НАГРЕВАТЕЛЬ КОЛЬЦЕВЫХ СТЫКОВ ТРУБ

Область техники, к которой относится полезная модель
Полезная модель относится, преимущественно, к строительству и ремонту магистральных трубопроводов, и может быть использована для газопламенного подогрева торцов стальных труб по периметру стыка перед сваркой, а также для термообработки швов и местного нагрева труб для других целей.
Уровень техники
Известно устройство для нагрева поверхности трубопровода (см. патент на полезную модель RU 60173, F16L 53/00, опубл. 10.01.2007 г), содержащее разъемный цилиндрический корпус, охватывающий трубопровод по периметру и состоящий из двух, или более, шарнирно соединенных между собой секций с равномерно размещенными на них нагревательными элементами в виде направленных линейных излучателей.
К недостаткам известного устройства следует отнести использование для нагрева электричества, что неэкономично и не всегда приемлемо.
Известны устройства для газопламенного подогрева стыков труб (см. патент на полезную модель RU 40431, МПК: F16L 53/00, оп. 10.09.2004 г, или патент SU 1167402, МПК: F16L 58/02, опубл. 15.07.1985 г). Каждое из устройств содержит кольцевой коллектор с радиально размещенными на его наружной поверхности горелками, установленный на центрирующей ходовой опоре, которая вводится внутрь нагреваемой трубы. Такая конструкция нагревателя отличается сложностью и имеет ограниченные возможности использования.
Известна установка для подогрева труб (патент на изобретение SU 1714281, МПК: F16L 53/00, опубл. 23.02.1992 г.), содержащая цилиндрическую обечайку, образующую совместно с поверхностью трубы кольцевую огневую камеру (или камеру нагрева), и тангенциально размещенную в ней горелку. К недостаткам такого устройства следует отнести неравномерность нагрева трубы по периметру. В зоне расположения горелки нагрев поверхности происходит достаточно быстро, а для прогрева изделия по всему периметру требуется значительно больший промежуток времени. Это ведет к перерасходу топлива и вероятности перегрева поверхности в зоне расположения горелки.
Известна горелка, используемая для подогрева стыков труб перед их сваркой (см. патент на изобретение SU 1719788, МПК: F23D 14/58, опубл. 15.03.1992 г), содержащая кольцеобразный коллектор с патрубком для подачи газа и радиальными выходными соплами, направленными к центру кольца коллектора и снабженными мундштуками в виде раструба. Шаг размещения сопел способствует слиянию отдельных факелов по кольцу с образованием сплошного факела, что обеспечивает интенсивность процесса.
К недостаткам упомянутого устройства следует отнести отсутствие центрирующего механизма, что при работе горелки может привести к неравномерности нагрева поверхности по периметру и вероятности пережога, а также неудобство использования, что обусловлено выполнением горелки неразъемной.
В качестве наиболее близкого для заявляемого технического решения аналога, по наличию сходных конструктивных признаков, принято устройство для нагрева трубчатых изделий (см. патент на изобретение SU №1054432, МПК: C21D 9/50, опубл. 15.11.1983 г), содержащее охватывающие нагреваемую поверхность коллектор для подвода топлива с радиально направленными к этой поверхности горелками и каркас, выполненные разъемными и состоящими, по меньшей мере, из двух дугообразных элементов, полуколец, и средство фиксации нагревателя относительно нагреваемой поверхности. Благодаря выполнению коллектора и каркаса разъемными, устройство отличается удобством монтажа, транспортировки и хранения, устройство можно установить в любом месте трубопровода, не только в месте стыка труб, что значительно расширяет возможности использования устройства.
К недостаткам упомянутого устройства для нагрева следует отнести его недостаточно высокие эксплуатационные характеристики, обусловленные массивностью конструкции, вследствие выполнения каркаса коробчатой формы, наличием большого количества разъемов.
Раскрытие полезной модели
Задачей, решаемой заявляемой полезной моделью, является повышение эксплуатационных характеристик устройства, а именно: облегчение работы с устройством, сокращение времени на проведение монтажно-сборочных работ, повышение удобства его транспортировки и хранения, за счет облегчения конструкции, повышения ее компактности, уменьшения количества разъемных соединений.
Вышеуказанная задача решена за счет того, что в нагревателе кольцевых стыков труб, содержащем охватывающие нагреваемую поверхность коллектор для подвода топлива с радиально направленными к этой поверхности горелками и каркас, выполненные разъемными и состоящими, по меньшей мере, из двух дугообразных элементов, и средство фиксации нагревателя относительно нагреваемой поверхности, согласно заявляемой полезной модели, каждый элемент каркаса выполнен из трубчатого профиля, изогнутого по дуге с радиусом, большим радиуса дуги элемента коллектора, и жестко соединен с последним радиальными перемычками.
Выполнение элементов каркаса из трубчатого профиля позволяет значительно облегчить конструкцию устройства, уменьшить его вес и габариты, благодаря чему облегчить работу с устройством в процессе его установки и демонтажа.
При этом расположение элементов каркаса относительно элементов коллектора и наличие жестких связей в виде радиальных перемычек позволило обеспечить достаточную жесткость конструкции, необходимую для того, чтобы исключить неустойчивость, деформации и поломки в процессе эксплуатации нагревателя и обеспечить безопасность его работы.
В конструкции заявляемого нагревателя вдвое уменьшено количество разъемов, по сравнению с устройством-прототипом. Разъемы, иначе - элементы соединений, выполнены только на элементах коллектора, при этом элементы каркаса размещены, предпочтительно, в одной условной плоскости с элементами коллектора и жестко связаны с ними.
Таким образом, в совокупности отличительные конструктивные признаки заявляемого нагревателя позволяют значительно облегчить процесс монтажа/демонтажа устройства и повысить производительность упомянутых работ.
В конкретном примере реализации, приведенном ниже, нагреватель выполнен с двумя разъемами, состоящим из двух частей. Однако при необходимости нагрева стыков трубопроводов с очень большим диаметром возможно выполнение не двух, а более разъемов нагревателя, например, он может состоять из трех или четырех соединяемых между собой частей.
В конкретном случае реализации устройства, элементы коллектора выполнены в виде полуколец с заглушенными торцами и с патрубками для подвода топлива, расположенными вблизи соединяемых между собой концов полуколец коллектора и в одной условной плоскости с ними. При этом полукольца коллектора соединены между собой, с одной стороны посредством разъемного шарнира, детали которого размещены на упомянутых патрубках, а с другой - посредством болтового соединения.
Использование разъемного шарнира позволяет, предварительно установке на трубу, выполнить соединение частей нагревателя с одной стороны, а установку на нагреваемое изделие проводить путем раскрытия полуколец. Такое решение значительно упрощает монтаж нагревателя на трубе, особенно в случае отсутствия стыка.
По сути, все элементы конструкции нагревателя, включая патрубки подвода топлива, размещены в одной условной плоскости, что обеспечивает компактность устройства. Размещение деталей упомянутого разъемного шарнира на этих патрубках, позволяет повысить удобство монтажа.
Для облегчения стыкования элементов коллектора между собой и обеспечения жесткости конструкции, на заглушенном торце одного полукольца коллектора выполнен выступ, взаимодействующий с углублением ответной формы, выполненным на торце другого, соединяемого с ним полукольца коллектора.
Фиксация нагревателя относительно нагреваемой поверхности осуществляется посредством регулируемых опор, каждая из которых представляет собой механизм типа «винт-гайка», винт которого установлен в отверстии проушины, закрепленной на боковой поверхности коллектора, с упором в поверхность нагреваемого изделия на некотором расстоянии от места нагрева, с отступом от линии стыка труб.
Для повышения устойчивости устройства является предпочтительным размещение упомянутых опор по обе стороны относительно коллектора и нагревающей части устройства, что обеспечивают за счет соответствующего закрепления проушин, равномерно разнесенных по длине коллектора с чередованием в шахматном порядке по разным его боковым сторонам.
В устройстве предусмотрена возможность его использования не только в случаях соединения труб, но и в тех случаях, когда трубу необходимо состыковать с элементом другой формы, например заглушкой. Для расширения возможностей использования устройства, в каждой проушине, выполненной на боковой поверхности коллектора, дополнительно закрепляют пластину, имеющую ряд отверстий, разнесенных по ее длине и служащих для размещения винта регулируемой опоры на большем удалении от места стыка, чем при сварке труб, причем длина пластины обеспечивает возможность упора упомянутого винта в поверхность присоединяемой к участку трубы заглушки.
В частном случае выполнения устройства радиальные перемычки могут быть выполнены полыми и соединены с соответствующими элементом каркаса и коллектором с образованием сообщающихся каналов, при этом один конец трубчатого профиля каркаса должен быть заглушен, а другой - соединен с соответствующим патрубком подвода топлива. Такое решение позволит организовать дополнительный канал подвода топлива к горелкам, и за счет этого повысить интенсивность нагрева.
Конструкция горелки содержит форсунку-инжектор, размещенный в выходном радиальном патрубке(сопле) коллектора, и мундштук, включающий камеру смешения, на боковой поверхности которой выполнены отверстия для подсоса воздуха, и стабилизатор горения. Мундштук соединен с радиальным патрубком коллектора посредством резьбового соединения.
Выполнение горелок составными и их соединение с коллектором посредством разъемного соединения позволяет оперативно и с небольшими затратами осуществить ремонт, заменой только той горелки или ее составной части, которая стала непригодной. А также расширяет возможности использования устройства, благодаря возможности замены составных элементов горелки на другие с требуемыми параметрами.
Краткое описание чертежей
Конструкция заявляемого нагревателя и его работа поясняются чертежами, где на фиг.1 - изображено устройство, общий вид;
на фиг.2 - сечение А-А с фиг.1, показано возможное исполнение разъемного шарнира, соединяющего элементы коллектора;
на фиг.3 - фрагмент I с фиг.1, показано болтовое соединение элементов коллектора;
на фиг.4 - разрез В-В с фиг.3;
на фиг.5 - сечение С-С с фиг.1, показан пример исполнения регулируемой опоры в случае стыкования отрезков трубопровода;
на фиг.6 - сечение С-С с фиг.1, показан пример исполнения регулируемой опоры в случае стыкования трубы с заглушкой;
на фиг.7 - сечение D-D с фиг.1, показано исполнение инжекторной горелки.
Осуществление полезной модели
Нагреватель кольцевых стыков труб содержит (см. фиг.1) коллектор для подвода топлива, образованный соединяемыми между собой дугообразными элементами 1 и 2 в форме полуколец, радиально направленные к обрабатываемой поверхности 3 горелки 4, элементы каркаса 5 и 6, жестко связанные посредством радиальных перемычек 7 с соответствующими элементами коллектора 1, 2 и средство фиксации нагревателя относительно нагреваемой поверхности.
Элементы 5 и 6 каркаса представляют собой дугообразные элементы, выполненные из трубчатого профиля и изогнутые по дуге с радиусом, большим радиуса дуги элементов 1, 2 коллектора. Поперечное сечение трубчатого профиля, предпочтительно круглое, однако не исключено и овальное сечение.
Полукольца 1 и 2 коллектора заглушены по торцам и выполнены с патрубками подвода топлива 8 и 9, расположенными вблизи соединяемых между собой концов элементов коллектора.
Элементы 1 и 2 коллектора соединены с одной стороны посредством разъемного шарнира 10, размещенного на патрубках 8 и 9, а с другой - посредством болтового соединения 11 (фиг.2-4).
Средство фиксации нагревателя относительно нагреваемой поверхности выполнено в виде совокупности регулируемых опор, каждая из которых представляет собой механизм типа «винт-гайка», винт 12 которого установлен в резьбовом отверстии проушины 13, закрепленной на боковой поверхности коллектора, с возможностью упора в поверхность нагреваемого изделия (фиг.5-6).
Регулируемые опоры равномерно разнесены по длине коллектора и расположены по обе стороны от него с чередованием в шахматном порядке.
Горелки 4 закреплены на коллекторе посредством разъемного соединения. Конструкция горелки (фиг.7) включает форсунку-инжектор 14, размещенный в гнезде выходного радиального патрубка 15 коллектора 1, 2, и мундштук с камерой смешения 16, на боковой поверхности которой выполнены отверстия 17 для подсоса воздуха, и стабилизатором горения 18. Для присоединения к патрубку 15 коллектора на мундштуке 16 выполнена резьба.
Нагреватель используют следующим образом.
Части нагревателя и элементы питания транспортируют к месту сборки, например к месту стыковки участков трубопровода.
Соединяют верхнюю (расположенную выше оси О на фиг.1) часть нагревателя с нижней (расположенной на фиг.1 ниже оси О), для чего размещают ось шарнира 10 в совмещенных отверстиях соединительных элементов 19, 20 патрубков 8, 9 коллекторов. Для удобства хранения и повышения производительности сборки ось 10 шарнира присоединена к одному из упомянутых соединительных элементов посредством гибкой связи 21 (см. фиг.2).
Шарнирно соединенные полукольца нагревателя раскрывают и устанавливают нагреватель с обхватом нагреваемой поверхности 3 стыка, стыкуя при этом между собой элементы 1 и 2 коллектора. Для удобства стыковки на концах одного дугообразного элемента коллектора выполнены выступы 22 (фиг.3), которые размещают в отверстиях 23 ответной формы, выполненных на торцах второго дугообразного элемента коллектора.
Нагреватель устанавливают так, чтобы горелки 4 были направлены на место стыка.
Производят центрирование устройства посредством винтов 12, обеспечивая одинаковое расположение горелок относительно нагреваемой поверхности. После проверки фиксируют положение нагревателя, стягивая половинки коллектора между собой посредством болтового соединения.
На фиг.3 и 4 показан пример использования для соединения откидного болта 11, имеющего возможность относительного вращения относительно оси 24, смонтированной на конце элемента 2 коллектора. Болт 11 размещают в сквозном пазу 25 проушины 26, закрепленной на конце элемента 1 коллектора и закрепляют.
Патрубки 8 и 9 подвода топлива соединяют между собой посредством гибкого рукава 27 и подключают через вентиль 28 и обратный клапан к линии подачи газа 29.
После проверки исправности устройства и установки рабочего давления газа открывают вентиль 28 на малый расход и зажигают газовую смесь, начиная снизу. После прогрева горелок вентиль открывают полностью.
В процессе работы нагревателя стык концов труб подвергается действию кругового языка пламени, однородной интенсивности.
На фиг.5 показано использование нагревателя для нагрева стыка участков трубопровода. На чертеже хорошо видно, что коллектор с горелками располагается непосредственно над стыком 3, а винт 12 регулируемой опоры смещен в сторону на некоторое расстояние.
На фиг.6 показано использование нагревателя для нагрева стыка трубы 29 с заглушкой 30. В этом случае дополнительно используют пластину 31, имеющую целый ряд отверстий 32, что позволяет осуществить установку винта 12 на более удаленном от линии стыка расстоянии.
Устройство отличается мобильностью, возможностью оперативного ремонта и модернизации, благодаря тому, что выполнено из отдельных блоков, удобством использования и надежностью.
Устройство может быть использовано при монтаже трубопроводов в газовой, нефтяной, нефтехимической и химической промышленности, как в производственных условиях на открытом воздухе - на трассах строительства и ремонта трубопроводов, так и трубосварочных базах и стендах.