УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТЕРМООБРАБОТКИ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ СОСУДОВ

Полезная модель относится к машиностроению и может быть использована при термической обработке сварных соединений сосудов различного назначения.
Известно устройство для термообработки сварных соединений сосудов, содержащее устанавливаемые на наружную поверхность сосуда, состоящего из ряда отрезков, нагреватели внешнего излучения и систему управления и питания нагревателями. (см. Труды ЦНИИТМАШ, 1984 г., №185, с.40-43).
Упомянутое устройство является прототипом предполагаемой полезной модели.
Данное устройство предназначено для местной термообработки кольцевого монтажного шва компенсатора объема В-1000.
В этом устройстве крепление внешних нагревателей на поверхности изделия осуществлялось с помощью системы гусеничных обойм и монтажных труб. При этом нагреватели образовывали три сплошных кольца, расположенных по периметру нагревательного изделия. С учетом имеющегося количества источников питания нагреватели были объединены в шесть тепловых зон, с автономным питанием каждой. Установка работала по принципу «включено-выключено», что является одним из главных недостатков системы питания. Такое управление требует лишней мощности для нагрева. Действительно, величина потребляемой мощности составила 810кВт.
Вторым существенным недостатком установки является точность поддержания заданной температуры. Результаты показали, что температурные перепады по длине и толщине сварного соединения не превышали 40°С÷50°С.
Предлагается устройство для термообработки сварных соединений сосудов, содержащее устанавливаемые на наружную поверхность сосуда, состоящего из ряда стыков, нагреватели для внешнего излучения и систему питания и управления нагревом, в котором в местах соединения отрезков сосудов на внутренних их поверхностях установлены радиальные нагреватели, а система управления выполнена с возможностью плавного и адаптивного регулирования внешних и внутренних нагревателей.
Это устройство позволяет получить перепад температуры по длине и толщине сварного соединения в пределах ±10°С. Кроме того, система питания и управления содержит микропроцессорные контроллеры «Термолюкс», которые обеспечивают плавное регулирование напряжения нагревателей в диапазоне 0±220 В. Такое регулирование исключает возможность работы в режиме «включено-выключено» и тем самым снижает величину потребляемой мощности.
Для пояснения предложенного устройства на фиг.1. изображена схема устройства, на фиг.2 приведена схема соединений системы наружного нагрева, на фиг.3 изображена электрическая схема управления.
Как видно из фиг.1, устройство состоит из ряда сварных соединений сосудов 1, на наружной поверхности которых установлены нагреватели 2 внешнего излучения. Устройство содержит систему управления питанием нагревателей (фиг.2 и 3.)
В местах соединения отрезков 1 сосудов, на внутренних их поверхностях установлены радиальные нагреватели 2, а на фиг.4 приведена диаграмма распределения температур.
Установка для термообработки сварных соединений сосудов является универсальной и позволяет выполнять термообработку замыкающих швов сосудов диаметром от 6 до 3 метров.
Для местного высокого отпуска монтажного шва применен двусторонний нагрев области шва с помощью панельных нагревателей излучения, выполненных на основе гибких радиационных электронагревателей. Внутри изделия размещены гибкие внутренние нагреватели и тепловая изоляция. Внешние панельные нагреватели располагаются кольцеобразно по диаметру изделия по три в ряде (фиг.1.). При этом ширина активной зоны нагрева составляет около 2400 мм. Крепление панельных нагревателей у поверхности нагреваемого изделия осуществляется с помощью системы монтажных труб и замкнутых многозвенных цепей.
В соответствии с выбранной схемой нагрева произведена разбивка панельных нагревателей на тепловые зоны с учетом параметров нагреваемого изделия и места расположения монтажного шва. Система внешнего нагрева образует три кольцевых пояса: центральный, расположенный непосредственно над монтажным швом, и два боковых, смежных с центральным. По окружности пояса разбиты на шесть секторов, так что в каждом секторе имеется на каждом кольце группа из шести панельных нагревателей, образующая тепловую зону, т.е. независимо управляемую единицу системы нагрева. Таким образом, в каждом секторе имеется три расположенные в ряд тепловые зоны. Общее количество тепловых зон в системе внешнего нагрева - 18, а общее количество панельных нагревателей - 108. Система внутреннего нагрева содержит 4 тепловые зоны для нагрева внутренней части монтажного шва. Подобно системе внешнего нагрева, тепловая зона системы внутреннего нагрева состоит из шести гибких электронагревателей, образующих сегмент кольца. Общее количество гибких электронагревателей в системе внутреннего нагрева - 24. Таким образом, вся нагревательная установка имеет 22 тепловые зоны (18 наружных и 4 внутренних). Каждая из тепловых зон имеет автономное питание и управление, которое обеспечивается микропроцессорным устройством по заданной программе режима термической обработки; программа отслеживается по показаниям термоэлектрического преобразователя, закрепленного на изделии против центра этой тепловой зоны.
Установка содержит пять шкафов питания и управления. Каждый шкаф питания и управления содержит шесть независимых каналов управления, каждый из которых обеспечивает питание и управление одной тепловой зоной.
В силовой шкаф питания входят: оптоэлектронные симисторы, необходимая коммутационная аппаратура, приборы контроля и микропроцессорные регуляторы температуры «Термолюкс».
Каждый канал управления имеет собственный переключатель режимов; программирование/авто/ручной, так что каналы в любой комбинации могут управляться, либо в автоматическом, либо в ручном режиме. Все органы управления шкафа питания и управления расположены на его передней панели. Установка также снабжена регистраторами температурных полей «Технограф-160».
Источник питания к управлению (фиг.3) содержит микропроцессорные котроллеры типа «Термолюкс», которые соединены своими выходами с входами (1; 2; 3; 4) оптосимисторами, нагрузкой которых являются нагреватели. Такое подключение обеспечивает плавное регулирование напряжения (0÷200 В) на нагревателе, исключая тем самым режим работы «включено-выключено».
Питание установки осуществляется от сети 380 В с нулевым проводом, частотой 50 Гц. Выходное напряжение, подаваемое на нагревательные блоки, может регулироваться в пределах 0…220 В.
Подсоединение электорнагревателей к шкафу питания и управления и к внешней сети показано на схеме внешних соединений (фиг.2). Надлежащая взаимосвязь каждого нагревателя и его термоэлектрического преобразователя обеспечивается их подсоединением к клеммам с одинаковыми номерами.
Предложенное устройство было испытано на ОМЗ «Ижорские заводы». С помощью этой установки проведено пять термообработок сварных соединений корпуса реактора. Работы выполнялись на участке для термообработки сварных соединений сосудов.
Основные размеры реактора: внутренний диаметр - 4600, толщина стенки - 290 мм.
В результате проведенной термической обработки получили диаграмму распределения температур фиг.4. Из диаграммы видно, что получен перепад температур по длине и толщине сварного соединения в пределах ±10°С. А система питания и управления, которая осуществляет адаптивное регулирование позволила снизить вдвое потребляемую мощность и исключить режимы работы «включено-выключено».
Устройство может обеспечивать: нагрев соединяемых деталей под сварку с последующей термообработкой зоны сварки, местную термическую обработку (высокий отпуск) крупногабаритных изделий в заводских условиях, при монтаже и в полевых условиях.