УСТРОЙСТВО ЛОКАЛЬНОГО РАЗМАГНИЧИВАНИЯ ТРУБ И ЭЛЕМЕНТОВ ТРУБОПРОВОДА

Полезная модель относится к оборудованию для обеспечения сварки намагниченных труб.
Известна полезная модель в виде устройства размагничивания труб и элементов трубопроводов (RU №43399, H01F 13/00), содержащее источник трехфазного напряжения, выходами связанный со входами пускового блока с автоматическим выключателем, выходами подключенного ко входу источника постоянного тока, управляющим входом связанного с первым управляющим выходом блока управления, соленоид источник постоянного тока содержит ключевой полупроводниковый источник питания с регулировкой уровня выходного тока, на входе которого включены последовательно соединенные выпрямитель и сглаживающий фильтр, причем входы выпрямителя являются входами источника постоянного тока, а выходы ключевого полупроводникового источника питания являются выходами источника постоянного тока, подключенными к коммутатору полярности импульсов выходного тока, управляющий вход ключевого полупроводникового источника питания через схему широтно-импульсного регулирования соединен с управляющим входом источника постоянного тока, а блок управления содержит схему формирования цикла размагничивания, связанную соответствующими выходами со входом формирователя последовательности трапецеидальных импульсов с переменной амплитудой и входом формирователя последовательности импульсов управления коммутатором полярности импульсов выходного тока, при этом выход формирователя последовательности трапецеидальных импульсов с переменной амплитудой является первым управляющим выходом блока управления, подключаемым к управляющему входу источника постоянного тока, а выход формирователя последовательности импульсов управления коммутатором полярности импульсов выходного тока, являющийся вторым управляющим выходом блока управления, подключен к управляющему входу коммутатора полярности импульсов выходного тока, выходы которого подключены к соленоиду.
Эта полезная модель реализована в виде малогабаритной размагничивающей установки КП-1420. КП-1420 устраняет магнитное поле в межтрубном зазоре до 300 мТл. Недостаток - большая потребляемая мощность (до 12 кВт), большое время монтажа под сварку (до 30 мин), значительная масса (до 100 кг).
Известна полезная модель (RU №87041, H01F 13/00) в устройстве локального размагничивания труб, содержащем источник напряжения выходом связанный с коммутатором полярности импульсов выходного тока и соленоида, управляющий вход которого соединен через схему широтно-импульсного регулирования со схемой блока управления, выполненной в виде микроконтроллера, который через оптико-электрический «изолятор» развязан от силовой части, и на входы которого подключены датчик Холла, кнопка «Старт-Сброс тока», а выход соединен со светодиодным индикатором, кроме того на входе источника питания собрана схема защиты от неправильной полярности напряжения и возникновения неисправности в устройстве, а коммутатор полярности импульсов выполнен в виде H-моста.
Это устройство предназначено для компенсации магнитных полей в стыке свариваемых труб до 200 мТл, дальнейшее увеличение размагничивающего поля за счет повышения тока соленоида недопустимо, так как ведет к перегреву соленоида. Это происходит потому, что для компенсации полей ≈200 мТл в соленоиде устанавливается максимальный ток, который остается включенным на все время сварки (до 10 мин). Обычно для больших уровней полей в зазоре труб применяют сначала частичное размагничивание труб в прилегающих к месту сварки участка, а затем остаточное поле компенсируют. Размагничивание проводят знакопеременным магнитным полем частотой 10-20 Гц с экспоненциально убывающей амплитудой. В данном случае амплитуда начальных импульсов поля может намного превосходить максимальное значение поля при компенсации. Однако схема устройства не позволяет регулировать амплитуду импульсов по требуемому закону и имеет потребляемую мощность 150 Вт, время установки на место сварки 15 сек, масса - не более 10 кг, но обеспечивает устранение магнитного поля в межтрубном зазоре не более 200 мТл.
Задача предлагаемого решения - увеличение верхнего предела компенсирующего магнитного поля при минимальной массе.
Это достигается тем, что в устройстве локального размагничивания труб, содержащем источник напряжения, выходом связанный с коммутатором полярности импульсов выходного тока и соленоида, управляющий вход которого соединен через схему широтно-импульсного регулирования со схемой блока управления, выполненной в виде микроконтроллера, который через оптико-электрический «изолятор» развязан от силовой части, и на входы которого подключены датчик Холла, кнопка «Старт-Сброс тока», а выход соединен со светодиодным индикатором, кроме того на входе источника питания собрана схема защиты от неправильной полярности напряжения и возникновения неисправности в устройстве, а коммутатор полярности импульсов выполнен в виде H-моста, введены конденсатор и три ключа, управляемые от микроконтроллера, два из которых соединены между источником питания силовой части и соленоидом, а третий - между выходом H-моста и микроконтроллера.
На фиг.1 изображена схема устройства для сварки намагниченных труб.
Заявляемое устройство состоит из щупа 1, установленного на трубе и выполненного в виде датчика Холла 2 и кнопки «Старт-Сброс тока» 3, соединенного с платой управления 4 в виде микроконтроллера 5, оптико-электрический «изолятор» 6, схемы H-моста 7. В плату управления 4 также входят устройство защиты 8, источник питания микроконтроллера 9, источник питания силовой части 10, которые от источника 11 постоянного напряжения 20-36 В подсоединены к H-мосту 7 и щупу 1. Плата управления 4 соединена с индикатором 12 и соленоидом 13. Микроконтроллер 5 соединен с ключем 14, 15, 16. Между ключем 16, соленоидом 13 подсоединен конденсатор 17. В качестве конденсатора можно использовать любой малогабаритный конденсатор с рабочим напряжением 50 В и емкостью порядка (100-500) мкФ.
Работа устройства для сварки намагниченных труб осуществляется следующим образом. Устанавливается щуп 1 в межтрубный зазор. При включении источника 11 через устройство защиты 8, источник питания микроконтроллера 9 и источник питания силовой части 10 постоянное напряжение 20-36 В поступает на все основные узлы устройства, микроконтроллер 5 устанавливает все блоки и элементы в исходное состояние и переходит в ждущий режим, который сопровождается измерением напряженности магнитного поля трубы датчиком Холла 2 с выдачей на индикатор 12 значения остаточного (нескомпенсированного) поля в зазоре и ожиданием нажатия кнопки «Старт-Сброс тока» 3. При нажатии кнопки «Старт-Сброс тока» 3 начинается процесс компенсации магнитного поля. В зависимости от направления магнитного поля микроконтроллер формирует сигнал «Направление тока», который через оптико-электрический «изолятор» 6 подается на силовую часть устройства, выполненную в виде H-моста 7 с четырьмя ключами (выключатель, реле, транзистор, тиристор и т.п. - www.roboclub.ru/master/motors_55.html). Далее микроконтроллер 5 с помощью сигнала широтно-импульсной модуляции через оптико-электрический «изолятор» 6 посредством схемы H-моста 7 осуществляет широтно-импульсное регулирование тока в соленоиде 13. Создаваемая индукция магнитного поля в зазоре противоположна направлению индукции, создаваемой намагниченностью труб, а по величине равна ей. Повторное нажатие кнопки «Старт-Сброс тока» 3 осуществляет сброс.
В результате наложения противоположных по направлению и равных по величине магнитных полей индукция в зазоре стыка становится близкой к нулю (не более 2 мТл), после чего датчик Холла выводится из зазора и начинается сварка. Как только измеренное датчиком Холла 2 значение напряженности магнитного поля попадет в заданный интервал компенсирующий ток в соленоиде 13 стабилизируется до тех пор пока ток не будет сброшен повторным нажатием кнопки «Старт-Сброс тока» 3.
Устройство для сварки намагниченных труб устанавливается в месте предполагаемой сварки на стыке труб. После включения источника питания микроконтроллер устанавливает все блоки и элементы в исходные состояния и переходит в ждущий режим. После двойного нажатия кнопки «Старт-Сброс тока» (с интервалом ≈1 сек) микроконтроллер замыкает ключ 14 и ключ 16. В этот момент к источнику постоянного напряжения будет подключен последовательный резонансный контур, образуемый соленоидом и конденсатором C, в контуре возбуждаются колебания тока переменного направления с затухающей амплитудой с частотой:
,
где L - индуктивность соленоида с сердечником, Гн;
C - емкость конденсатора С, Ф.;
f - частота релаксаций тока, Гц.
Величину C выбирают так, чтобы частота релаксаций тока составляла (10-20) Гц.
После окончания колебаний микроконтроллер 5 через заданное время размыкает ключи 16 и 14 и замыкает ключ 15, обеспечивая разряд конденсатора 17. Затем ключ 15 размыкается.
После нескольких циклов размагничивания в зазор стыка вводятся щуп с датчиком Холла, нажимается однократно кнопка «Старт-Сброс тока» и производится компенсация остаточного магнитного поля. При напряжении источника постоянного напряжения (36-50) В обеспечивается размагничивание участков труб, прилегающих к зазору стыка в месте сварки, а при напряжении (20-36) В обеспечивается компенсация остаточного магнитного поля с начальным значением до 300 мТл. Проблема решается введением в схему устройства конденсатора, образующего резонансный контур с индуктивностью соленоида и трех ключей обеспечивающих требуемые режимы включения-выключения.
После формирования шва длиной порядка 100 мм устройство передвигается (переставляется) на другой участок.