УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ НАРУЖНОЙ ПОВЕРХНОСТИ КОНЦЕВЫХ УЧАСТКОВ ТРУБ ОТ ИЗОЛЯЦИИ
DEVICE TO REMOVE ISOLATION FROM PIPE END OUTER SURFACES

Изобретение относится к трубопроводному транспорту нефтепродуктов, жидких и газообразных сред, а именно к очистке наружной поверхности концевых участков стальных труб от изоляции для последующего проведения строительно-монтажных работ и сварки встык.
Известно устройство для механической очистки и обработки поверхностей «РОИ» (патент RU №2236313, МПК 7 B08B 9/023, опубл. 20.09.2004 г. в бюл. №26), в котором в качестве рабочих органов при очистке поверхности применяется дисковая фреза или абразивный инструмент. Устройство содержит способный вращаться вокруг своей оси и одновременно перемещаться вдоль обрабатываемой поверхности ротор, включающий несущую конструкцию и шарнирно подвешенные к ней рычаги с присоединенными к каждому из них рабочим органом и дополнительным грузом.
Недостатками известного устройства являются сложное конструктивное исполнение, потребление электроэнергии и износ рабочих органов, требующих регулярной замены и, как следствие, больших материальных затрат на изготовление, применение и обслуживание, а также узкая область применения, отсутствие мобильности, невозможность использования в полевых условиях и при малых объемах работ.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату, выбранным в качестве аналога заявляемому устройству, является рабочий орган машины для удаления изоляции с наружной поверхности трубопровода (патент RU №2395353, МПК B08B 9/023, опубл. 27.07.2010 г.). Рабочий орган машины содержит ротор с очистными инструментами, закрепленными на рычагах, которые установлены на осях с возможностью поворота вокруг своей оси, и прижимными устройствами для поджатия очистных инструментов к поверхности трубопровода.
Недостатками известного рабочего органа машины для удаления изоляции с наружной поверхности трубопровода являются сложное конструктивное исполнение и сложная кинематическая схема работы, кроме того, он потребляет электроэнергию, очистные инструменты изнашиваются, требуя регулярной замены, а значит и больших материальных затрат на изготовление, применение и обслуживание. Установка стационарная, не мобильная, то есть имеет узкую область применения, ее невозможно использовать в полевых условиях и при малых объемах работ.
Технической задачей изобретения является повышение износостойкости очистного инструмента за счет снижения физических и механических нагрузок на устройство, а также создание простого и дешевого в производстве, применении и обслуживании устройства с возможностью эксплуатации в полевых условиях и на производстве с малыми объемами работ или непрофильными работами.
Техническая задача решается следующим способом.
На фиг.1 изображен общий вид устройства для очистки наружной поверхности концевых участков стальных труб от изоляции.
На фиг.2 и 3 - дополнительные изображения А в вариантах 1, 2 конструктивного исполнения соединения корпуса 1 с рычагом 3 фиг.1.
На фиг.4 - труба с изоляцией с частичным продольным разрезом.
Очистной инструмент устройства выполнен в виде корпуса 1 (фиг.1), имеющего форму правильной прямой призмы или цилиндра с осью вращения 2, рычагом 3, как минимум с одной рукояткой 4, расположенной на расстоянии R от оси вращения 2 корпуса 1 для преодоления силы адгезии изоляции 5 (фиг.4) к трубе 6. Также рычаг 3 (фиг.1) может быть соединен с торцом 7 корпуса 1 методом сварки (фиг.2) либо может быть съемным (фиг.3) и вставляться в отверстие 8 любой формы корпуса 1. На боковой поверхности корпуса 1 (фиг.1) выполнен прямоугольный паз 9 с длиной L и шириной Н. Рычаг 3 может быть разной длины в зависимости от диаметра D трубы 6 (фиг.4) с изоляцией 5 и прочности адгезионного слоя 10, образующегося либо своим составом, либо свойствами, образующимися при нагреве или охлаждении изоляции 5.
Для определения длины рычага 3 - R (фиг.1) вычисляем максимальный диаметр описанной окружности d корпуса 1 при намотке изоляции 5 (фиг.4) на трубу 6 с наружным диаметром D. Для начала определим количество оборотов корпуса 1 (фиг.1) вокруг трубы 6 (фиг.4) для снятия изоляции 5:
<mrow><mi>n</mi><mo>=</mo><mfrac><mrow><mi>π</mi><mi>D</mi></mrow><mrow><mi>π</mi><mi>d</mi></mrow></mfrac><mo>=</mo><mfrac><mi>D</mi><mi>d</mi></mfrac><mo>,</mo><mtext> </mtext><mo stretchy="false">(</mo><mn>1</mn><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
где n - количество оборотов корпуса 1 (фиг.1) вокруг трубы 6 (фиг.4);
D - наружный диаметр трубы 6 с изоляцией 5, мм;
d - наружный диаметр описанной окружности корпуса 1 (фиг.1), мм.
Определяем максимальный диаметр корпуса 1 при снятии изоляции 5 (фиг.4) по формуле:
<mrow><msub><mi>d</mi><mrow><mi>max</mi></mrow></msub><mo>=</mo><mi>d</mi><mo>+</mo><mi>n</mi><mo>⋅</mo><mn>2</mn><mi>n</mi><mtext> </mtext><mo stretchy="false">(</mo><mn>2</mn><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
max
где d - максимальный диаметр корпуса 1 (фиг.1) с полностью намотанной изоляцией, мм;
d - наружный диаметр описанной окружности корпуса 1;
n - количество оборотов корпуса 1 вокруг трубы 6 (фиг.4) с изоляцией 5, определяемое по формуле (1);
h - толщина изоляции 5, мм.
cd
min
Исходя из силы адгезии A адгезионного слоя 10 (фиг.4) определяем количество рукояток 4 (фиг.1) рычагов 3 - k, определяем минимально допустимую длину рычага 3 - R с учетом того, что отрыв изоляции 5 (фиг.4) происходит на участке длиной l с зоной m пластической деформации изоляции 5 не более 1 см (получено эмпирическим путем):
<mrow><msub><mi>R</mi><mrow><mi>min</mi></mrow></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mi>А</mi><mrow><mi>с</mi><mi>д</mi></mrow></msub><mo>⋅</mo><mi>m</mi><mo>⋅</mo><mi>l</mi><mo>⋅</mo><msub><mi>d</mi><mrow><mi>max</mi></mrow></msub></mrow><mrow><mi>k</mi><mo>⋅</mo><msub><mi>F</mi><mrow><mi>д</mi><mi>о</mi><mi>п</mi></mrow></msub></mrow></mfrac><mo>,</mo><mtext> </mtext><mo stretchy="false">(</mo><mn>3</mn><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
min
где R - минимальная длина рычага 3 (фиг.1), расстояние от рукоятки 4 до оси 2 корпуса 1, мм;
cd
2
A - сила адгезии, кг/см;
max
d - максимальный диаметр корпуса 1, мм;
k - количество рукояток 4 рычагов 3, участвующих в работе одновременно;
l - длина от торца трубы 6 (фиг.4) до надреза 11, см;
m - зона пластической деформации адгезионного слоя 10 при отрыве, 0,5-1 см;
доп
F - допустимое усилие для работы, 5-10 кг.
Корпус 1 (фиг.1) может быть изготовлен цельным или - при больших габаритах - полым (для снижения веса и материальных затрат). При этом для надежной фиксации изоляции 5 (фиг.4) с толщиной h при работе в корпусе 1 (фиг.1) ширина H паза 9 больше толщины h (фиг.5) изоляции 5 (H>h), а длина паза 9 - L (фиг.1) не меньше расстояния l (фиг.4), на котором зачищают концевой участок трубы 6 с изоляцией 5 (l<L).
Устройство для очистки наружной поверхности концевого участка трубы 6 от изоляции 5 работает следующим образом. На концевом участке трубы 6 (фиг.4) на расстоянии l от торца любым режущим инструментом (фреза, ножовка и т.п., не показано) делается первый надрез 11 по всему периметру изоляции 5 и адгезионного слоя 10 до соприкосновения рабочей поверхности режущего инструмента со стенкой трубы 6. Затем, также режущим инструментом, на концевом участке трубы 6 делается второй надрез 12 по длине l изоляции 5 и адгезионного слоя 10 до соприкосновения рабочей поверхности режущего инструмента со стенкой трубы 6 под углом α, равным 15-75° от линии надреза 11 до торца трубы 6. Один из острых углов 13 изоляции 5 отслаивается и продевается в паз 9 (фиг.1) корпуса 1. Ось 2 корпуса 1 устройства устанавливается параллельно оси 14 (фиг.4) трубы 6 с изоляцией 5 с плотным прилеганием к поверхности.
Рычаг 3 (фиг.1) и рукоятка 4 расположены в свободном пространстве от торца трубы 6 (фиг.4) с изоляцией 5. При вращении рычага 3 (фиг.1) при помощи рукоятки 4 угол 13 (фиг.4) изоляции 5 защемляется в пазу 9 (фиг.1) корпуса 1, и изоляция 5 (фиг.4) начинает наматываться на корпус 1 (фиг.1) устройства. При необходимости место отслаивания изоляции 5 (фиг.4) и адгезионного слоя 10 от трубы 6 подогревают горячим паром или пламенем. Корпус 1 (фиг.1) устройства при прохождении всей окружности трубы 6 (фиг.4) с изоляцией 5 позволяет равномерно удалить изоляцию 5 на расстоянии l от торца трубы 6 и подготовить ее к последующим технологическим операциям.
Пример конкретного выполнения:
d=40 мм - наружный диаметр описанной окружности корпуса 1 (фиг.1);
mp
⌀=114 см=1140 мм - наружный диаметр трубы 6 (фиг.4);
h=2,5 мм - толщина изоляции 5;
1
h=1 мм - толщина адгезионного слоя 10;
cd
2
2
A=4,0 кг/см=0,04 кг/мм - сила адгезии;
l=70 мм - длина от торца трубы 6 до надреза 11;
mp
1
D=⌀+2h+2h=1140+2×2,5+2×1=1147 (мм) - наружный диаметр трубы 6 с изоляцией 5 и адгезионным слоем 10;
n=D/d=1147/40≈28 (об.) - количество оборотов корпуса 1 (фиг.1) вокруг трубы 6 (фиг.4) для снятия изоляции 5;
max
d=d+n×2h=40+28×2×2,5=180 (мм) - максимальный диаметр корпуса 1 (фиг.1) с полностью намотанной изоляцией;
min
cd
max
доп
R=(A×m×l×d)/(k×F) - минимальная длина рычага 3, расстояние от рукоятки 4 до оси 2 корпуса, мм, где
k=1 - количество рукояток 4 рычагов 3, участвующих в работе одновременно;
m=0,7 - зона пластической деформации адгезионного слоя 10 (фиг.4);
доп
F=7 кг - допустимое усилие для работы;
min
R=(0,04×0,7×70×180)/(1×7)=352,8/ 7=50,4 (мм).
Устройство для очистки наружной поверхности концевых участков труб от изоляции было изготовлено в цехе антикоррозионной защиты труб на Бугульминском механическом заводе, структурном подразделении ОАО «Татнефть» им. В.Д.Шашина, для очистки концевых участков труб диаметром 114-426 мм от изоляции. На основании проведенных опытных работ выбраны оптимальные параметры устройства: наружный диаметр описанной окружности корпуса 1 (фиг.1) - 40 мм, длина рычага 3 - R - 200 мм. Использование данного устройства в производстве сокращает время очистки наружной поверхности концевых участков труб от изоляции в 4-5 раза и численность задействованного в процессе очистки персонала. Устройство не имеет изнашиваемых и требующих замены элементов, поэтому затраты на обслуживание полностью исключены.
Предлагаемое устройство просто в изготовлении и не требует больших материальных затрат, так как не имеет сложных конструктивных элементов и может быть изготовлено в любых механических мастерских. Устройство не потребляет электроэнергию. В устройстве отсутствуют быстро изнашиваемые детали, требующие регулярной замены. Устройство имеет широкие функциональные возможности, как использования его в цеховых, так и полевых условиях.