен коллектор 3) торцу индуктора пристыкован коллектор 7, имеющий кольцевую форму, на котором выполнены патрубки 8 для соединения полости коллектора с линией подвода воздуха, а также выходные каналы 9 для подачи сжатого воздушного потока по оси трубы в направлении подачи в зону гибки. Это позволяет отсекать потоки охлаждающей воды, направленные в зону гибки. Индуктор устанавливается на суппорте трубогибочного станка (не показан) посредством кронштейна 10 и имеет возможность перемещения совместно с суппортом в направлении, перпендикулярном своей оси, вдоль которой подается труба, для регулировки зазора между индуктором и трубой на внешнем и внутреннем радиусах гиба, что дает возможность регулировать температуру по сечению изгибаемого участка трубы.
Устройство для зонального нагрева работает следующим образом.
Для работы устройство монтируют на суппорт трубогибочного станка.
Трубу подают в зону гибки. Направление подачи трубы 2 обозначено литерой P. При прохождении через индуктор нагреваемого участка трубы включают индуктор, в результате чего начинается индукционный нагрев трубы при помощи охлаждаемого клиновидного магнитопровода 1 (охлаждающая жидкость подается в полость А). Одновременно с нагревом включается подача сжатого воздуха через коллектор 7 в пазы 8 и подача охлаждающей воды через коллектор 3 в пазы 9. При помощи отсекателя 6 заранее подбирается интенсивность охлаждения (на индукторе имеются выборки, ограниченные отсекателем, через которые также подается охлаждающая вода; при изменении формы профиля поверхности отсекателя, стыкуемой с индуктором, можно менять интенсивность охлаждения). Одновременная подача сжатого воздуха и охлаждающей воды в сочетании с клиновидной формой магнитопровода обеспечивают максимально узкую зону нагрева трубы при ее гибке. Это позволяет существенно снизить влияние фактора влияния переходных процессов, возникающих в трубе при нагреве. При помощи суппорта производится перемещение индуктора перпендикулярно оси трубы в сторону гиба для регулирования распределения температуры по сечению трубы (увеличить на внутреннем радиусе трубы и уменьшить на внешнем). Совокупность перечисленных решений позволяет локализовать область нагрева трубы и контролировать интенсивность охлаждения трубы, расположение индуктора относительно трубы, четкое отсекание охлаждающей воды от зоны нагрева, что в сумме существенно снижает получаемую в ходе изгиба овальность поперечного сечения трубы и, тем самым, повысшает качество поверхности трубопровода и его стойкость к изгибающим и крутящим моментам.
Устройство просто конструктивно и надежно в работе, обеспечивает максимально узкую зону нагрева трубы при ее гибке, тем самым повышает качество получаемой продукции (снижает овальность) за счет снижения влияния переходных процессов, возникающих в трубе при нагреве до рабочей температуре гибки, при этом при его работе полностью исключены ручные операции, весь процесс работы индуктора автоматизирован.
Устройство может быть использовано для гибки широкой гаммы трубных заготовок из труднодеформируемых малопластичных материалов, которым требуется локальный нагрев.