Приспособление для вырезки отверстий

Полезная модель относится к оборудованию, предназначенному для выполнения ремонтных работ на металлических изделиях, и используется для выполнения эллиптических или круглых отверстий посредством термической резки в полых цилиндрических или плоских поверхностях, а также для изготовления эллиптических или круглых заплаток, вырезаемых из полых цилиндрических или плоских поверхностей.
При выполнении ремонтных (огневых) работ на магистральных газопроводах важной задачей является предотвращение образования в полости газопровода взрывоопасной газовоздушной смеси в результате попадания в зону ремонтных работ транспортируемого природного газа. Для решения этой задачи после стравливания природного газа из ремонтируемого участка газопровода до давления, близкого к атмосферному, возникает необходимость герметичного отсечения полости ремонтируемого участка газопровода от прилегающего основного газопровода.
При проведении ремонтных (огневых) работ на нефтепроводах, требуется освобождение ремонтного участка от нефти или нефтепродукта с последующей вырезкой дефектного участка трубопровода. Для безопасного проведения сварочно-монтажных работ, возникает необходимость герметичного отсечения полости ремонтируемого участка нефтепровода от паров нефти или нефтепродукта из прилегающего основного нефтепровода.
Существует отработанная технология безопасного проведения огневых работ на магистральных газопроводах (СТО Газпром 14-2005 «Типовая инструкция по безопасному проведению огневых работ на газовых объектах ОАО «Газпром», ООО «ИРЦ Газпром», М.: 2005), предполагающая использование временных герметизирующих устройств (ВГУ) - резиновых шаров или других устройств, применяемых для временной локализации участка проведения огневых работ. Также, существует отработанная технология безопасного проведения огневых работ на магистральных нефтепроводах (ОТТ-23.040.00-КТН-191-12 «Магистральный трубопроводный транспорт нефти и нефтепродуктов. Устройства для перекрытия трубопроводов и патрубков. Общие технические требования»).
Здесь и далее по тексту под термином «временное герметизирующее устройство» (ВГУ) понимается устройство, представляющее собой замкнутую камеру из эластичного воздухонепроницаемого материала, заполняемую воздухом или инертным газом (например, азотом) через гибкий патрубок, которая предназначена для герметичного перекрытия полости трубы с целью предотвращения проникновения природного газа (газового конденсата, газовых смесей) или паров нефти и нефтепродуктов в зону проведения огневых и газоопасных работ. После завершения огневых и газоопасных работ ВГУ извлекают из трубы.
Технология применения ВГУ на трубопроводе подразумевает его ввод в полость трубы и извлечение из полости трубы через технологическое отверстие, специально вырезаемое для этой цели в верхней образующей продольной части стенки трубы.
Синонимами термина «технологическое отверстие», употребляемыми специалистами по проведению ремонтных (огневых) работ на нефтегазопроводах, являются термины «монтажное окно», «операционное окно», «технологическое окно». Здесь и далее по тексту преимущественно будет использоваться термин «технологическое отверстие».
Размеры и форма технологического отверстия ограничены требованиями нормативной документации, исходя из условий прочности. Технологическое отверстие имеет форму овала (эллипса), ориентированного вдоль продольной оси трубы и должно располагаться в верхней четверти периметра трубы с отклонением от зенита ± 10°. Максимальные размеры технологического отверстия составляют 350×250 мм для труб DN 700 и более. Для труб меньшего диаметра продольный размер составляет не более половины диаметра трубы. Поперечный размер - не менее чем на 50 мм меньше продольного. Вырезка технологических отверстий должна выполняться с применением приспособлений типа эллипсограф, «овал», «круг» конструкции которых позволяют вырезать технологические отверстия с заданным углом скоса кромок и размерами с последующей механической зачисткой кромок под сварку, при этом: - угол скоса кромок отверстия должен быть от 25 до 30°, притупление от 0,5 до 2,0 мм при герметизации технологического отверстия вваркой заплаты. Таким образом, от приспособлений типа эллипсографа требуется повышенная надежность при работе (особенно в полевых условиях) для обеспечения требуемого угла скоса кромок и размеров притупления кромки.
Также, отверстия в полых цилиндрических поверхностях, например, трубах могут вырезаться для ремонта этих труб посредством вырезки дефектного участка трубы и вварки заплаты (в соответствии с рекомендациями, приведенными в п. 10 инструкции «Временная инструкция по технологиям ремонта сваркой дефектов труб и сварных соединений газопроводов» утвержденной ПАО «Газпром», 2005 г.).
Помимо ремонта трубопроводов (т.е. резки полых цилиндрических поверхностей) осуществляется вырезка отверстий в листовом металле (т.е. резка плоских поверхностей), в частности при изготовлении и ремонте аппаратов химической и нефтехимической промышленности.
Известны различные приспособления для вырезки отверстий в полых цилиндрических или плоских поверхностях (например, патенты № RU 2141393 C1, опубл. 20.11.1999; № GB 2242850 B, опубл. 27.04.1994; № US 4411410 A, опубл. 25.10.1983; № US 4455015 A, опубл. 19.06.1984).
Недостатком вышеперечисленных приспособлений является сложность их закрепления на полых цилиндрических или плоских поверхностях, либо рядом с этими поверхностями; также недостатком является сложность конструкции из-за наличия большого числа мелких точно сопрягаемых деталей, что приводит к низкой надежности и малой ремонтопригодности, особенно в полевых условиях.
Известны приспособления для вырезки отверстий в полых цилиндрических или плоских поверхностях (заявка на патент № US 20080308190 A1, опубл. 18.12.2008; патенты № RU 199205 U1, опубл. 21.08.2020; № RU 141149U1, опубл. 27.05.2014, № US 6022506 A, опубл. 08.02.2000).
Недостатком вышеперечисленных приспособлений является отсутствие элементов для их закрепления на полых цилиндрических или плоских поверхностях, либо рядом с этими поверхностями; вышеперечисленные приспособления держатся в заданном месте за счет упора в поверхность заточенного на конус конца керна, при этом может произойти смещение приспособления с его местоположения; также недостатком является сложность конструкции из-за наличия большого числа мелких точно сопрягаемых деталей, что приводит к низкой надежности и малой ремонтопригодности, особенно в полевых условиях.
Известно приспособление для вырезки отверстий (патент RU 193076 U1, опубл. 11.10.2019), выбранное в качестве прототипа и состоящее из корпуса и газового резака. Корпус содержит устройство крепления в виде блока постоянных магнитов и исполнительный механизм в виде двух ползунов, соединенных с кронштейном и шайбой посредством шарниров. Газовый резак закреплен на установленной в исполнительном механизме штанге, оснащенной упором.
Недостатком приспособления является то, что при вырезке отверстий оно испытывает температурное расширение - его узлы неравномерно удлиняются из-за перепада температур, возникающего при перемещении газового резака при вырезке отверстия и высокотемпературном воздействии на эти узлы приспособления. Отдельные части приспособления, выполненные с возможностью вращения/перемещения, характеризуются отсутствием люфта и плотным прилеганием к пазам/проточкам/выемкам/шлицам и пр. элементам, имеющим ответную форму элементам крепления частей, выполненных с возможностью вращения/перемещения. Из-за температурного расширения может произойти уменьшение зазоров между отдельными частями (например, шарнирными соединениями, ползунами) приспособления, выполненными с возможностью вращения/перемещения, и заклинивание этих частей приспособления. Также, заклинивание ползуна в направляющих пазах возможно вследствие коррозии или загрязнения (при высокотемпературной газовой резке металлических конструкций возникает поток разлетающихся от резака во все стороны капель и частиц горящего металла, при вырезке отверстий этот поток направлен в сторону приспособления. Если этот поток направлен на приспособление, то это приводит к попаданию в направляющие пазы, характеризующиеся большой шириной). При этом из-за увеличившегося сухого трения или заклинивания резко замедляется скорость движения ползуна и, соответственно, происходит перерасход горючей смеси. Помимо перерасхода горючей смеси приспособление может отказать в работе из-за чрезмерного заклинивания и нельзя будет перемещать резак для вырезки отверстия, в связи с чем необходимо ждать до тех пор, пока приспособление не остынет до достаточно низкой температуры, для значительного уменьшения или исключения температурного расширения. Также, постоянные магниты, размещенные в блоке крепления к телу трубы, выполнены без теплоизоляции или системы охлаждения постоянных магнитов, что приводит к сильному нагреву магнитов и сильно ухудшает их характеристики и вызывает появление трещин и разрушение. Также, приспособление характеризуется сложностью конструкции из-за наличия большого числа мелких точно сопрягаемых деталей, что приводит к низкой надежности и малой ремонтопригодности, особенно в полевых условиях.
Также, при вырезке отверстий газопламенной (газовой) резкой на газопроводах, нефтепроводах или нефтепродуктопроводах происходит воспламенение природного газа (газовых смесей или паров нефти и нефтепродуктов) и пламя загорающегося газа гасят с применением различных средств (войлочная кошма, асбестовое полотно или огнетушитель), а линию реза (т.е. образовавшуюся прорезь) при продвижении резака замазывают огнеупорным материалом (например, мятой мокрой бентонитовой глиной). Прототипом невозможно обеспечить быстрый монтаж резака на его первоначальное местоположение после его демонтажа (демонтаж резака производится для гашения пламени и замазывания огнеупорным материалом линии реза). При смещении приспособления относительно первоначального местоположения на теле трубы оно не сможет обеспечить изготовление заданных эллиптических или круглых отверстий; необходимо останавливать процесс резки, и тщательно вымерять и устанавливать повторно приспособление на трубу. По мере увеличения длины реза, увеличивается объем газа, проходящего через образовавшуюся прорезь, и загорающегося от пламени резака.
Таким образом, без демонтажа резака (так как он соединен с приспособлением, то демонтировать нужно все приспособление) и гашения пламени вырезку отверстия в трубе произвести невозможно, по причине увеличения прорези и усиления пламени по мере продвижения резака, в связи с чем из-за повышенных температур и открытого пламени возможно возгорание работника (резчика) либо получение им термических ожогов. Также, за счет температурного расширения металла трубы на заключительных этапах процесса вырезки отверстия за счет деформации области трубы, на которой установлено приспособление, и изменения размеров этой области трубы происходит отслоение с линии реза затвердевшего огнеупорного материала и возгорание газа на большой длине реза. Таким образом, на заключительных этапах процесса вырезки отверстия требуется частый демонтаж и монтаж приспособления для вырезки отверстий, что значительно увеличивает сроки выполнения ремонта трубопровода. Так как для осуществления ремонта трубопровода необходимо останавливать эксплуатацию ремонтируемого трубопровода, а остановка эксплуатации крупного или магистрального трубопровода связана со значительными временными и финансовыми затратами, то увеличение сроков выполнения ремонта трубопровода является недостатком использования прототипа.
При больших размерах кронштейна, предназначенного для размещения штанги с закрепленным резаком, кронштейн действует как рычаг, что может привести к преодолению магнитной силы и неконтролируемому смещению блока крепления к телу трубы в процессе вырезки отверстия при продвижении резака, что недопустимо.
Технической проблемой уровня техники является низкая надежность известных приспособлений для вырезки отверстий. Известные приспособления характеризуются сложностью из-за наличия большого числа мелких точно сопрягаемых деталей, что приводит к низкой надежности и малой ремонтопригодности.
Технический результат заключается в повышении надежности приспособления для вырезки отверстий.
Технический результат достигается тем, что приспособление для вырезки отверстий содержит корпус с теплоизоляцией, в основании которого расположен магнитный узел, при этом на поверхности корпуса выполнен направляющий паз, в котором установлен своим концом центроуказатель вырезаемого отверстия, выполненный с возможностью перемещения вышеупомянутым концом по направляющему пазу, вращения вокруг своей оси, изменения угла наклона и извлечения из направляющего паза, и соединенный с держателем резака, выполненным с возможностью крепления резака и оснащенным упором, а другой конец центроуказателя вырезаемого отверстия выполнен в виде рукоятки.
Рекомендуется разместить теплоизоляцию на внутренней стороне корпуса, или на внешней стороне корпуса или на внутренней и внешней сторонах корпуса.
Целесообразно для теплоизоляции в качестве теплоизоляционного материала использовать асбест или стекловату, или базальтовую вату, или стекловолокно огнеупорное керамическое, или высокоглиноземистое, муллитокремнеземистое, каолиновое, кремнеземистое волокно, или алюмосиликатное волокно, модифицированное окислами хрома, циркония и т.п. либо их комбинации.
Рекомендуется, чтобы в магнитном узле содержалось не менее одного магнита.
Целесообразно, чтобы магнитный узел содержал элементы крепления магнита в магнитном узле;
Рекомендуется зазор между магнитом и боковыми стенками корпуса заполнить теплоизоляцией.
Рекомендуется выполнить направляющий паз прямоугольной или прямоугольной со скругленными углами формы.
Целесообразно, чтобы направляющий паз имел в разрезе трапецеидальную или треугольную форму, форму квадрата или прямоугольника.
Целесообразно центроуказатель вырезаемого отверстия выполнить в виде стержня или штока, или цилиндра, или трубчатого элемента.
Рекомендуется конец центроуказателя вырезаемого отверстия, установленный в направляющем пазу, выполнить в виде конуса или усеченного конуса, или пирамиды, или усеченной пирамиды, или остроконечного тела вращения, или многогранника, имеющего на конце иглу или кромку.
Центроуказатель вырезаемого отверстия, выполненный с возможностью перемещения своим концом по направляющему пазу, при перемещении по направляющему пазу очищает его от посторонних частиц, что предотвращает заклинивание центроуказателя при вырезке отверстий, и таким образом, повышается надежность заявленного приспособления. Также, центроуказатель, выполненный с возможностью изменения угла наклона, обеспечивает вырезку отверстий в цилиндрических полых поверхностях посредством изменения угла наклона от вертикали в поперечном направлении относительно продольной оси направляющего паза при удалении от верхней образующей изделия, например, трубы; высокие контактные напряжения (как в шарнире у прототипа) отсутствуют за счет уменьшения взаимодействующих поверхностей, что обеспечивает медленный износ центроуказателя и поверхностей направляющего паза, и таким образом, повышает надежность заявленного приспособления.
Центроуказатель, выполненный с возможностью извлечения из направляющего паза, обеспечивает при необходимости (например, для гашения пламени и замазывания огнеупорным материалом линии реза при вырезке отверстия в трубе) быстрый демонтаж резака, размещенного в держателе резака, который, в свою очередь соединен с центроуказателем, при этом исключается необходимость демонтажа корпуса с обрабатываемого изделия (в прототипе - необходимо демонтировать все приспособление с изделия); соответственно, корпус с направляющим пазом заявленного приспособления располагается в процессе вырезки отверстия в первоначальном местоположении, без смещений, что позволяет не только обеспечить изготовление отверстий заданной формы, но и устранить вероятность разрушения магнита (магнитов), размещенного в магнитном узле, в результате размещения корпуса на изделии и возникающего при этом ударного соприкосновения магнита и изделия, при этом, чем реже демонтируется и монтируется заявленное приспособление с/на изделие, тем меньше вероятность разрушения магнита, обусловленного хрупкостью материала магнита, а также размагничивания при ударе. Таким образом, центроуказатель, выполненный с возможностью извлечения из направляющего паза, обеспечивает повышение надежности заявленного приспособления.
Теплоизоляция, размещенная на внутренней или внешней сторонах корпуса, либо одновременно на внутренней и внешней сторонах корпуса, либо частично размещенная на корпусе (например, его основании) обеспечивает тепловой барьер для исключения передачи тепла в магнитный узел, исключая вероятность нагрева магнита (магнитов). Таким образом, магнит (магниты) не нагревается, вследствие чего обеспечивается сохранение характеристик это магнита (магнитов) и сохраняется целостность (не возникают трещины и разрушения). Следовательно, сохранение целостности и магнитных характеристик магнита, размещенного в магнитном узле, в процессе вырезки отверстий заявленным приспособлением позволяет за счет отсутствия снижения сил магнитного сцепления с металлической поверхностью, обеспечивать фиксацию заявленного приспособления от вертикальных и горизонтальных перемещений при вибрационных и сдвиговых нагрузках, что повышает надежность заявленного приспособления.
Заявленное приспособление поясняется на неограничивающих сущность полезной модели фигурах, где
на фиг. 1 показано изометрическое изображение центроуказателя в разобранном состоянии (один конец центроуказателя выполнен в виде рукоятки, которая имеет вид штурвала, а другой конец выполнен в виде тела вращения, имеющего на конце иглу;
на фиг. 2 представлено изометрическое изображение снизу корпуса заявленного приспособления, в основании которого расположен магнитный узел, включающий два магнита, запрессованных в стаканы и дополнительно удерживаемых болтами;
на фиг. 3 представлено изометрическое изображение снизу корпуса заявленного приспособления - результат заполнения теплоизоляцией зазора между боковыми стенками корпуса и стаканами с магнитами с фиг. 2;
на фиг. 4 показано изометрическое изображение центроуказателя с фиг. 1 в сборе, установленного своим концом в направляющем пазу корпуса;
на фиг. 5 представлено изометрическое изображение заявленного приспособления в сборе, установленного на трубе;
на фиг. 6 показан увеличенный вид А с фиг. 5.
Приспособление для вырезки отверстий содержит корпус 1 (фиг. 2, 3, 4, 6) с теплоизоляцией 2 (фиг. 3). Корпус 1 может быть выполнен любой формы сечения, например, овальной или круглой, или треугольной, или квадратной, или прямоугольной, или ромбовидной формы. Корпус 1 может быть выполнен цельным (неразделенным на части) или составным (состоящим из двух или более частей, соединяемых между собой). Корпус 1 должен быть выполнен из любого материала с температурой плавления не менее 500°С. При выполнении корпуса 1 из металла предпочтительно выполнение из стали или титана. Корпус 1 может быть сформирован по любой подходящей технологии (машинная обработка, фрезерование, точение, литье, штампование, прокат и пр. или любые комбинации таких технологий).
На поверхности верхней части корпуса 1 выполнен направляющий паз 3 (фиг. 4) прямоугольной или прямоугольной со скругленными углами формы. Направляющий паз 3 может быть несквозным или сквозным. Предпочтителен направляющий паз 3, представляющий собой несквозной паз. При скосе продольных кромок направляющего паза 3 направляющий паз 3 имеет трапецеидальную или треугольную форму в разрезе. Без скоса кромок направляющий паз 3 может иметь в разрезе форму квадрата или прямоугольника, или треугольника. Дополнительно (но не обязательно), на поверхности корпуса 1 могут быть выполнены дополнительные пазы (на фиг. не показаны), например, прямоугольной или круглой формы; дополнительные пазы могут располагаться относительно направляющего паза 3 и друг друга в любом порядке (например, в произвольном порядке) на поверхности корпуса 1.
В направляющем пазу 3 установлен своим концом 4 (фиг. 1, 4) центроуказатель вырезаемого отверстия 5 (фиг. 1, 4, 6), выполненный с возможностью перемещения концом 4 по направляющему пазу 3. Также, центроуказатель 5 выполнен с возможностью вращения вокруг своей продольной оси, изменения угла наклона и извлечения из направляющего паза 3. Угол наклона (отклонения) центроуказателя 5 от вертикали в поперечном направлении относительно продольной оси направляющего паза 3 (без скоса продольных кромок направляющего паза 3) - не более 45°, и при увеличении угла скоса продольных кромок направляющего паза 3, соответственно, увеличивается угол наклона центроуказателя 5 от вертикали в поперечном направлении относительно продольной оси направляющего паза 3. В продольном направлении относительно продольной оси направляющего паза 3 угол наклона центроуказателя 5 от вертикали ограничен глубиной направляющего паза 3, а также расположением конца 4 центроуказателя 5.
Центроуказатель 5 может быть выполнен в виде стержня, штока, цилиндра, трубчатого элемента и т.п. и иметь любую форму поперечного сечения, например, прямоугольную, квадратную, форму полукруга, треугольную, трапецеидальную, круглую, эллиптическую, многоугольную и т.п. Также центроуказатель 5 может быть выполнен изогнутой формы, например, П-образной формы с отогнутыми концами, причем один из отогнутых концов является концом 4, установленным в направляющем пазу 3. Центроуказатель 5 может быть выполнен телескопическим, то есть с возможностью удлинения или сборно-разборным или цельным (неразделенным на части); предпочтительно выполнение центроуказателя 5 цельным. Центроуказатель 5 должен быть выполнен из любого материала с температурой плавления не менее 500°С. Центроуказатель 5 и корпус 1 могут быть изготовлены из одного и того же материала или из разных материалов, причем изготовление центроуказателя 5 из такого же материала, что и корпус 1, является технологически более предпочтительным, однако изготовление центроуказателя 5 и корпуса 1 из разных материалов не выходит за рамки настоящего технического решения.
Конец 4 центроуказателя 5 может быть выполнен в виде конуса или усеченного конуса, или пирамиды, или усеченной пирамиды, или остроконечного тела вращения, или многогранника, имеющего на конце иглу или кромку. Центроуказатель 5 может быть выполнен цельным (сплошным) или полым, при этом конец 4 центроуказателя 5 может быть соединен с центроуказателем 5 посредством резьбового соединения или сварного соединения, или паяного соединения, или выполнен заодно с центроуказателем 5.
Другой конец 6 (фиг. 1, 4, 6) центроуказателя 5 выполнен в виде рукоятки, которая может быть выполнена в виде трубы или стержня, продольная ось которых перпендикулярна продольной оси центроуказателя 5, или в виде штурвала, или шарового сегмента, или сегментарной поверхности сферы, или утолщения, имеющего симметричную форму относительно продольной оси центроуказателя 5, или Г - образной формы, или Y - образной формы, или Ψ - образной формы, или U - образной формы, или V - образной формы, или M - образной формы, или Т - образной формы. Конец 6 центроуказателя 5 может быть соединен с центроуказателем 5 посредством резьбового соединения или сварного соединения, или паяного соединения, или выполнен заодно с центроуказателем 5; выполнение конца 6 съемным упрощает хранение и транспортировку заявленного приспособления.
В основании корпуса 1 расположен магнитный узел 7 (фиг. 2), содержащий не менее одного магнита 8 (фиг. 2, 3). Предпочтительно наличие двух и более магнитов 8. При больших размерах вырезаемого отверстия предпочтительно наличие трех и более магнитов 8. Количество магнитов 8 может быть пропорционально увеличено при увеличении размеров корпуса 1. Магнитный узел 7 создает удерживающую силу при установке заявленного приспособления на металлические изделия. Наличие магнитного узла 7 позволяет не применять при монтаже заявленного приспособления каких-либо крепежных элементов, что соответственно минимизирует трудовые затраты. Кроме того, при необходимости быстрого монтажа заявленного приспособления не требуется какое-либо дополнительное техническое оснащение, а для демонтажа заявленного приспособления с металлической поверхности требуется всего лишь приложение усилия на отрыв со стороны человека. Магнитный узел 7 может содержать электромагнит, ферромагнит, магнит из алнико, самариево-кобальтовый (SmCo) магнит, неодим-железо-борный (NdFeB) магнит или их комбинации. Магнит 8 может быть запрессован или вклеен в магнитный узел 7, либо закреплен в магнитном узле 7 посредством винтов, штифтов или болтов (следует также понимать, что с винтами, штифтами, болтами могут использоваться шайбы), вкручиваемых в резьбовые отверстия, выполненные в магнитном узле 7 и/или корпусе 1. Также, магнит 8 может быть закреплен посредством комбинации вышеперечисленных средств, например, запрессован в стакан (показан на фиг. 2, но позицией не обозначен), и дополнительно закреплен посредством винтов, штифтов или болтов. Предпочтительно закреплять магнит 8 в магнитном узле 7 посредством резьбового соединения, т.е. использования элементов крепления (винтов, штифтов, болтов и т.п.). Предпочтительно располагать магнит 8 по центру магнитного узла 7, с образованием зазора между магнитом 8 и боковыми стенками корпуса 1.
Центроуказатель 5 соединен с держателем резака 9 (фиг. 6), выполненным с возможностью крепления резака 10 (фиг. 6). Соединение держателя резака 9 с центроуказателем 5 может осуществляться различными путями, например: если конец 4 центроуказателя 5 соединяется с центроуказателем 5 посредством резьбового соединения или сварного соединения, или паяного соединения - т.е. не выполнен заодно с центроуказателем 5, то к той части конца 4 центроуказателя 5, которая присоединяется к центроуказателю 5, прикрепляется показанная и обозначенная позициями на фиг. 1 и 4 втулка 11 (например, посредством сварки или пайки, или такого механического крепления при котором она будет удерживаться на месте) для размещения держателя резака 9, при этом сама втулка 11 может быть соединена с центроуказателем 5, например, посредством резьбового соединения или сварного соединения, или паяного соединения; либо в центроуказателе 5 (вблизи его конца 4) выполнено отверстие для размещения держателя резака 9; либо на центроуказатель 5 (вблизи его конца 4) может быть установлен зажим для крепления держателя резака 9, состоящий из двух полукорпусов, установленных на центроуказателе 5 и объединенных резьбовым соединением, причем внутренняя поверхность полукорпусов зажимов может быть выполнена шероховатой для увеличения сцепления с центроуказателем 5.
Резаком 10 является, например, газовый или плазменный резак. Держатель резака 9 может быть выполнен в виде стержня, штанги, штока, цилиндра, трубчатого элемента и т.п. и иметь любую форму поперечного сечения, например, прямоугольную, квадратную, форму полукруга, треугольную, трапецеидальную, круглую, эллиптическую, многоугольную и т.п. Также, держатель резака 9 может быть выполнен изогнутой формы для наклонного расположения резака 10 к поверхности обрабатываемого изделия в сторону «к корпусу 1» для образования скошенной кромки с целью последующей заварки отверстия (на фиг. не показано) с использованием заплаты (на фиг. не показана), идентичной по контуру вырезанному отверстию; также, держатель резака 9 может быть выполнен изогнутой формы для наклонного расположения резака 10 к поверхности обрабатываемого изделия в сторону «от корпуса 1». Для размещения и крепления (т.е. надежной фиксации) резака 10 в держателе резака 9 предусмотрено наличие втулки либо кольца, либо элемента квадратной или треугольной формы в поперечном сечении, а также регулируемых фиксаторов головки 12 (фиг. 6) резака 10. В качестве регулируемых фиксаторов могут использоваться винты, штифты и т.п., выполненные с возможностью их выдвижения и убирания. Держатель резака 9 должен иметь длину, позволяющую производить вырезку отверстий, не цепляя резаком 10 корпус 1 (размеры корпуса 1 тоже подбираются таким образом, чтобы при вырезке отверстий за корпус 1 не цеплялся резак 10). При использовании заявленного приспособления при ремонте трубопроводов, например, для вырезки технологических отверстий необходимо, чтобы длина держателя резака 9 подбиралась такой, чтобы обеспечивалась вырезка технологических отверстий максимально разрешенного размера - 350х300 мм. Держатель резака 9 может иметь нанесенную на его поверхность миллиметровую и/или сантиметровую шкалу, предназначенную для точного выставления размеров вырезаемого отверстия. Держатель резака 9 оснащен упором 13 (фиг. 6).
Упором 13 может быть шар или стержень, или шарнирный ролик. Упор 13 может быть выполнен с возможностью регулирования выдвижения и убирания, что обеспечит контроль расстояния между поверхностью обрабатываемого изделия и головкой 12 резака 10.
Теплоизоляция 2 может быть размещена как на внутренней стороне корпуса 1, так и на внешней, либо одновременно на внутренней и внешней сторонах корпуса 1. Также, корпус 1 может быть частично покрыт теплоизоляцией 2, например, только его основание. Если магнит 8 расположен в магнитном узле 7 с образованием зазора между магнитом 8 и боковыми стенками корпуса 1, то теплоизоляцией 2 заполняется этот зазор. Для теплоизоляции 2 в качестве теплоизоляционного материала может использоваться, например, асбест, стекловата, базальтовая вата, стекловолокно огнеупорное керамическое, высокоглиноземистое, муллитокремнеземистое, каолиновое, кремнеземистое волокно, алюмосиликатное волокно, модифицированное окислами хрома, циркония и т.п. либо их комбинации.
Приспособление для вырезки отверстий работает следующим образом.
Заявленным приспособлением можно осуществлять вырезку как эллиптических, так и круглых отверстий в плоских или полых цилиндрических поверхностях, а также эллиптических и круглых заплат для отверстий в плоских или полых цилиндрических поверхностях.
Рассмотрим вырезку круглого отверстия со скошенной кромкой (используемый держатель резака 9 выполнен изогнутой формы для наклонного расположения резака 10 к поверхности обрабатываемого изделия в сторону «к корпусу 1») в полой цилиндрической трубе 14 (фиг. 5, 6).
На поверхность цилиндрической трубы 14, в стенке которой необходимо выполнить отверстие, прикрепляется заявленное приспособление таким образом, чтобы область, приблизительно соответствующая середине направляющего паза 3, являлась центром вырезаемого круглого отверстия. В результате размещения корпуса 1 на поверхности цилиндрической трубы 14 возникают силы магнитного притяжения, которые обеспечивают устойчивость заявленного приспособления в заданном положении при динамических нагрузках, например, при случайном касательном воздействии на корпус 1 работниками, или при ветре. В держателе резака 9 устанавливается головка 12 резака 10 и фиксируется от смещений и выпадения из держателя резака 9. Держатель резака 9 закрепляется на центроуказателе 5 (ближе к концу 4). Посредством изменения вылета держателя резака 9 относительно центроуказателя 5 резак 10 устанавливается на необходимое расстояние от центра вырезаемого отверстия (т.к. будет осуществляться вырезка круглого отверстия, то расстояние от головки 12 резака 10 до продольной оси центроуказателя 5 является радиусом). Наличие миллиметровой или сантиметровой шкалы на держателе резака 9 позволяет точно контролировать изменение вылета держателя резака 9 относительно центроуказателя 5 и, соответственно, радиуса вырезаемого отверстия. Если упор 13 выполнен с возможностью регулирования выдвижения и задвижения, то посредством выдвижения/задвижения упора 13 настраивается необходимое расстояние от головки 12 резака 9 до поверхности обрабатываемой трубы 14 (до верхней образующей трубы 14 - в начальном положении до начала вырезки отверстия; также, можно начинать вырезку отверстия и не от верхней образующей трубы 14). После завершения установки корпуса 1 заявленного приспособления на цилиндрической трубе 14 и установления размера вырезаемого отверстия, конец 4 центроуказателя 5 размещается приблизительно по центру направляющего паза 3 (можно размещать и не по центру, но при вырезке отверстий малого диаметра при установке конца 4 центроуказателя 5, например, в крайние положения направляющего паза 3 при вращении центроуказателя 5 вокруг своей продольной оси резак 10 может зацепиться за корпус 1). Перед зажиганием пламени резака 10 центроуказатель 5 поворачивают вокруг своей продольной оси таким образом, чтобы головка 12 резака 10, размещенная в держателе резака 9, была направлена в начале процесса вырезки отверстия на верхнюю образующую трубы 14.
Работник держит резак 10 за рукоятку и надавливает на нее таким образом, чтобы упор 13 касался поверхности трубы 14, а конец 4 центроуказателя 5 касался дна направляющего паза 3, и прожигает резаком 10 начальное отверстие. Работник далее осуществляет принудительное вращение резака 10 вокруг продольной оси центроуказателя 5. При перемещении резака 10 по окружности, он прожигает трубу 14, создавая линию реза. Если начальное отверстие было выполнено в верхней образующей трубы 14, то при вращении резака 10 его головка 12 будет удаляться от поверхности трубы 14 (если не менять угол наклона центроуказателя 5 от вертикали в поперечном направлении относительно продольной оси направляющего паза 3), и для сохранения расстояния между головкой 12 резака 10 и поверхностью трубы 14 необходимо обеспечивать прижатие упора 13 к поверхности трубы 14, а также прижатие конца 4 центроуказателя 5 к дну направляющего паза 3, при этом у центроуказателя 5 будет меняться угол наклона от вертикали в поперечном направлении относительно продольной оси направляющего паза 3. Для того, чтобы обеспечить отсутствие продольно-поступательных смещений конца 4 центроуказателя 5 по направляющему пазу 3 работник может рукой прижимать конец 6 центроуказателя 5, выполненный в виде рукоятки, ко дну направляющего паза 3. После завершения вырезки отверстия вырезанный сектор трубы 14 опускается на кромки вырезанного отверстия в трубе 14. Работник отключает пламя резака 10 и снимает заявленное приспособление с вырезанного сектора трубы 14 и этот сектор трубы 14 может быть использован в качестве заплаты (в случае, если вырезанный сектор трубы 14 не имеет дефекты). Также, заявленное приспособление может не сниматься с вырезанного сектора трубы 14, в нем может быть заменен держатель резака 9 на другой тип, обеспечивающий угол наклона резака 10 к поверхности обрабатываемого изделия в сторону «от корпуса 1», а вырезанный сектор должен быть закреплен для обработки кромки этого сектора под сварку.
Рассмотрим вырезку эллиптического отверстия со скошенной кромкой (используемый держатель резака 9 выполнен изогнутой формы для наклонного расположения резака 10 к поверхности обрабатываемого изделия в сторону «к корпусу 1») в полой цилиндрической трубе 14. На поверхность цилиндрической трубы 14, в стенке которой необходимо выполнить эллиптическое отверстие, прикрепляется заявленное приспособление таким образом, чтобы область, приблизительно соответствующая середине направляющего паза 3, являлась центром вырезаемого эллиптического отверстия. Также, при вырезке эллиптических отверстий заявленное приспособление необходимо размещать таким образом, чтобы продольная ось направляющего паза 3 совпадала с большой осью эллиптического отверстия.
Подготовка заявленного приспособления для вырезки эллиптического отверстия почти аналогична вышеописанной подготовке заявленного приспособления для вырезки круглого отверстия. При использовании только направляющего паза 3 можно вырезать неправильный эллипс. Правильный эллипс можно вырезать, используя дополнительные пазы на поверхности корпуса 1.
В держателе резака 9 устанавливается головка 12 резака 10 и фиксируется от смещений и выпадения из держателя резака 9. Держатель резака 9 закрепляется на центроуказателе 5 (ближе к концу 4). Посредством изменения вылета держателя резака 9 относительно центроуказателя 5 резак 10 устанавливается на необходимое расстояние от центра вырезаемого отверстия (т.к. будет осуществляться вырезка эллиптического отверстия, то расстояние от головки 12 резака 10 до продольной оси центроуказателя 5 является длиной малой полуоси эллипса; также, расстояние до центроуказателя 5 с прибавленной к нему половиной длины направляющего паза 3 является длиной большой полуоси эллипса). Наличие миллиметровой или сантиметровой шкалы на держателе резака 9 позволяет точно контролировать изменение вылета держателя резака 9 относительно центроуказателя 5. Если упор 13 выполнен с возможностью регулирования выдвижения и задвижения, то посредством выдвижения/задвижения упора 13 настраивается необходимое расстояние от головки 12 резака 10 до поверхности обрабатываемой трубы 14 (при вырезке эллиптического отверстия оптимальнее начинать вырезку отверстия не с верхней образующей трубы 14, а ниже, расположив держатель резака 9 перпендикулярно относительно продольной оси направляющего паза 3, а конец 4 центроуказателя 5 разместить в одном из двух крайних положений направляющего паза 3; в таком положении увеличивается угол наклона центроуказателя 5 от вертикали в поперечном направлении относительно продольной оси направляющего паза 3) в начальном положении до начала вырезки отверстия. После завершения установки корпуса 1 заявленного приспособления на цилиндрической трубе 14 и установления размеров вырезаемого отверстия, конец 4 центроуказателя 5 размещается в одном из двух крайних положений направляющего паза 3, а держатель резака 9 размещается перпендикулярно относительно продольной оси направляющего паза 3. Работник держит резак 10 за рукоятку и надавливает на нее таким образом, чтобы упор 13 касался поверхности трубы 14, а конец 4 центроуказателя 5 касался дна направляющего паза 3, и прожигает резаком 10 начальное отверстие. Работник далее осуществляет принудительное поворачивание резака 10 вокруг продольной оси центроуказателя 5 на 180°, поворачивание осуществляют в такую сторону, чтобы полученная полуокружность была направлена в обратную сторону от корпуса 1. При перемещении резака 10 по окружности, он прожигает трубу 14, создавая линию реза. Затем конец 4 центроуказателя 5 размещается другом крайнем положении направляющего паза 3, а держатель резака 9 размещается перпендикулярно относительно продольной оси направляющего паза 3. Работник держит резак 10 за рукоятку и надавливает на нее таким образом, чтобы упор 13 касался поверхности трубы 14, а конец 4 центроуказателя 5 касался дна направляющего паза 3, и прожигает резаком 10 начальное отверстие. Работник далее осуществляет принудительное поворачивание резака 10 вокруг продольной оси центроуказателя 5 на 180°, поворачивание осуществляют в такую сторону, чтобы полученная полуокружность была направлена в обратную сторону от корпуса 1. При перемещении резака 10 по окружности, он прожигает трубу 14, создавая линию реза. При поворачивании резака 10 вокруг продольной оси центроуказателя 5 на 180° (как описано выше - в каждом крайнем положении направляющего паза 3) у центроуказателя 5 будет меняться угол наклона от вертикали в поперечном направлении относительно продольной оси направляющего паза 3. Для того, чтобы обеспечить отсутствие продольно-поступательных смещений конца 4 центроуказателя 5 по направляющему пазу 3 работник может рукой прижимать конец 6 центроуказателя 5, выполненный в виде рукоятки, ко дну направляющего паза 3.
Для завершения создания эллиптического отверстия необходимо соединить концы полуокружностей, для этого конец 4 центроуказателя 5 размещается в одном из двух крайних положений направляющего паза 3, а держатель резака 9 размещается перпендикулярно относительно продольной оси направляющего паза 3. Затем необходимо переместить резак 10, прожигая при этом трубу 14, в другое крайнее положение направляющего паза 3, сохраняя перпендикулярность относительно продольной оси направляющего паза 3, что обеспечит соединение одной пары концов полуокружностей. Далее конец 4 центроуказателя 5 размещается в одном из двух крайних положений направляющего паза 3, а держатель резака 9 размещается и перемещается перпендикулярно относительно продольной оси направляющего паза 3 таким образом, чтобы, прожигая трубу 14, соединить вторую пару концов полуокружностей.
При перемещении держателя резака 9 перпендикулярно относительно продольной оси направляющего паза 3 у центроуказателя 5 не будет меняться угол наклона от вертикали в поперечном направлении относительно продольной оси направляющего паза 3.
После завершения вырезки отверстия вырезанный сектор трубы 14 опускается на кромки вырезанного отверстия в трубе 14. Работник отключает пламя резака и снимает заявленное приспособление с вырезанного сектора трубы 14 и этот сектор трубы 14 может быть использован в качестве заплаты (в случае, если вырезанный сектор трубы 14 не имеет дефекты). Также, заявленное приспособление может не сниматься с вырезанного сектора трубы 14, в нем может быть заменен держатель резака 9 на другой тип, обеспечивающий угол наклона резака 10 к поверхности обрабатываемого изделия в сторону «от корпуса 1», а вырезанный сектор должен быть закреплен для обработки кромки этого сектора под сварку.
Примеры практической реализации.
Пример №1. Из стали изготовили корпус 1 овальной (эллиптической) формы сечения с размерами большой и малой осей - 140 мм и 75 мм, соответственно. Корпус 1 был выполнен цельным (неразделенным на части). На поверхности верхней части корпуса 1 был выполнен несквозной направляющий паз 3 прямоугольной формы длиной 50 мм. Направляющий паз 3 имел в разрезе треугольную форму. Также, из стали были изготовлены центроуказатель 5 с двумя концами 4 и 6 и держатель резака 9. Центроуказатель 5 был выполнен в виде стержня круглой формы поперечного сечения. Конец 4 центроуказателя 5 был выполнен в виде иглы, прикрепленной посредством сварки к втулке 11, которая в свою очередь посредством резьбового соединения соединялась с центроуказателем 5, а другой конец 6 центроуказателя 5 был выполнен в виде штурвала, выполненного заодно с центроуказателем 5. Длина центроуказателя 5 от одного конца 4 до другого конца 6 составляла 180 мм. Магнитный узел 7 включал в себя 2 постоянных ферритовых кольцевых магнита 8. Магниты 8 были запрессованы в стаканы в магнитном узле 7 и дополнительно закреплены посредством болтов. Зазор между магнитами 8 и боковыми стенками корпуса 1 был заполнен теплоизоляцией 2, в качестве теплоизоляционного материала использовался асбест. Держатель резака 9 был соединен с центроуказателем 5 посредством размещения во втулке 11. Длина держателя резака 9 составляла 350 мм, при этом он имел круглую форму поперечного сечения, а также выполнен изогнутой формы для наклонного расположения резака 10 к поверхности обрабатываемого изделия в сторону «к корпусу 1». В качестве упора 13 использовался шар.
Заявленное приспособление использовали на газопроводе (на фиг. не показан, но можно сказать, что газопровод это - труба 14, показанная на фиг. 5, 6) диаметром 720 мм, на котором выполняли ремонтные работы по вырезке дефектного участка и вварке катушки. Участок трубопровода, подлежащий ремонту, очистили от грязи, земли, изоляционного покрытия до металлического блеска в двух местах (для последующей вырезки технологического отверстия и установки ВГУ). Установили заявленное приспособление на трубу 14. В стенке трубы 14 была проведена вырезка эллиптического технологического отверстия размером 170*220 мм газовым резаком. Конец 4 центроуказателя 5, извлекался из направляющего паза 3 в процессе вырезки отверстия для гашения пламени и замазывания огнеупорным материалом линии реза, при этом корпус 1 не демонтировался с трубы 14. В процессе вырезки части заявленного приспособления не заклинивали. После вырезки отверстия корпус 1 демонтировали с вырезанного сектора трубы 14 и провели визуальный осмотр магнитного узла 7: трещины и разрушения магнитов 8 отсутствовали. При отрыве корпуса 1 от вырезанного сектора трубы 14 снижение сил магнитного сцепления корпуса 1 с металлической поверхностью не наблюдалось.
Пример №2. Приспособление из примера практической реализации №1 использовали на газопроводе (на фиг. не показан, но можно сказать, что газопровод это - труба 14, показанная на фиг. 5, 6) диаметром 1020 мм и толщиной стенки 11 мм, на котором выполняли ремонтные работы по вырезке дефектного участка и вварке катушки. Участок трубопровода, подлежащий ремонту, очистили от грязи, земли, изоляционного покрытия до металлического блеска в двух местах (для последующей вырезки технологического отверстия и установки ВГУ). Установили заявленное приспособление на трубу 14. В стенке трубы 14 была проведена вырезка эллиптического технологического отверстия размером 200×250 мм газовым резаком. Конец 4 центроуказателя 5, извлекался из направляющего паза 3 в процессе вырезки отверстия для гашения пламени и замазывания огнеупорным материалом линии реза, при этом корпус 1 не демонтировался с трубы 14. В процессе вырезки части заявленного приспособления не заклинивали. После вырезки отверстия корпус 1 демонтировали с вырезанного сектора трубы 14 и провели визуальный осмотр магнитного узла 7: трещины и разрушения магнитов 8 отсутствовали. При отрыве корпуса 1 от вырезанного сектора трубы 14 снижение сил магнитного сцепления корпуса 1 с металлической поверхностью не наблюдалось.
Пример №3. Из стали изготовили корпус 1 прямоугольной формы сечения длиной и шириной - 200 мм и 130 мм, соответственно. Корпус 1 был выполнен цельным (неразделенным на части). На поверхности верхней части корпуса 1 был выполнен несквозной направляющий паз 3 прямоугольной формы длиной 80 мм. Направляющий паз 3 имел в разрезе трапецеидальную форму. Также, из стали были изготовлены центроуказатель 5 с двумя концами 4 и 6 и держатель резака 9. Центроуказатель 5 был выполнен в виде стержня квадратной формы поперечного сечения. Конец 4 центроуказателя 5 был выполнен в виде усеченного конуса, прикрепленного посредством сварки к втулке 11, которая в свою очередь посредством сварки соединялась с центроуказателем 5, а другой конец 6 центроуказателя 5 имел Y - образную форму и соединялся с центроуказателем 5 посредством резьбового соединения. Длина центроуказателя 5 от одного конца 4 до другого конца 6 составляла 230 мм. Магнитный узел 7 включал в себя 6 постоянных ферритовых кольцевых магнитов 8. Магниты 8 были запрессованы в стаканы в магнитном узле 7 и дополнительно закреплены посредством болтов. Зазор между магнитами 8 и боковыми стенками корпуса 1 был заполнен теплоизоляцией 2, в качестве теплоизоляционного материала использовалась базальтовая вата. Держатель резака 9 был соединен с центроуказателем 5 посредством размещения во втулке 11. Длина держателя резака 9 составляла 300 мм, при этом он имел круглую форму поперечного сечения, а также выполнен изогнутой формы для наклонного расположения резака 10 к поверхности обрабатываемого изделия в сторону «к корпусу 1». В качестве упора 13 использовался стержень.
Заявленное приспособление использовали для вырезки отверстия в листовом металле. Заявленное приспособление установили на лист металла, в котором далее была проведена вырезка круглого отверстия диаметром 350 мм плазменным резаком. Конец 4 центроуказателя 5 не извлекался из направляющего паза 3 в процессе вырезки отверстия, корпус 1 не демонтировался с листа металла. В процессе вырезки части заявленного приспособления не заклинивали. После вырезки отверстия корпус 1 демонтировали с вырезанного сектора и провели визуальный осмотр магнитного узла 7: трещины и разрушения магнитов 8 отсутствовали. При отрыве корпуса 1 от вырезанного сектора снижение сил магнитного сцепления корпуса 1 с металлической поверхностью не наблюдалось.
Таким образом достигается заявленный технический результат - повышается надежность приспособления для вырезки отверстий.