ОРБИТАЛЬНЫЙ ДЕРЖАТЕЛЬ, СОДЕРЖАЩИЙ ПО МЕНЬШЕЙ МЕРЕ ДВА СОЕДИНЯЕМЫХ ДРУГ С ДРУГОМ ЭЛЕМЕНТА В ВИДЕ КОЛЬЦЕВЫХ СЕГМЕНТОВ; УСТРОЙСТВО СТЫКОВОЙ СВАРКИ ТРУБ ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ ТРУБОПРОВОДА, СОДЕРЖАЩЕЕ ТАКОЙ ОРБИТАЛЬНЫЙ ДЕРЖАТЕЛЬ
ORBITAL HOLDER INCLUDING AT LEAST TWO CONNECTED ELEMENTS AS RING SEGMENTS; PIPE BUTT WELDING DEVICE FOR PIPELINE FORMATION INCLUDING SUCH ORBITAL HOLDER

Настоящее изобретение относится к орбитальному держателю устройства орбитальной сварки для устанавливаемых встык труб для формирования трубопроводов, предназначенных для транспортировки жидкостей или газов.
В процессе формирования трубопровода трубы устанавливают встык и соединяют друг с другом посредством сварки. Эту операцию можно выполнять либо вручную, либо с помощью специальных автоматизированных сварочных устройств. Если ставится задача как можно быстрее выполнить сварочные операции, предпочтительным оказывается применение автоматизированных устройств, которые обычно содержат по меньшей мере одну сварочную тележку, на которой установлена по меньшей мере одна сварочная головка, имеющая возможность орбитального перемещения вдоль плоскости стыка труб.
Кроме того, сварочное устройство содержит средства позиционирования и/или средства перемещения электрода (электродов) вдоль кромки между свариваемыми трубами, указанные средства обеспечивают, в частности, направленное орбитальное перемещение тележки с установленной на ней сварочной головкой вдоль плоскости стыка для выполнения сварки. Такие средства могут, в частности, представлять собой, так называемый, орбитальный держатель, окружающий трубы, вдоль которого перемещается тележка, совершающая движение вокруг свариваемых труб. Кроме того, такой кольцевой держатель может перемещаться вдоль формируемого трубопровода до следующего стыка между свариваемыми трубами.
Соответственно, подобный орбитальный держатель выполняют таким образом, чтобы обеспечить, во-первых, позиционированием перемещение сварочной тележки (сварочных тележек) вдоль кромки между свариваемыми трубами и, во-вторых, его поступательное перемещение вдоль формируемого трубопровода, в результате которого он устанавливается возле плоскости стыка двух следующих свариваемых труб.
Хотя подобные орбитальные держатели и позволяют, в частности, использовать несколько сварочных тележек для осуществления сварки труб, они имеют тот недостаток, что их можно применять не для всех видов формируемых трубопроводов. Дело в том, что трубопровод может содержать на наружной поверхности такие элементы, как демонтажная головка, тройник, задвижки и т.п., которые предварительно устанавливаются на свариваемых трубах и загромождают участки наружной поверхности трубопровода, в частности, в его верхней части, а в ряде случаев и по бокам. При этом было обнаружено, что иногда из-за наличия указанных элементов перемещение орбитального держателя вдоль трубопровода блокируется. В результате приходится прибегать к использованию съемных сварочных устройств.
В качестве альтернативного решения была предусмотрена возможность размыкания орбитального держателя, чтобы его можно было перемещать. Так, например, в документе US 4145593 раскрыта установка для сварки труб, содержащая канальное приспособление для сварочного устройства, состоящее из двух полуканалов наподобие «захвата», подвешенного над формируемым трубопроводом. Однако, хотя каждая из двух частей захвата окружает указанную трубу, не обеспечивается замыкание захвата для образования держателя по всему периметру вокруг плоскости стыка. Кроме того, подобное устройство надо подвешивать над свариваемой трубой с применением рельсовой направляющей.
В документе US 3102187 раскрыт орбитальный держатель, образованный двумя элементами, которые выполнены в виде дуг окружности, и наподобие захвата соединяются на одном конце вокруг поворотной оси, проходящей над формируемым трубопроводом. При повороте этих двух элементов происходит размыкание орбитального держателя снизу формируемого трубопровода. Такой орбитальный держатель входит в состав тягового устройства, перемещающегося вдоль трубы, но расположен, главным образом, над этой трубой. Для перехода от одной свариваемой кромки к следующей выполняют размыкание орбитального держателя посредством поворота двух кольцевых сегментов. Таким образом, и в этом случае тоже имеет место перемещение над трубой с размыканием и замыканием орбитального держателя снизу формируемого трубопровода.
В документе US 4336436 также раскрыт орбитальный держатель, который подвешивается в верхней части трубы и образован двумя элементами в форме кольцевых сегментов, которые раздвигаются посредством поворота вокруг точки сочленения, находящейся над указанной формируемой трубой, так что и здесь происходит размыкание держателя снизу.
Хотя такие держатели и окружают формируемый трубопровод, обеспечивая направленное перемещение, по меньшей мере, одной сварочной горелки, и могут размыкаться, их все-таки нельзя использовать для труб, где загромождение наблюдается, главным образом, в верхней части, как это часто и происходит в применяемых в настоящее время готовых трубах.
Кроме того, невозможно предусмотреть такое увеличение диаметра орбитального держателя, которое позволяло бы преодолевать препятствия, так как в этом случае пришлось бы удлинять кронштейны, на которых установлены сварочные головки, что привело бы к снижению точности проводимой операции сварки.
Для решения этой проблемы в документе JP 55 114404 предложен орбитальный держатель для сварочного устройства, который окружает плоскость стыка и соединен со специальной передвижной платформой, обеспечивающей перемещение указанного орбитального держателя вдоль формируемого трубопровода. Однако такой орбитальный держатель довольно значительно удален от плоскости стыка, так что между ними сохраняется определенная дистанция. При этом возникает опасность снижения точности позиционирования сварочной горелки. Кроме того, держатель имеет кольцевую форму и состоит из двух частей, которые шарнирно соединены друг с другом вокруг точки поворота, предусмотренной над трубой, при этом одна из указанных частей неподвижно установлена на передвижной платформе, находящейся под трубой. В результате, при размыкании держателя образуется свободное пространство только с одной стороны. Следовательно, при наличии препятствия с обеих сторон и/или над формируемой подобное устройство будет бесполезным.
Для устранения вышеуказанных недостатков перед авторами изобретения стояла задача разработки орбитального держателя для устройства стыковой сварки труб, который позволял бы выполнять сварочные операции с максимально возможной точностью и мог перемещаться вдоль формируемого трубопровода независимо от того, где находится загромождение поверхности труб, например в верхней части, причем такое загромождение может находиться приблизительно в верхней половине наружной поверхности трубы.
Для решения указанной задачи предложен так называемый орбитальный держатель устройства стыковой сварки труб для формирования трубопровода, причем указанное устройство содержит по меньшей мере одну сварочную тележку, на которой установлена по меньшей мере одна сварочная головка, содержащая по меньшей мере одну сварочную горелку, при этом орбитальный держатель окружает свариваемые трубы и обеспечивает возможность позиционирования и перемещения указанного сварочного устройства вдоль плоскости стыка между свариваемыми трубами, а также указанный орбитальный держатель выполнен с возможностью поступательного перемещения вдоль формируемого трубопровода, указанный орбитальный держатель отличается тем, что содержит по меньшей мере два элемента в виде кольцевых сегментов, которые выполнены с возможностью соединения друг с другом для формирования орбитального держателя вокруг свариваемых труб в процессе сварки, а также с возможностью размыкания указанного орбитального держателя, по меньшей мере, в его верхней части, с целью прохождения препятствия, находящегося на наружной поверхности трубы.
Таким образом, данная конструкция обладает тем преимуществом, что при размыкании орбитального держателя можно проходить препятствия, находящиеся, по меньшей мере, в верхней части указанной трубы, причем эта возможность размыкания предпочтительно используется только тогда, когда необходимо пройти препятствие. В результате, если препятствие присутствует на наружной поверхности трубы сверху, для его прохождения достаточно лишь разомкнуть орбитальный держатель, по меньшей мере, в его верхней части, а после того как препятствие будет пройдено, снова замыкают этот держатель, в текущий момент расположенный максимально близко к наружной поверхности трубы.
Таким образом, орбитальный держатель согласно изобретению позволяет сохранить все преимущества, связанные с применением автоматизированного сварочного устройства, перемещающегося вдоль формируемого трубопровода, которое содержит по меньшей мере одну сварочную тележку, а предпочтительно - от двух до восьми таких тележек, перемещающихся вдоль указанного орбитального держателя для выполнения сварного шва между трубами, причем сказанное имеет силу даже в случае с трубами, имеющими предварительно установленные элементы, в частности, на наружной поверхности сверху.
Так, одно из преимуществ заключается в том, что сварочное устройство, установленное на заявленном орбитальном держателе, который максимально приближен к формируемому трубопроводу, может перемещаться вдоль формируемого трубопровода просто путем поступательного перемещения указанного держателя вдоль указанного трубопровода посредством баржи, но кроме этого, предлагаемый орбитальный держатель, размыкаемый, по меньшей мере, в своей верхней части над указанной трубой, позволяет проходить вдоль труб, которые иногда могут иметь загромождение на наружной поверхности, чаще всего, в верхней части трубы, что невозможно в случае применения держателей, известных из уровня техники. Предпочтительно, орбитальный держатель согласно изобретению установлен на несущей конструкции, поступательно перемещаемой вдоль формируемого трубопровода.
В соответствии с первым предпочтительным вариантом осуществления заявленного изобретения, орбитальный держатель содержит два полукольцевых элемента, соединенных друг с другом на этапе сварки с образованием орбитального держателя вокруг свариваемых труб и раздвигаемых для обеспечения размыкания орбитального держателя, причем оба полукольцевых элемента могут при этом поступательно перемещаться вдоль формируемого трубопровода, отодвигаясь от него, в частности, для преодоления загромождения на наружной поверхности трубы.
В соответствии с одним из предпочтительных вариантов изобретения, размыкание и замыкание осуществляются в плоскости, перпендикулярной плоскости, в которой проходит формируемый трубопровод. Таким образом, когда формируемый трубопровод проходит в горизонтальной плоскости, каждый полукольцевой элемент устанавливается таким образом, что его свободные концы находятся над и под свариваемыми трубами, при этом указанные два элемента могут раздвигаться с каждой стороны формируемого трубопровода. В результате можно обеспечить свободное пространство как на уровне верхней части трубы, так и, по существу, по бокам от нее.
Так как каждый полукольцевой элемент содержит направляющие и приводные устройства для перемещения сварочной тележки (сварочных тележек), то для формирования орбитального держателя необходимо обеспечить точность соединения между двумя элементами, при этом не должно создаваться препятствий для перемещения сварочной тележки (сварочных тележек) в месте соединения элементов. Поэтому каждый полукольцевой элемент имеет на своих концах не только соединительные и, при необходимости, блокировочные средства, которые обеспечивают замыкание орбитального держателя, но и специальные средства, позволяющие добиться точной установки и выравнивания элементов относительно друг друга, - например, комплементарные направляющие устройства для перемещения.
Предпочтительно, оба полукольцевых элемента выполнены с возможностью поворота, при этом после размыкания орбитального держателя за счет раздвигания двух полукольцевых элементов, указанные элементы поворачиваются, проходя вдоль трубы. Преимущество этого заключается в ограничении необходимого расстояния между указанными элементами.
В соответствии со вторым предпочтительным вариантом осуществления изобретения, орбитальный держатель содержит по меньшей мере два элемента в виде кольцевых сегментов, причем по меньшей мере к одному концу одного, так называемого, неподвижного кольцевого сегмента, с возможностью поворота прикреплен конец другого, так называемого подвижного, кольцевого сегмента, при этом противоположный конец подвижного сегмента может, по меньшей мере, соединяться со свободным концом неподвижного кольцевого сегмента для формирования орбитального держателя и отодвигаться от указанного свободного конца неподвижного кольцевого сегмента для размыкания указанного держателя, по меньшей мере, в верхней части указанного держателя, при повороте указанного подвижного сегмента в направлении наружу от орбитального держателя. Поворотная ось между двумя кольцевыми сегментами проходит таким образом, что при повороте подвижного кольцевого сегмента обеспечивается размыкание держателя над трубой и при этом высвобождается, по меньшей мере, верхняя часть трубы, где обычно и имеет место загромождение.
Таким образом, для перехода из замкнутого положения в процессе сварки в разомкнутое положение осуществляют поворот подвижного кольцевого сегмента относительно неподвижного сегмента.
В соответствии с еще более предпочтительным вариантом изобретения, подвижный держатель содержит по меньшей мере три кольцевых сегмента, причем один, так называемый, неподвижный кольцевой сегмент, установлен таким образом, что он образует нижнюю часть орбитального держателя, расположенную под формируемым трубопроводом, а на каждом конце указанного неподвижного кольцевого сегмента установлен с возможностью поворота конец одного из так называемых подвижных кольцевых сегментов, при этом их противоположные концы выполнены с возможностью соединения друг с другом, предпочтительно в верхней части указанного орбитального держателя, над формируемым трубопроводом, для формирования и замыкания орбитального держателя и с возможностью раздвигания для размыкания указанного держателя в верхней части посредством поворота обоих подвижных кольцевых сегментов относительно неподвижного кольцевого сегмента в направлении наружу от орбитального держателя.
Предпочтительно, также предусмотрена возможность выполнения неподвижного кольцевого сегмента из двух кольцевых сегментов, соответственно, которые могут отодвигаться друг от друга и поступательно перемещаться по обеим сторонам трубопровода. При таком конструктивном исполнении облегчается установка и демонтаж орбитального держателя, а кроме того, удается при необходимости еще больше высвободить стороны трубы.
Поскольку каждый элемент в виде кольцевого сегмента имеет направляющие и перемещающие устройства для сварочной тележки (сварочных тележек), необходимо обеспечить точность соединения между элементами для формирования орбитального держателя, при этом не должно создаваться препятствий для перемещения сварочной тележки (сварочных тележек) в месте соединения элементов. Поэтому каждый элемент в виде кольцевого сегмента имеет по меньшей мере на одном конце не только соединительные и, при необходимости, блокировочные средства, которые обеспечивают замыкание орбитального держателя, но и специальные средства, например комплементарные направляющие устройства, позволяющие добиться точности установки и выравнивания элементов относительно друг друга в процессе их соединения посредством поворота. Подобным же образом, устройства, обеспечивающие поворот, выполняют таким образом, чтобы обеспечивалась точность установки и выравнивания кольцевых сегментов относительно друг друга.
Ниже приводится более подробное описание со ссылками на чертежи, где:
на фиг.1 представлен в аксонометрии вид сбоку и спереди сварочного устройства, содержащего орбитальный держатель в соответствии с первым вариантов осуществления изобретения, на этапе производства;
на фиг.2 представлен в аксонометрии вид сбоку и сзади сварочного устройства по фиг.1 после размыкания орбитального держателя для преодоления загромождающих элементов на наружной поверхности труб;
на фиг.3 представлен вид сверху полукольцевой детали, образующей орбитальный держатель;
на фиг.4 представлен вид сверху орбитального держателя в соответствии со вторым вариантом осуществления изобретения.
Представленное на чертежах сварочное устройство содержит несколько сварочных тележек 1, на которых установлена, по меньшей мере, одна сварочная головка 6, имеющая по меньшей мере одну сварочную горелку. Посредством этого устройства можно осуществлять сварку труб для формирования трубопровода, проходящего в горизонтальной плоскости.
Для автоматизации процесса сварки сварочные тележки 1 перемещаются вдоль по рельсовым направляющим, выполненным на орбитальном держателе 2, 7, окружающем свариваемые трубы С, С′ на уровне плоскости их стыка. Для выполнения сварки эти тележки могут перемещаться радиально в направлении труб С, С′, а по завершении сварочных работ сварочные головки 6 приподнимают.
Указанный орбитальный держатель 2 содержит два элемента 20 в виде полуколец, которые могут соединяться друг с другом с точным выравниванием, а также могут отодвигаться один от другого.
Таким образом, каждый элемент 20 закреплен на кронштейне 3, который содержит вертикальную стойку 31 и поперечину 32, на конце которой крепится верхняя часть полукольцевого элемента 20. В своей, по существу, нижней части элемент 20 тоже присоединен к стойке 31 посредством детали 33. Вертикальная стойка 31 установлена с возможностью поворота на опоре 4, которая, в свою очередь, установлена на несущей конструкции типа платформы 5. Платформа 5 расположена таким образом, что она проходит под свариваемыми трубами С, С′ перпендикулярно к ним и имеет рельсовую направляющую 51, тоже идущую перпендикулярно продольной оси указанных труб С, С′. Опоры 4, к каждой из которых прикреплен кронштейн 3, установлены по обеим сторонам труб на рельсовой направляющей 51 с возможностью перемещения вдоль нее.
Можно также выполнить несущую конструкцию в виде элементов, проходящих над свариваемыми трубами, типа мостика, к которому «подвешивается» орбитальный держатель согласно изобретению, либо в виде любых других подходящих несущих конструкций.
На этапе выполнения сварочных работ орбитальный держатель 2 образован двумя полукольцевыми элементами 20, соединенными друг с другом таким образом, что обеспечивается направленное перемещение сварочных тележек вдоль орбитального держателя 2 для выполнения сварки (см. фиг.1).
По завершении этапа сварки двух труб С, С′ следует переместить сварочное устройство, чтобы установить его напротив следующей плоскости стыка между свариваемыми трубами С, С″. Если на трубе С′, один конец которой был только что приварен к формируемому трубопроводу, нет никакого загромождения наружной поверхности, сварочное устройство просто поступательно перемещают посредством платформы 5 вдоль указанной трубы С′ до подхода к следующей плоскости стыка между этой трубой и следующей трубой С″, подлежащей привариванию.
Если же на трубе С′ имеется какое-либо загромождение наружной поверхности, обусловленное, например, наличием задвижек, то для обеспечения перемещения сварочного устройства выполняют размыкание орбитального держателя 2, то есть разблокирование соединения между двумя элементами 20 и их отделение друг от друга посредством раздвигания указанных элементов 20 с обеим сторон уже сваренных труб С, С′. Такое раздвигание элементов 20 выполняют, перемещая опоры 4 на рельсовой направляющей 51 платформы 5 в направлении отодвигания от труб.
Отодвинув элементы 20 от сваренных труб С, С′, каждый кронштейн 3 поворачивают относительно опоры 4 таким образом, чтобы каждый элемент 20 проходил вдоль труб С, С′, вследствие чего ограничиваются габариты всего узла и расстояние между элементами 20. Затем разомкнутый таким образом орбитальный держатель 2 перемещают вдоль формируемого трубопровода, чтобы вывести его за пределы обнаруженного загромождения наружной поверхности, обусловленного наличием задвижек.
После прохождения указанного препятствия снова поворачивают кронштейн 3 относительно опоры 4, устанавливая элементы 20 напротив друг друга с обеих сторон свариваемых труб С, С′, и с целью перехода к процессу сварки перемещают опоры 4 на рельсовой направляющей 51 для выполнения соединения элементов 20, то есть замыкания орбитального держателя 2 посредством соответствующих средств соединения и блокировки, предусмотренных на каждом конце элементов 20. После этого можно традиционными способами перемещать сварочное устройство.
Для обеспечения точности выравнивания элементов 20, предпочтительно, на каждом из них предусмотрены специальные комплементарные направляющие элементы, позволяющие добиться выравнивания элементов 20 после их соединения друг с другом. Так, например, можно предусмотреть на каждом конце полукольцевых элементов 20 по меньшей мере один охватываемый элемент и по меньшей мере один охватывающий элемент, которые устанавливаются напротив друг друга.
Как показано на фиг.4, орбитальный держатель 7 содержит три элемента в форме кольцевого сегмента, которые при их соединении друг с другом и образуют указанный орбитальный держатель 7. Первый элемент 70, который мы называем неподвижным кольцевым сегментом, устанавливается на несущей конструкции типа платформы 5, которая расположена таким образом, что она проходит под свариваемыми трубами С, С′ перпендикулярно к ним. Два других элемента, 71 и 72, будем называть подвижными кольцевыми сегментами.
На каждом конце 70а′, 70b′ неподвижного элемента 70 в виде кольцевого сегмента установлен с возможностью поворота конец 71а, 72а подвижного кольцевого сегмента 71, 72, при этом противоположные концы 71b, 72b каждого подвижного сегмента 71, 72 могут соединяться друг с другом.
На уровне концов 70а′, 70b′ неподвижного сегмента 70 предусмотрено устройство для поворота подвижного кольцевого сегмента 71, 72 между положением, соответствующим замыканию орбитального держателя 7, и положением его размыкания в верхней части, когда подвижные кольцевые сегменты 71, 72 отодвинуты друг от друга посредством поворота в направлении наружу (стрелка А) от орбитального держателя, как показано на фиг.4. Местоположение поворотной оси сегментов 71 и 72 на концах 70а′ и 70b′ можно выбрать наиболее рационально в зависимости от того, какое пространство вокруг трубы требуется освободить в процессе размыкания держателя 7. В варианте, показанном на фиг.4, поворотные оси расположены, по существу, противоположно друг другу, находясь по высоте в середине держателя 7.
Указанные средства, обеспечивающие поворот, могут представлять собой, например, силовые цилиндры 8.
Кроме того, платформа 5 в этом случае может также иметь рельсовую направляющую 71, которая также будет проходить перпендикулярно продольной оси труб С, С′. По обеим сторонам труб на этой направляющей установлены с возможностью перемещения вдоль нее два кольцевых сегмента 70а и 70b, которые после их соединения друг с другом образуют, так называемый, неподвижный кольцевой сегмент 70.
На этапе выполнения сварки орбитальный держатель 7 образован соединенными друг с другом тремя элементами 70, 71 и 72 в виде кольцевых сегментов, или четырьмя элементами 70а, 70b, 71 и 72, которые оснащены соответствующими направляющими устройствами, посредством которых можно направлять перемещение сварочных тележек вдоль орбитального держателя 7 для выполнения сварки.
Следует отметить, что вариант изобретения, представленный на фиг.4, можно также рассматривать как один из вариантов исполнения конструкции по фиг.1, где каждый элемент 20 выполнен из двух элементов - 70а, 71 и 70b, 72.
По завершении этапа сварки двух труб С, С′ необходимо переместить сварочное устройство в положение напротив следующей плоскости стыка между двумя свариваемыми трубами С, С″. Если на трубе С′, один конец которой уже приварен к формируемому трубопроводу, нет никакого загромождения наружной поверхности, сварочное устройство просто поступательно перемещают на платформе 5 вдоль указанной трубы С′ до подхода к следующей плоскости стыка между этой трубой и следующей трубой С″, подлежащей привариванию.
Если же на трубе С′ имеется какое-либо загромождение наружной поверхности, обусловленное, например, наличием задвижек, то для обеспечения перемещения сварочного устройства размыкают орбитальный держатель 7, то есть разблокируют соединение между двумя подвижными кольцевыми сегментами 71, 72, отделяют их друг от друга, поворачивая указанные подвижные кольцевые сегменты 71, 72 относительно неподвижного кольцевого сегмента 70 в направлении раздвигания указанных элементов 71, 72 (стрелки А) наружу с обеих сторон уже приваренных труб С, С′.
Как только элементы 71, 72 будут отодвинуты от сваренных труб С, С′, разомкнутый таким образом орбитальный держатель 7 переместится вдоль формируемого трубопровода, чтобы вывести его за пределы обнаруженного загромождения наружной поверхности, обусловленного наличием задвижек.
После прохождения указанного препятствия, кольцевые сегменты 71, 72 снова поворачивают (стрелки В) относительно неподвижного сегмента 70 для установки их концов 71b, 72b в положение напротив друг друга в месте, находящемся над свариваемыми трубами С′, С″, для соединения элементов 71, 72 с целью выполнения сварки, то есть для замыкания орбитального держателя 7, посредством предусмотренных на каждом конце элементов 71, 72 соответствующих средств соединения и блокировки. После этого можно приступать к перемещению традиционным способом сварочного устройства вдоль орбитального держателя 7.
Чтобы обеспечить точность выравнивания элементов 70, 71 и 72, на каждом из указанных сегментов, предпочтительно, выполнены специальные комплементарные направляющие, позволяющие добиться выравнивания этих элементов после их соединения друг с другом.
Разумеется, изобретение не ограничивается описанным здесь вариантом осуществления и может охватывать самые разнообразные варианты, при условии, что они будут подпадать под объем охраны, определяемый пунктами нижеследующей формулы изобретения.