КОЛЕНО ТРУБОПРОВОДА ДЛЯ ТРАНСПОРТИРОВАНИЯ ПЫЛЕВИДНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Предлагаемая полезная модель относится к области машиностроения, а именно - к изготовлению соединительных частей трубопроводов с износостойким внутренним покрытием, преимущественно колен, и может быть использована в теплоэнергетике, горно-обогатительной, металлургической и др. областях промышленности, где требуется подача материалов с абразивными частицами.
При трубопроводном транспорте материалов с абразивными частицами происходит интенсивное абразивное воздействие на внутреннюю поверхность деталей трубопроводов, в том числе колен трубопроводов. Известно, что в каналах колен поток пылевоздушной смеси закручивается, а твердые частицы, прижимаясь к внутренней поверхности поворотного участка трубопровода к образующей с максимальным радиусом, быстрее изнашивают ее.
В настоящее время в связи с дефицитом металла, значительной трудоемкостью монтажных работ большое распространение получает использование деталей трубопроводов, внутренняя поверхность которых имеет защиту от воздействия абразивных частиц. Однако одним из важнейших факторов, который сдерживает широкое применение трубопроводов с внутренним покрытием от абразивного воздействия при строительстве коммуникаций, где основным видом соединения является сварка, - это отсутствие надежной и приемлемой по стоимости абразивной защиты внутренних поверхностей и сварных стыков между деталями трубопроводов.
Для предохранения внутренней поверхности деталей трубопровода от абразивного износа применяют различные защитные покрытия и износостойкие вставки.
Так известны технические решения по защите отводов (колен) пылепроводов, описанные в «Руководящих указаниях по проектированию узлов пылеприготовительных установок» Министерства энергетики и электрификации СССР, М.: Информэнерго, 1979, с.14-15.
Указанные технические решения включают наварку накладок толщиной 8-10 мм из низколегированной стали типа 16ГС и 14ХГС или заливку износостойкой массы из бетона в полукруглый защитный кожух из листовой стали толщиной 3-5 мм,
привариваемый с наружной стороны колена и перекрывающий его на 200-300 мм с обеих сторон.
Недостатком известных технических решений защиты колен пылепроводов, диаметром близким к DN400 и более, - является - увеличение веса пылепроводов и потеря гибкости отводов, что приводит к увеличению температурных нагрузок на оборудование (горелочные устройства котельных установок, несущие конструкции), а также невозможность их использования для защиты внутренних поверхностей и применения стандартного программного обеспечения для расчетов трубопроводов на прочность и жесткость.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемой полезной модели является колено трубопровода, содержащее входной патрубок и установленный под углом к нему выходной патрубок, соединенные между собой поворотным участком трубопровода, выполненным составным из промежуточных секторов (см., например, ОСТ 34 10.752-97. Колена секторные сварные. АООТ Севзапэнергомонтажпроект, 1997, с.71-74). Однако применение секторных сварных колен по такому типу приведет к быстрому изнашиванию внутренней поверхности при транспортировании абразивных материалов. Это объясняется тем, что при указанных конструктивных параметрах частицы, входящие в поворот около внутренней стенки, ударяются о противоположную стенку при углах атаки от 0 до 65°, образуя зону износа, в которой образуется раковина с последующим развитием до сквозного отверстия. Срок службы известного колена определяется развитием локального износа.
Задачей предлагаемого технического решения является создание колена трубопровода с повышенным сроком службы за счет нанесения на его внутреннюю поверхность защитной оболочки.
Задача, положенная в основу настоящей полезной модели, решается тем, что в колене трубопровода для транспортирования пылевидных материалов, содержащем входной патрубок и установленный под углом к нему выходной патрубок, соединенные между собой изогнутым патрубком, выполненным составным из промежуточных секторов, внутренняя полость колена снабжена защитной металлической оболочкой, нанесенной наплавкой на половину диаметра колена.
Кроме того, защитная оболочка выполнена из износостойкого к абразивному износу материала.
Кроме того, наплавку наносят ручной дуговой сваркой электродами типов Э-80Х4С ГОСТ 10051-75 либо Э-110Х14В13Ф2 ГОСТ 10051-75, либо Э-320Х25С2ГР ГОСТ 10051-75.
Кроме того, толщина защитной оболочки составляет 3-4 мм.
Предпочтительные варианты исполнения полезной модели описываются далее на основе представленных чертежей, где:
на фиг.1 представлена схема предлагаемого колена с углом поворота β=90°;
на фиг.2 - то же с углом поворота 0<β<15°;
на фиг.3 - то же с углом поворота 15<β<35°;
на фиг.4 - то же с углом поворота 35<β<50°;
на фиг.5 - то же с углом поворота 50<β<65°;
на фиг.6 - то же с углом поворота 65<β<80°;
на фиг.7 - то же с углом поворота 80<β<90°;
на фиг.8 изображен промежуточный сектор поворотного участка трубопровода;
на фиг.9 изображены концевые участки входного и выходного патрубков при длине их наружной образующей С<300 мм;
на фиг.10 - то же при длине наружной образующей С>300 мм;
на фиг.11 изображен вид по А на фиг.8-10;
на фиг.12 представлено построение развертки промежуточного сектора поворотного участка трубопровода при n=12;
на фиг.13 - то же концевых участков входного и выходного патрубков.
Колено трубопровода для транспортирования пылевидных материалов, содержит изогнутый патрубок 1, соединенный с входным 2 и выходным 3 прямолинейными патрубками. В полости колена с помощью ручной дуговой сварки расходуемым электродом типов Э-80Х4С ГОСТ 10051-75 (марки 13КН-ЛИВТ) либо Э-110Х14В13Ф2 ГОСТ 10051-75 (марки ВСН-6), Э-320Х25С2ГР ГОСТ 10051-75 (марки Т-620, Т-590) наплавкой нанесена защитная металлическая оболочка 4.
Возможно использование других типов электродов, применяемых для наплавки деталей, работающих в условиях абразивного износа с показателем твердости наплавляемого металла (без термической обработки) НКСэ не менее 51. Толщина наплавляемого слоя составляет 3-4 мм, что является незначительным утолщением стенки патрубков секторных колен, сопоставимым с толщинами гибов пылепроводов, выполняемых из труб, способом механической гибки.
Количество секторов изогнутого патрубка 1 трубопровода, в зависимости от угла β гиба секторных отводов, показано на фиг.1, фиг.2-7.
Построение развертки секторов изогнутого патрубка 1 производят по формулам [1], [2], [3] и представлено на фиг.12.
Размеры в мм:
- для сектора с углом 15<β<35° (см. фиг.3),
- для сектора с углом 15<β<35° (см. фиг.3),
- для сектора с углом 35<β<55° (см. фиг.4),
- для сектора с углом 35<β<55° (см. фиг.4),
-для сектора с углом 50<β<65° (см. фиг.5),
- для сектора с углом 50<β<65° (см. фиг.5),
- для сектора с углом 65<β<80° (см. фиг.6),
- для сектора с углом 65<β<80° (см. фиг.6),
- сектора с углом 80<β<90° (см. фиг.7 и фиг.1),
- для сектора с углом 80<β<90° (см. фиг.7 и фиг.1), где:
R - радиус колена;
нap
Dcp=D-S - средний диаметр патрубка (колена);
нар
D - наружный диаметр патрубка;
S - толщина стенки патрубка;
Е, Е1 - большая и меньшая образующая промежуточного сектора соответственно, см. фиг.8;
,
где:
, - для сектора с углом 0<β<15° (см. фиг.2);
- для сектора с углом 15<β<35° (см. фиг.3);
- для сектора с углом 35<β<55° (см. фиг.4);
- для сектора с углом 50<β<65° (см. Фиг.5);
- для сектора с углом 65<β<80° (см. фиг.6);
- для сектора с углом 80<β<90° (см. фиг.7 и фиг.1);
β - угол гиба секторных отводов;
Yi - отрезки, необходимые для построения развертки секторов (см. фиг.12, 13), где:
i - интервал от 0 до ;
n - количество равных частей, на которое разбивается окружность патрубка для построения развертки сектора колена, обычно принимаемое равным 12, 16, 24...
Знак «-» в формуле используется при угле 0<φ<90.
Знак «+» в формуле используется при угле 90<φ<180.
Параметр Lpaзв, показанный на фиг.12, 13 - длина развертки окружности патрубка и определяемый по формуле [6].
Построение развертки входного 2 и выходного 3 патрубков производится по формулам [4], [5], [3] и представлено на фиг.13.
Размеры в мм:
- для сектора входного патрубка 2 при угле гиба колена 0<β<15° (см. фиг.2);
- для сектора выходного патрубка 3 при угле гиба колена 0<β<15° (см. фиг.2);
- для сектора входного патрубка 2 при угле гиба колена 0<β<15° (см. фиг.2);
для сектора выходного патрубка 3 при угле гиба колена 0<β<15° (см. фиг.2);
- для сектора входного патрубка 2 при угле гиба колена 15<β<35° (см. фиг.3);
- для сектора выходного патрубка 3 при угле гиба колена 15<β<35° (см. фиг.3);
- для сектора входного патрубка 2 при угле гиба колена 15<β<35° (см. фиг.3);
- для сектора выходного патрубка 3 при угле гиба колена 15<β<35° (см. фиг.3);
- для сектора входного патрубка 2 при угле гиба колена 35<β<55° (см. фиг.4);
- для сектора выходного патрубка 3 при угле гиба колена 35<β<55° (см. фиг.4);
- для сектора входного патрубка 2 при угле гиба колена 35<β<55° (см. фиг.4);
- для сектора выходного патрубка 3 при угле гиба колена 35<β<55° (см. фиг.4);
- для сектора входного патрубка 2 при угле гиба колена 50<β<65° (см. фиг.5);
- для сектора выходного патрубка 3 при угле гиба колена 50<β<65° (см. фиг.5);
- для сектора входного патрубка 2 при угле гиба колена 50<β<65° (см. фиг.5);
- для сектора выходного патрубка 3 при угле гиба колена 50<β<65° (см. фиг.5);
- для сектора входного патрубка 2 при угле гиба колена 65<β<80° (см. фиг.6);
- для сектора выходного патрубка 3 при угле гиба колена 65<β<80° (см. фиг.6);
- для сектора входного патрубка 2 при угле гиба колена 65<β<80° (см. фиг.6);
- для сектора выходного патрубка 3 при угле гиба колена 65<β<80° (см. фиг.6);
- для сектора входного патрубка 2 при угле гиба колена 80<β<90° (см. фиг.7 и фиг.1);
- для сектора выходного патрубка 3 при угле гиба колена 80<β<90° (см. фиг.7 и фиг.1);
- для сектора входного патрубка 2 при угле гиба колена 80<β<90° (см. фиг.7 и фиг.1).
- для сектора выходного патрубка 3 при угле гиба колена 80<β<90° (см. фиг.7 и фиг.1), где:
С, С1 - большая и меньшая образующая входного 2 и выходного 3 патрубков соответственно, см. фиг.9, 10;
А1, В1 - прямые участки входного 2 и выходного 3 патрубков соответственно, см. фиг.1÷7
Внутренняя поверхность сектора, подверженная нанесению наплавки материалом стойким к абразивному износу, эскизно изображена на фиг.12 и
фиг.13 заштрихованной областью, где представлены развертки промежуточного и входного (выходного) секторов колена при n=12.
Колено трубопровода для транспортирования пылевидных материалов изготавливают следующим образом.
Производят подготовку составных частей колена - изогнутый патрубок 1, входной 2 и выходной 3 прямолинейные патрубки, выполненных из отрезков стальных труб марки ВСт3сп по ГОСТ 535-88 (Вст3пс по ГОСТ 535-88, Сталь 20 по ГОСТ 1050-88 или марки 09Г2С по ГОСТ 19282-73, либо патрубка, изготовленного из металлического листа с последующей гибкой и подготовкой кромок под сварку (V-образная разделка с углом 30±2° и притуплением 1±1 мм). Допускается также изготовление составных частей колена из других марок стали, применимых для каждого конкретного случая. В качестве подготовки внутренних поверхностей заготовок допускается дробеструйная или пескоструйная обработка. Монтажная сварка (сварка входного, выходного и промежуточных секторов колена) представляла собой ручную дуговую сварку по следующей технологии. У торцов свариваемых заготовок выполняли стандартную V-образную разделку с углом 35±2° и притуплением 1±0,5 мм. Сварку выполняли покрытым электродом для ручной дуговой сварки конструкционных и теплоустойчивых сталей марки Э42, при этом величину зазора между привариваемыми торцами поддерживали на уровне 0,5-1,5 мм. Наплавку на внутреннюю поверхность колена осуществляли с помощью ручной дуговой сварки расходуемым электродом из износостойкого к абразивному износу материала, например, электродом типа Э-80Х4С ГОСТ 10051-75 (марки-13КН-ЛИВТ) либо Э-110Х14В13Ф2 ГОСТ 10051-75 (марки ВСН-6), Э-320Х25С2ГР ГОСТ 10051-75 (марки Т-620, Т-590), т.е. используют те электроды, в которых содержание углерода не превышает 3,5%, кремния не превышает 2,5%, марганца не превышает 1,5%, хрома - 27%. Толщина наплавляемого слоя составила 3-4 мм.
Колено трубопровода для транспортирования пылевидных материалов работает следующим образом.
Поток пылевоздушной смеси (угольного топлива и горячего воздуха) из пылепровода через входной патрубок 2 поступает в секторный изогнутый патрубок 1, где под действием центробежной силы наблюдается сепарация пылевоздушной смеси, т.е. динамическая концентрация ее на внутренней поверхности большого радиуса изогнутого патрубка 1. Порошкообразный абразивный материал с горячим газом-носителем поступает на первый участок колена, который выполнен с
постоянным радиусом поворота (см. фиг.9) (в случае пылепроводов R≥3DN, как исключение R=1,5DN согласно РУ 34-1203-71 «Руководящие указания по проектированию пылегазовоздухопроводов котельных агрегатов» М. Информэнерго. 1972 г.), и ударяется о противоположную стенку (частица от места входа в поворот до удара движется почти прямолинейно) с углами атаки от 0 до максимального, при котором наблюдается для данного колена наиболее интенсивный износ. При ударе движущиеся частицы затормаживаются трением о стенку и на втором участке за счет центробежных сил, которые во много раз больше вызывающих витание частиц при движении по трубопроводу, продолжают свое движение вдоль стенки, не возвращаясь от наружной стенки колена в потоке транспортирующего газа, при этом имеет место постоянный абразивный износ внутренней поверхности колена.
Предложенная конструкция с наплавкой защитной оболочки существенно увеличивает срок службы колена трубопровода, что приводит к уменьшению количества нарушений технологических процессов вследствие выхода из строя пневмотранспортных систем по причине абразивного износа составляющих ее компонентов. Дополнительно предлагаемая конструкция позволяет конструктивно выполнить колено трубопровода на любой необходимый угол, что актуально особенно при стесненной компоновке оборудования.