УСТАНОВКА ДЛЯ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ТРУБ

Полезная модель установки для электрохимической обработки труб относится к области машиностроительной техники, а именно к устройствам для обработки труб электрохимическим способом.
Известны установки для электрохимической обработки труб с целью улучшения качества внутренней поверхности, состоящие из источника постоянного тока, насосного узла подачи электролита, механизма продольного перемещения трубы, узла подвода к трубе анодного тока, неподвижного катода с трубчатой катодной штангой, по которой электролит подается в зону обработки и ванны для сбора электролита, вытекающего из обоих концов трубы (Н.В.Богоявленская «Электрохимическая обработка труб», стр.109-113.)
Недостатком известных установок является вредность и опасность процесса обработки вследствие выливания электролита из трубы и выхода с ним выделяющихся при обработке газов на всей длине ванны, длина которой более чем в два раза превышает длину трубы. Это связано с тем, что в этих установках катод с трубчатой штангой установлен неподвижно, а труба перемещается на всю длину. Существенным недостатком при этом является наличие вентиляционных отсосов по бокам ванны, увеличивающих габариты установки и затрудняющих ее обслуживание. Не смотря на наличие вентиляционных отсосов по бокам ванны в такой установке, вероятность утечек газов и паров остается высокой. Такие установки могут эксплуатироваться только в специальных цехах с мощной системой вентиляции.
Известно также устройство для электрохимической обработки труб большой длины (более 10-12 м), в которой труба при обработке устанавливается неподвижно, с одного конца в нее вводится катод с токоподводящим кабелем и перемещается в ней посредством специального устройства, состоящего из лебедки и траков с толкателями. При этом труба другим концом герметично подсоединяется к узлу подачи электролита, который выливается из трубы со стороны ввода катода. К трубе ток подводится подвижным скользящим по наружной поверхности контактом-щеткой, перемещающимся параллельно электроду снаружи трубы. Благодаря этим особенностям установка имеет меньшую длину и не имеет ванны с боковыми отсосами. Удаление выделяющихся газов и паров обеспечивается вытяжной вентиляцией, установленной со стороны концов труб. Это делает технологический процесс более чистым и безопасным. (Я.Н.Липкин, В.М.Штанько «Химическая и электрохимическая обработка стальных труб», стр.225-226)
Недостатком известной установки является ее низкая производительность при осуществлении электрохимических процессов с высокой плотностью тока обработки, например, процесса анодно-гидравлической обработки, при котором требуется плотность тока от 20 до 80 ампер на квадратный сантиметр, а также подача электролита с скоростью до 40 м/с при давлении 15-20 атмосфер. Использовать установку такой конструкции с достаточной производительностью практически невозможно из-за неизбежного перегрева токоподводящего кабеля, площадь сечения которого существенно ограничена вводом в трубу толкателей. Высокое давление электролита создает сопротивление движение катоду, что делает неработоспособным устройство перемещения катода в виде лебедки и траков с толкателями. Существенным недостатком является возможность искрения в скользящем контакте и появления прижогов на поверхности трубы.
Недостатком установки является также то, что после обработки внутренняя поверхность трубы остается загрязненной электролитом и требуется дополнительное оборудование для ее промывки и последующей сушки, при этом имеются потери электролита.
Последняя установка является наиболее близкой к заявляемой полезной модели по своей технической сущности и выполняемой функции.
Задачей создания полезной модели является разработка установки электрохимической обработки труб, обеспечивающей возможность осуществления процесса с высокой величиной плотности тока и производительностью, удаление выделяющихся газов и паров напрямую в вентиляционную систему, промывку и сушку внутренней полости трубы и сокращение потерь электролита.
Поставленная задача решается тем, что в установке для электрохимической обработки труб, содержащей станину с ложементами для установки туб, подвижный электрод с приводом для перемещения в трубе и контактное устройство подвода тока к наружной поверхности трубы, подсоединенные к источнику тока, бак для электролита, систему циркуляции электролита с узлами подачи его в трубу и слива из трубы, подвижный электрод соединен с приводом перемещения и источником тока штангой, проходящей через узел подачи электролита в трубу и размещенной в ванне с водой для охлаждения, узел слива электролита из трубы соединен с баком для электролита герметично и снабжен приводом перемещения, контактное устройство подвода тока к наружной поверхности трубы выполнено в виде нескольких легкосъемных равномерно расставленных по станине контактных узлов с приводами сжатия контактов, бак для электролита снабжен обратным клапаном и подсоединен к вытяжной вентиляции.
Установка для электрохимической обработки труб снабжена системой циркуляции воды для промывки после обработки и дополнительными параллельно установленными на станине узлами герметичного подсоединения к концам трубы для подачи воды в трубу и слива из нее, а ложементы имеют дополнительные гнезда для установки трубы.
Установка для электрохимической обработки труб снабжена двумя устройствами для удаления жидкости с внутренней поверхности трубы, каждое из которых состоит из узлов герметичного подсоединения к концам трубы, системы подачи сжатого воздуха в один узел, а также размещенной в этом узле насадки, закрепленной на введенном в узел конце тяги, другой конец которой снабжен приводом перемещения, при этом ложементы имеют дополнительно по два гнезда для установки трубы.
Установка для электрохимической обработки труб имеет систему продувки воздухом полости трубы после обработки и после промывки.
Установка для электрохимической обработки труб имеет механизм для установки трубы на позицию электрохимической обработки и переустановки ее на последующие.
Технический результат заключается в том, что соединение подвижного электрода с приводом перемещения и источником тока штангой, проходящей через узел подачи электролита в трубу и размещенной в ванне с водой для охлаждения, позволяет существенно увеличить величину тока, подводимого к электроду, обеспечить надежное движение электрода и достаточную скорость протекания электролита. Приобретение этих свойств является результатом отсутствия в полости трубы толкателей и подача электролита в трубу со стороны ввода в нее подвижного электрода, что уменьшает сопротивление прокачке электролита, позволяет увеличить площадь поперечного сечения токоподводящей штанги, при этом давление электролита создает усилие на электрод направленное в сторону его движения. Размещение штанги в ванне с водой исключает перегрев ее части, не введенной в трубу. Использование для подвода тока к наружной поверхности трубы нескольких легкосъемных равномерно расставленных по станине контактных узлов с приводами сжатия контактов позволяет также значительно увеличить величину рабочего тока, поскольку исключает искрение и образование прижогов.
Соединение узла слива электролита из трубы с баком для электролита герметично, оснащение бака обратным клапаном и подсоединение его к вытяжной вентиляции позволяют выделяющиеся при обработке газы и пары полностью отводить в бак и удалять подсоединенной к нему вытяжной вентиляцией, предварительно разбавив их воздухом поступающим через обратный клапан до взрывобезопасной концентрации, что делает установку безопасной, чистой и удобной в обслуживании.
Оснащение установки приводом для перемещения узла отвода электролита в бак позволяет обрабатывать на установке трубы с допуском по длине до 500 мм.
Оснащение установки для электрохимической обработки труб системой циркуляции воды для промывки после обработки и узлами герметичного подсоединения к концам трубы для подачи воды в трубу и слива из нее, позволяет производить промывку труб от остатков электролита непосредственно на установке, повышает производительность труда и уменьшает занимаемые производственные площади.
Оснащение установки для электрохимической обработки труб двумя устройствами для удаления жидкости с внутренней поверхности трубы, каждое из которых состоит из узлов герметичного подсоединения к концам трубы, системы подачи сжатого воздуха в один узел, а также размещенной в этом узле насадки, закрепленной на введенном в узел конце тяги, другой конец которой снабжен приводом перемещения, позволяет одним устройством удалять с внутренней поверхности трубы остающийся после обработки электролит, а вторым удалять с внутренней поверхности трубы остающуюся после промывки воду. Это обеспечивает, за счет применения первого устройства, экономию электролита, уменьшает загрязнение промывающей воды и соответственно сокращает ее потребность, а, за счет второго, сход с установки труб с чистой и сухой внутренней поверхностью.
Наличие системы продувки воздухом полости трубы после обработки и после промывки обеспечивает удаление жидкостей из полости трубы перед разгерметизацией ее концов и исключает утечки электролита и воды из их систем циркуляции при переустановке трубы по позициям.
Наличие механизма для установки трубы на позицию электрохимической обработки и переустановки ее на последующие позволяет механизировать и автоматизировать процессы обработки, промывки и сушки и повысить производительность.
Предлагаемая полезная модель установки для электрохимической обработки труб раскрывается подробно нижеследующим описанием и иллюстрируется схематичными чертежами.
Фиг.1 - иллюстрирует общую схему установки согласно полезной модели при всей совокупности признаков.
Фиг.2 - иллюстрирует схематично устройство установки в разрезе по позиции электрохимической обработки.
Фиг.3 - иллюстрирует схематично устройство установки в разрезе по позиции удаления жидкости.
Показанный схематично на фиг.1 вариант исполнения установки для электрохимической обработки труб состоит из станины 1, на которой установлены ложементы 2 с гнездами 3 для размещения труб, узел 4 для герметичного подсоединения к концам трубы системы подачи электролита и узел 5 для его отвода через трубопровод 6. Система подачи электролита к узлу 4 состоит из бака 7, насоса 8 и трубопровода 9.
В узле 4 размещен подвижный электрод (катод) 10, навинченный на конец штанги 11, введенный в узел 4 через уплотнения 12 (фиг 2). Узел 4 имеет сменное кольцо 13 с уплотнительной манжетой 14. Другой конец штанги закреплен в токоподводящем зажиме 15, соединенным гибким кабелем 16 с «минусом» источника тока 17. Штанга выполнена из медного стержня и покрыта тонким слоем термостойкого изоляционного материала.
Токоподводящий зажим 15 (фиг.1) установлен на приводе перемещения, выполненном в виде каретки 18, соединенной с зубчатым ремнем 19, натянутом на шкивах 20 и 21, при этом шкив 20 имеет электромеханический привод 22. Штанга 11 и токоподводящий зажим 15 размещены в ванне 23.
Между узлами 4 и 5 на станине равномерно расставлены легкосъемные контакты 24 для подвода к трубе анодного тока, подсоединяемые к медной шине 25, соединенной с «плюсом» источника тока 17, и имеющие пневматические цилиндры 26.
Узел 5 устроен аналогично узлу 4 и также имеет сменное кольцо 11 с уплотнительной манжетой 12 (фиг.2). Узел 5 установлен с возможностью осевого перемещения и имеет электромеханический привод 27
Параллельно узлам 4 и 5 на станине установлены узлы герметичного подсоединения 28 и 29 устройства для удаления остатков электролита с внутренней поверхности трубы после обработки. Узел 28 подсоединен к системе сжатого воздуха посредством клапана 30.
Внутри узла 28 размещена насадка 31 (фиг.3), закрепленная на введенном в узел конце тяги 32, другой конец которой соединен с приводом перемещения, выполненном в виде зубчатого ремня 33, натянутого на шкивах 34 и 35, при этом шкив 34 имеет электромеханический привод 36.
Так же параллельно узлам 4 и 5 за узлами 28 и 29 установлены узлы герметичного подсоединения 37 и 38, подключенные к системе циркуляции воды, состоящей из бака 39, насоса 40 и трубопроводов 41 и 42.
За узлами 37 и 38 на станине установлены узлы герметичного подсоединения 43 и 44 устройства для удаления остатков воды с внутренней поверхности трубы после промывки. Узел 43 подсоединен к системе сжатого воздуха посредством клапана 45 с электромагнитным управлением. Внутри узла 43 размещена насадка аналогичная насадке 30, закрепленная на введенном в узел конце тяги 46, другой конец которой соединен с приводом перемещения, выполненному аналогично приводу тяги 31.
Узлы 4 и 37 дополнительно посредством клапанов 47 и 48 подсоединены к системе сжатого воздуха.
Узлы 4, 28, 37 и 43 Установлены совместно на станине с возможностью осевого смещения и имеют привод в виде пневматического цилиндра 49
Узлы 29, 39 и 44 установлены на станине с возможностью осевого перемещения и снабжены приводами в виде пневматических цилиндров 50, 51 и 52.
Над станиной установки имеется механизм для установки трубы на позицию электрохимической обработки и переустановки ее на последующие, состоящий из рамы 53 с гнездами 54, пневматического цилиндра 55 для подъема и пневматического цилиндра 56 для смещения рамы в горизонтальной плоскости перпендикулярно продольной оси установки.
Пневматические цилиндры 26 подсоединены к сети сжатого воздуха клапаном 57, цилиндр 49 - клапаном 58, цилиндры 50, 51 и 52 - клапаном 59, цилиндр 55 - клапаном 60, цилиндр 56 - клапаном 61,
Установка имеет стол 62 для размещения труб перед обработкой и стол 63 для накопления их после обработки.
Бак для электролита подсоединен к вытяжной вентиляции 64.
Узлы герметичного подсоединения 5, 29, 39 и 44 совместно с их приводами перемещения объединены в общий блок, выполненный с возможностью переустановки на станине. Контакты 24 с цилиндрами 26 выполнены легкосъемными.
Установка для электрохимической обработки труб согласно полезной модели работает следующим образом.
Трубы перед обработкой размещаются на столе 62 плоским пакетом. При запуске установки в автоматическом режиме включается клапан 60, при этом цилиндр 55 поднимает раму 53 и первую со стороны станины трубу, попадающую в ее крайние гнезда 54.
В верхнем положении рамы 53 включается клапан 61 и цилиндр 56 сдвигает ее и трубу на шаг подачи, затем клапан 60 отключается и цилиндр 54 опускает раму 53, а труба ложится в первые гнезда 3 на ложементах 2. На этой первой позиции производится электрохимическая обработка. Для этого блок узлов 4, 28, 37 и 43 смещается цилиндром 49 в сторону трубы, которая входит в узел 4, а узел 5 приводом 27 выдвигается вперед до входа в него другого конца трубы. Концы трубы уплотняются в узлах 4 и 5 манжетами 14, а при включении клапана 57 цилиндры 26 сжимают контакты 24.
Включается насос 8, подающий электролит из бака 7 в узел 4, из которого по трубе поступает в узел 5 и далее по трубопроводу 6 сливается в бак. Включается привод 22 на рабочий ход, при котором вращение шкива 20 реализуется в движение каретки 18 в сторону узла 4. Соединенная с кареткой штанга 11 продвигает электрод 10 в полость трубы. Электрод 10 значительно перекрывает просвет трубы и давление электролита в узле 4 возрастает, способствуя движению электрода. На электрод 10 подается напряжение от источника тока 17 и начинается процесс электрохимической обработки. Выделяющиеся газы вместе с электролитом по трубопроводу 6 поступают в бак 7, из которого удаляются вытяжной вентиляцией 64, при этом за счет разряжения, создающегося в баке при работе вентиляции, в бак через обратный клапан 65 поступает воздух в количестве необходимом для обеспечения взрывобезопасной концентрации. При отключении вентиляции обратный клапан 65 исключает выход паров и газов из бака в атмосферу цеха.
Ванна 23 заполняется проточной водой, которая обеспечивает охлаждение находящейся в ней части катодной штанги. По сравнению с прототипом, где вследствие наличия толкателей в полости трубы, площадь сечения кабеля составляет 20-30% от площади просвета трубы, площадь сечения токоподводящего штанги может составлять 60-70%, и следовательно величина тока обработки может быть повышена в 2,5-3 раза. С учетом охлаждения штанги в ванне проточной водой повышение тока можно осуществить в 3-4 раза.
Подвод анодного тока к наружной поверхности трубы посредством нескольких легкосъемных равномерно расставленных по станине контактных узлов с приводами сжатия контактов без скольжения исключает искрение и прижоги.
При проходе электродом 10 на всю длину трубы и выходе его в узел 5 отключается источник тока 17 и насос 8, привод 22 переключается на обратный ускоренный ход. Электрод 10 возвращается в исходное положение. После этого на 2-3 секунды включается клапан 47, подающий в узел 4 сжатый воздух, который продувает тубу и трубопроводы, вытесняя из них электролит.
Узлы 4 и 5 возвращаются в исходное положение. Производится перестановка трубы на вторую позицию путем описанных выше действий цилиндрами 55 и 56. При этом на первую позицию со стола 62 поступает вторая туба. Благодаря продувке трубы воздухом утечки электролита и выход газов при переустановке практически отсутствуют.
С началом нового цикла одновременно с подсоединением и обработкой второй трубы на первой позиции осуществляется процесс удаления остатков электролита из первой трубы на второй позиции. Для этого включается клапан 30 подачи сжатого воздуха в узел 28 и привод 36, вращение шкива 34 которого обеспечивает продвижение тяги 32 с насадкой 31 в полость трубы. Подаваемый в узел 28 сжатый воздух, обтекая насадку 31, поступает в трубу через узкий кольцевой зазор между трубой и головкой насадки с большой скоростью, сдувая со стенок трубы капли электролита. Воздух с остатками электролита из узла 29 по трубопроводу (на фиг.1 не показан) отводится в бак 7. По окончанию сдува насадка 31 возвращается в исходное положение.
По возвращению в исходное положение насадки 31 на второй позиции и окончанию продувки на первой, осуществляется отсоединение, а затем переустановка труб на новые позиции. При этом труба со второй позиции поступает на третью, труба с первой на вторую, а на первую поступает третья труба.
На третьей позиции концы трубы подсоединяются узлами герметичного подсоединения 37 и 38 к системе циркуляции воды, состоящей из бака 39, насоса 40 и трубопроводов 41 и 42. С началом нового цикла обработки на первой позиции включается насос 40 и через узел 37, трубу, узел 38, трубопроводы 41 и 42 осуществляется циркуляция воды. Не удаленные на позиции сдува остатки электролита и шлама вымываются водой и растворяются в ней. По окончанию цикла на 2-3 секунды включается клапан 47, подающий в узел 37 сжатый воздух, который вытесняет из трубы и трубопроводов воду.
По окончанию третьего цикла производится переустановка труб с первой позиции на вторую, со второй на третью, с третьей на четвертую, а на первую позицию подается четвертая труба.
На четвертой позиции с началом нового цикла одновременно с подсоединением и обработкой четвертой трубы на первой позиции осуществляется процесс удаления остатков воды из первой трубы. Для этого включается клапан 45 для подачи сжатого воздуха в узел 43 и привод тяги 46, на которой закреплена насадка одинаковая с насадкой в узле на второй позиции. В результате на четвертой позиции осуществляется сдув воды с внутренней поверхности трубы аналогично сдуву остатков электролита на второй позиции. По окончанию цикла обработки производится переустановка труб аналогично описанной выше. При этом первая труба поступает на стол 63.
Заменой колец 13 с манжетами 14 в узлах герметичного присоединения к концам труб установка перенастраивается на обработку труб с другим наружным диаметром. При изменении внутреннего диаметра трубы производится дополнительно замена катода, штанги с ее уплотнениями и насадок. При изменении длины трубы более чем на 500 мм производится переустановка блока узлов герметичного подсоединения 5, 29, 39 и 44 совместно с их приводами перемещения, снимаются лишние или устанавливаются дополнительные контакты 24.
Таким образом, установка для электрохимической обработки труб согласно полезной модели обеспечивает возможность осуществления обработки с высокой производительностью и экономичностью, без вредных выделений и безопасна в работе. Установка может работать в цехах с нормальными условиями производства и исключает необходимость в оборудовании для промывки и сушки труб после обработки.
Установка для электрохимической обработки труб согласно полезной модели была спроектирована, изготовлена и испытана ООО НТЦ «Трубметпром» для анодно-гидравлической обработки труб из коррозионностойких сталей. Результаты испытаний подтвердили высокие технические характеристики установки.