УСТРОЙСТВО НЕПРЕРЫВНОЙ ИНДУКЦИОННОЙ ГИБКИ ТРУБ

Полезная модель относится к области электротермических устройств, а именно, к индукционному оборудованию для непрерывной гибки труб с различными целями, например, для изготовления различных трубопроводных систем газо- и нефтепроводов, тепловых электростанций, в судостроении и других.
Непрерывная гибка труб с использованием индукционного нагрева традиционно применяется для гибки труб различных диаметров, для получения крутых изгибов (гибов) трубы и изгибов, расположенных близко друг к другу. При реализации этого способа, как правило, возникают две основных проблемы, решение которых определяет качество изогнутой трубы - это гофрообразование на внутренней стороне изгиба и разнотолщинность стенок трубы (разностенность) по сечению в области изгиба.
Известно устройство для непрерывной индукционной гибки труб (JP 2000263144 A, B21D 7/024, oп. 26.09.2000), которое обеспечивает снижение разностенности и гофрообразования при гибке. В этом устройстве цель достигается за счет изменения пластичности металла на наружной и внутренней поверхностях трубы. Пластичность внешней («затылочной») поверхности трубы регулируют за счет теплоотвода от зоны нагрева. Теплоотвод от зоны нагрева и требуемая температура нагретой зоны на затылочной стороне трубы относительно фронта гиба обеспечивается принудительным охлаждением при помощи охлаждающего устройства-спрейера, расположенного рядом с нагревательным индуктором на подвижной тележке. Устройство обеспечивает согласованное перемещение индуктора и спрейера. Спрейер смещается так, что внешняя сторона трубы после изгиба охлаждается до заданного уровня.
Это решение имеет ряд существенных недостатков, а именно:
1. Изменение температуры на затылочной части трубы зависит не только от изменения интенсивности охлаждения зоны нагрева, но и от толщины стенки трубы и скорости ее перемещения. В ряде случаев, например, при больших толщинах стенок трубы (более 30 мм) и скоростях гиба (более 1,5 мм/сек) не удастся достичь необходимого теплоотвода и, соответственно, необходимого изменения пластичности металла, т.к. спрейерное охлаждение (подстуживание) оказывает воздействие на интенсивность разогрева только поверхностных слоев металла, а не всей толщины стенки трубы.
2. Перенос зоны охлаждения непосредственно в зону разогрева трубы и увеличение теплоотвода из этой области неизбежно вызывает необходимость увеличения суммарной мощности, подводимой к индуктору, и снижению общего КПД процесса.
3. Размещение спрейера на подвижной площадке в условиях ограниченного пространства в зоне расположения гибочных механизмов снижает надежность работы оборудования и усложняет эксплуатацию.
Известно другое решение (JP 2000094043A, B21D 7/024, H05B 6/10, oп. 04.04.2000, прототип), также обеспечивающее снижение разностенности и гофрообразования при гибке за счет увеличения температуры стенки трубы на внутренней стороне изгиба и уменьшения температуры на затылочной стороне. Цель достигается за счет применения индуктора, в котором часть витков смещена относительно продольной оси трубы, в результате чего изменяется воздушный зазор между трубой и индуктором. В зоне с уменьшенным зазором плотность тока индуцированного в трубе увеличивается и, наоборот, в зоне с увеличенным зазором - плотность тока уменьшается. Изменение плотности тока в этих зонах приведет к соответствующему изменению температуры нагрева.
Существенным недостатком этого решения является невозможность активно влиять на характер распределения температуры по периметру кольцевой зоны нагрева трубы. Распределение температуры по кольцевой зоне нагрева жестко определятся величиной зазора: максимальным нагревом трубы в зоне минимального зазора и минимальным нагревом в зоне максимального зазора. Кроме того, уменьшать зазор между индуктором и трубой менее 4-5 мм опасно - при меньших зазорах возникает большая вероятность электрического пробоя либо повреждения индуктора из-за овализации трубы. Это обстоятельство снижает надежность работы оборудования.
Задача, решаемая предлагаемой полезной моделью, - создание устройства непрерывной индукционной гибки труб, обеспечивающего снижение гофрообразования на внутренней стороне изгиба и разнотолщинность стенок трубы (разностенность) по сечению в области изгиба.
Достигаемый технический эффект - возможность получения для разных заданных, конкретных размеров трубы и нужной формы гиба необходимой пластичности металла на наружной и внутренней поверхностях трубы в зоне гиба за счет простого изменения конфигурации устройства.
Эффект достигается благодаря тому, что в известном устройстве непрерывной индукционной гибки труб, включающем кольцевой индуктор, расположенный в плоскости, перпендикулярной продольной оси трубы,
в отличие от известного устройство дополнительно содержит П-образный пакетный магнитопровод, надетый на часть витка индуктора, обращенного к внутренней стороне гиба, и расположенный, относительно горизонтальной плоскости изгиба трубы в пределах угла размещения ±75 град.
Предлагаемая полезная модель является новой, так как в настоящее время не известны решения, характеризуемые приведенной совокупностью признаков.
Отличиями заявляемого устройства являются наличие дополнительного элемента и взаимное расположение частей устройства.
Технический эффект достигается за счет конструктивных отличий, что видно из рассмотрения сущности предлагаемого решения.
Сущность предлагаемого решения заключается в том, что предлагаемое устройство позволяет для конкретных параметров трубы, за счет выбора количества П-образных пакетов магнитопровода и шага их расположения (который может быть неравномерным), получить распределение температур на наружной и внутренней сторонах трубы в зоне гиба необходимое для достижения нужной пластичности металла на наружной и внутренней поверхностях трубы в зоне гиба.
Наличие магнитопровода с внутренней стороны гиба повышает концентрацию нагрева стенки трубы в этой зоне (подшеечной части), что приводит к увеличению температуры на внутренней стороне по сравнению с внешней (затылочной) стороной гиба. То есть, достигается распределение температур и, следовательно, пластичности металла на наружной и внутренней сторонах трубы, которое приводит к снижению гофрообразования на внутренней стороне изгиба и разнотолщинности стенок трубы (разностенности) по сечению в области изгиба. Таким образом, за счет простого удаления или установки дополнительных пакетов магнитопровода можно регулировать (выбирать) условия нагрева.
Промышленная применимость и использование предлагаемой полезной модели очевидны, так как она просто реализуется в промышленных условиях из доступных, известных составляющих и по известным технологиям. Предлагаемое устройство иллюстрируется фиг 1, где
1 - изгибаемая труба,
2 - продольная ось трубы,
3 - водоохлаждаемый кольцевой индуктор,
4 - плоскость, перпендикулярная продольной оси трубы,
5 - горизонтальная плоскость гиба трубы,
6 - П-образный магнитопровод,
7 - угол размещения магнитопровода
На стороне одновиткового индуктора 3, обращенной к внутренней стороне гиба (подшеечной части) трубы 1, размещен П-образный магнитопровод 6, состоящий из отдельных пакетов. Пакеты магнитопровода 6 из шихтованной стали, феррита или других магнитомягких диэлектриков, плотно прилегают к поверхности водоохлаждаемого витка индуктора 1, что обеспечивает охлаждение магнитопровода. Телесный угол 7, образованной дугой магнитопровода и радиусами, соединяющими его концы с центром трубы, лежит в пределах 150 градусов и симметричен относительно горизонтальной плоскости гиба 5 (±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 диаметра, толщины стенок, материала трубы, радиуса гиба, обеспечить минимальные гофрообразование и разнотолщинность стенок трубы.
Таким образом, за счет простого удаления или добавления пакетов магнитопровода (изменения конфигурации устройства) достигается заявляемый эффект. Выбор может осуществляться как известным расчетным путем, так и экспериментально.
Предлагаемое устройство работает как обычное устройство непрерывной индукционной гибки труб. 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.
Примером конкретного выполнения предлагаемого устройства является изготовленный по заказу ООО «ПеллаМаш» узел индукционного нагрева труб диаметром от 89 до 325 мм перед их гибкой на трубогибочном станке типа ТГС-325. Узел соответствует приведенной на фиг.1 схеме. Для гибки трубы диаметром 325 мм использовался индуктор диаметром 340 мм, число пакетов магнитопровода равное 11 было определено расчетным путем, а затем проверено экспериментально. Использование этого узла нагрева позволило достичь такого распределения температуры по периметру кольцевой зоны нагрева и, соответственно, таких пластических свойств металла, при которых утонение стенки трубы на внешней стороне гиба было уменьшено на 60%, а гофрообразование было полностью исключено.