УСТРОЙСТВО ЛОКАЛЬНОГО РАЗМАГНИЧИВАНИЯ ЗОНЫ СВАРКИ ТРУБОПРОВОДОВ

Полезная модель относится к оборудованию для обеспечения сварки намагниченных трубопроводов.
Известна полезная модель в виде устройства размагничивания труб и элементов трубопроводов (RU №43399, H01F 13/00), содержащее источник трехфазного напряжения, выходами связанный с входами пускового блока с автоматическим выключателем, выходами подключенного ко входу источника постоянного тока, управляющим входом связанного с первым управляющим выходом блока управления, соленоид, источник постоянного тока, состоящий из ключевого полупроводникового источника питания с регулировкой уровня выходного тока, нВ ходе которого включены последовательно соединенные выпрямитель и сглаживающий фильтр, причем входы выпрямителя являются входами источника постоянного тока, а выходы ключевого полупроводникового источника питания являются входами источника постоянного тока, подключенными к коммутатору полярности импульсов выходного тока, управляющий вход ключевого полупроводникового источника питания через схему широтно-импульсного регулирования соединен с управляющим входом источника постоянного тока, а блок управления содержит схему формирования цикла размагничивания, связанную соответствующими выходами со входом формирователя последовательности трапецеидальных импульсов с переменной амплитудой и входом формирователя последовательности импульсов управления коммутатором полярности импульсов выходного тока, при этом выход формирователя последовательности трапецеидальных импульсов с переменной амплитудой является первым управляющим выходом блока управления, подключаемым к управляющему входу источника питания постоянного тока, а выход формирователя последовательности импульсов управления коммутатором полярности импульсов выходного тока, являющийся вторым управляющим выходом блока управления, подключен к управляющему входу коммутатора полярности импульсов выходного тока, выходы которого подключены к соленоиду.
Данная полезная модель реализована в виде малогабаритной размагничивающей установки КП-1420, устраняющей магнитное поле в межтрубном зазоре до 300 мТл. Недостаток - значительная потребляемая мощность (до 12 кВт), большое время монтажа на рабочей зоне (до 30 мин), значительная масса (около 100 кГ).
Наиболее близким предлагаемому решению является полезная модель - устройство локального размагничивания элементов трубопроводов (КДЛ №87041, H01F 13/00), содержащим источник напряжения выходом связанный с коммутатором полярности импульсов выходного тока и соленоида, управляющий вход которого соединен через схему широтно-импульсного регулирования со схемой блока управления, выполненной в виде микроконтроллера, который через оптико-электронный изолятор развязан от силовой части, и на входы которого подключены датчик Холла, кнопка «Старт - Сброс тока», а выход соединен со светодиодным индикатором, кроме того на входе источника питания собрана схема защиты от неправильной полярности напряжения и возникновения неисправности в устройстве, а коммутатор полярности импульсов выполнен в виде H-моста.
Робота данного устройства осуществляется следующим образом: устанавливается щуп в межтрубный зазор, при включении постоянного напряжения 20-36 в через устройство защиты, источник питания микроконтроллера и источник питания силовой части, постоянное напряжение 20-36 в поступает на все основные узлы устройства, микроконтроллер устанавливает все блоки и элементы в исходное состояние и переходит в ждущий режим, который сопровождается измерением напряженности магнитного поля трубы датчиком Холла, с выдачей на индикатор значение остаточного (не скомпенсированного) поля в зазоре и ожиданием нажатия кнопки «Старт-Сброс тока». При нажатии кнопки «Старт-Сброс тока» начинается процесс компенсации магнитного поля. В зависимости от направления магнитного поля микроконтроллер формирует сигнал «Направление тока», который через оптико-электрический «изолятор» подается на силовую часть устройства, выполненную в виде Н-моста с четырьмя ключами (выключатель, реле, транзистор, тиристор и т.п.). Далее микроконтроллер с помощью сигнала широтно-импульсной модуляции через оптико-электрический «изолятор» посредством Н-моста осуществляет широтно-импульсное регулирование тока в соленоиде. Создаваемая индукция магнитного поля в зазоре противоположна направлению индукции, создаваемой намагниченностью труб, а по величине равна ей. Повторное нажатие кнопки «Старт-Сброс тока»осуществляет сброс.
Данное устройство локального размагничивания элементов трубопроводов реализовано в изделии УСНТ-1.
Целью предлагаемого решения является - расширение функциональных возможностей, а именно: обеспечение не зависимости от внешнего источника питания, одновременной работы двух сварочных постов, мобильности, произвольного размещения датчика Холла по отношению магнитных силовых линий соленоида (без нарушения соосности), что может диктоваться внешними условиями.
Поставленная цель достигается тем, что устройство локального размагничивания зоны сварки трубопроводов содержащее щуп, с датчиком Холла, кнопку «Старт-Сброс», соленоид, источник постоянного напряжения, индикатор индукции магнитного поля в зоне сварки снабжен усилителем постоянного тока, соединенный входом с выходом датчика Холла, через разъем датчика Холла, линейным детектором, своим входом соединенным с выходом усилителя постоянного тока и входом индикатора индукции магнитного поля в зоне сварки, узлом контроля ошибок одним входом соединенным с выходом усилителя постоянного тока и входом индикатора, вторым с выходом линейного детектора, узлом управления, первым и вторым входами управления соединенными с выходами узла контроля ошибок, регулятором широтно-импульсной модуляции цифровыми входами соединенным с цифровыми выходами узла управления, коммутатором полярности, силовым входом соединенным с силовым выходом регулятора широтно-импульсной модуляции, разъемом подключения индукторов, с перемычкой, гнездом соединенным с выходом коммутатора полярности, основным индуктором с узлом контроля нагрузки соединенным входом с штекером, разъема подключения индукторов, а первым выходом узла контроля нагрузки - с соленоидом, разъемом дополнительного индуктора, гнездом соединенным с вторым выходом узла контроля нагрузки, дополнительным индуктором, с вторым соленоидом, соединенным с штекером разъема дополнительного индуктора, кнопкой «Старт-Сброс», узлом включения коммутатора источников постоянного напряжения с таймером, входом соединенным с выходом кнопки «Старт-Сброс» и третьим входом управления узла управления, коммутатором источников постоянного напряжения, силовым входом соединенным с источником постоянного напряжения, первым входом управления соединенным с выходом управления узла включения коммутатора источников постоянного напряжения с таймером, вторым - с вторым выходом управления узла управления, первый силовой выход коммутатора источников постоянного напряжения через перемычку, разъема подключения индукторов, соединен с цепями питания: кнопки «Старт-Сброс» и узла включения коммутатора источников постоянного напряжения с таймером, второй - с цепями питания: датчика Холла, через разъем датчика Холла, усилителя постоянного тока, линейного детектора, узла контроля ошибок, узла управления, а третий с силовым входом регулятора широтно-импульсной модуляции, вторым источником постоянного напряжения соединенным со вторым силовым входом коммутатора источников постоянного напряжения.
На прилагаемых чертежах представлены:
Фиг. 1 - Блок-схема устройства локального размагничивания зоны сварки трубопроводов.
Фиг. 2 - Схема расстановки основного и дополнительного индукторов, при проведении сварки, намагниченного трубопровода, с использованием двух сварочных постов.
Заявляемое устройство состоит из щупа 1, с датчиком Холла 2, устанавливаемого в стыке зоны сварки трубопровода, разъема датчика Холла 3, усилителя постоянного тока 4, входом соединенным с ДХ 2, через разъем ДХ 3, индикатора индукции магнитного поля в зоне сварки 5, входом своим соединенным с выходом усилителя ПТ 4, линейного детектора 6, узла контроля ошибок 7, входами соединенными с выходом усилителя ПТ 4 и входом индикатора 5, второй вход узла контроля ошибок 7 соединен с выходом линейного детектора 6, узла управления 8, первым и вторым входами управления соединенным с соответствующими выходами узла контроля ошибок 7, регулятора широтно-импульсной модуляции 9, цифровыми входами соединенным с цифровыми выходами узла управления 8, коммутатора полярности 10, силовым входом соединенным с силовым выходом регулятора ШИМ 9, а входом управления - с выходом управления узла управления 8, разъема подключения индукторов с перемычкой 11, гнездом соединенным с выходом КП 10, основного индуктора 12 с узлом управления нагрузкой 13, соленоидом 14 и разъемом дополнительного индуктора 15, при этом вход узла управления нагрузкой 13 соединен с штекером разъема 11, первый выход с соленоидом 14, второй - с гнездом разъема ДИ 15, дополнительного индуктора 16 с вторым соленоидом 17, соединенным с штекером разъема ДИ 15, кнопки «Старт-Сброс» 18, узла включения коммутатора источников постоянного напряжения с таймером 19, входом управления соединенным с выходом кнопки 18 и третьим входом управления узла управления 8, коммутатора источников постоянного напряжения 20, первым входом управления соединенным с выходом управления узла включения КИПН с Τ 19, вторым входом управления - с вторым выходом управления узла управления 8, источника постоянного напряжения 21, второго источника постоянного напряжения 22, соответственно соединенных с первым и вторым силовыми входами коммутатора ИПН 20, первый силовой выход которого соединен, через перемычку разъема 11 с цепями питания кнопки «Старт-Сброс» 18 и узла включения КИПН 20, второй - с цепями питания ДХ 2 посредством разъема 3, усилителя ПТ 4, линейного детектора 6, узла контроля ошибок 7, узла управления 8, третий силовой выход соединен с силовым входом регулятора ШИМ 9.
Работа устройства локального размагничивания зоны сварки трубопроводов осуществляется следующим образом.
1) При использовании одного сварочного поста, через гнездо 11 подключается основной индуктор 12, который устанавливается на стык свариваемого трубопровода, в зазор зоны сварки (между полюсами индуктора) помещается щуп 1, с датчиком Холла 2, через разъем 3 соединенный с входом усилителя постоянного тока 4.
Далее: при подключении штекера к гнезду, разъема 11, его перемычкой, устроенной таким образом, что ее контакты замыкаются после соединения контактов силовой цепи между коммутатором полярности 10 и узлом контроля нагрузки 13, соединяются цепи питания кнопки «Старт-Сброс» 18, узла включения коммутатора источников постоянного напряжения с таймером 19 с первым силовым выходом коммутатора источников постоянного напряжения 20, на котором всегда присутствует напряжение источника постоянного напряжения 21. После активации кнопки «Старт-Сброс» 18 импульс напряжения, с ее выхода, поступает на вход управления узла включения коммутатора источников постоянного напряжения с таймером 19, активируя его и запуская таймер, а с выхода его напряжение поступающее на первый вход управления коммутатора источников постоянного напряжения 20 коммутирует источник постоянного напряжения 21 параллельно с вторым источником постоянного напряжения 22, при этом выходное напряжение с второго силового выхода коммутатора ИПН 20 поступает на цепи питания датчика Холла 2, усилителя ПТ 4, линейного детектора 7, узла контроля ошибок 7 и узла управления 8, а с третьего силового выхода к силовому входу регулятора ШИМ 9, после чего начинается процесс компенсации магнитного поля в зоне сварки. Сигналы с цифровых выходов узла управлении 8 в параллельном двоичном коде, возрастая от 0 до максимального своего значения воздействуют на цифровые входы регулятора ШИМ 9, изменяя тем самым напряжение на его выходе от 0 В, до уровня напряжения поступающего на его цепи питания. Напряжение с выхода регулятора ШИМ 9, через коммутатор полярности 10, разъем 11 и узел контроля нагрузки 13 поступает на соленоид 14, который создает компенсирующее магнитное поле в зоне сварки. При достижении порога компенсации, когда магнитное поле в зоне сварки, измеряемое датчиком Холла 2 станет нулевым, напряжение на выходе усилителя ПТ 4 соответственно окажется равным нулевому значению, выпрямленное напряжение на выходе линейного детектора 6 так же будет равно нулю, воздействие этих значений через узел контроля ошибок 7 на входы управления, узла управления 8 прекратит рост значений двоичного кода на его цифровых выходах, оставляя тем самым напряжение на выходе регулятора ШИМ 9 неизменным и соответственно магнитное поле в зон сварки будет скомпенсированным. В случае, когда в процессе работы устройства компенсирующее магнитное поле будет складываться с остаточным, т.е. процесс компенсации осуществляется ошибочно, импульс управляющего напряжения с первого выхода узла контроля ошибки 7, поступит на первый вход управления, узла управления 8, останавливая тем самым ошибочный процесс компенсации, обнуляя состояние цифровых выходов узла управления 8, а сигнал управления, с его первого выхода, воздействием на вход управления коммутатора полярности 10 изменит полярность выходного напряжения, поступающего на основной индуктор 12 и соленоид 14 соответственно. По завершении данных процедур процесс работы устройства возобновится по алгоритму описанному выше.
2) В случае, когда в процессе компенсации, напряжение на соленоиде 14 достигло максимального значения, а магнитное поле в зоне сварки не приняло нулевого значения, т.е. осталось не скомпенсированным, напряжение на выходах усилителя ПТ 4 и линейного детектора 6, не равные нулевым значениям поступят на входы узла контроля ошибок 7, соответственно сигналы с выходов узла контроля ошибок 7 воздействуя на первый, второй входы управления, узла управления 8 формируют в нем сигнал управления, с третьего выхода поступающий на второй вход управления коммутатора источников постоянного напряжения 20, результатом чего источник постоянного напряжения 21 и второй источник постоянного напряжения 22 коммутируются таким образом, чтобы их суммированное напряжение поступало на силовой вход регулятора ШИМ 9. После чего процесс работы устройства возобновляется аналогично описанному ранее.
3) При необходимости проведения сварочных работ на трубопроводе с применением двух сварочных постов, дополнительный индуктор 16 с вторым соленоидом 17, подключается через разъем дополнительного индуктора 15 к основному индуктору 12. Работа устройства осуществляется аналогичным образом.
При работе устройства в режиме суммированного напряжения источников постоянного напряжения 21, 22 возможно возникновение условия их перегрузки. Данное обстоятельство определяется высоким уровнем остаточного магнетизма в трубопроводе, что влечет за собой необходимость создания большой величины компенсирующего магнитного поля в зонах сварки и как следствие возможное превышение предельных значения рабочих токов источников постоянного напряжения 21,22. В этом случае узел контроля нагрузки 13 отключает дополнительный индуктор 16, с вторым соленоидом 17. В дальнейшем работа устройства осуществляется аналогично предыдущих алгоритмов.
5) По завершении работ в зоне сварки устройство отключается повторным активированием кнопки «Старт-Сброс» 18, переводя его в дежурный режим, при котором к источнику постоянного напряжения остаются подключенными кнопка «Старт-Сброс» 18 и узел включения коммутатора источников постоянного напряжения с таймеров 19, т.е. расход энергии пренебрежимо мал. В случае, когда активация сброса в дежурный режим не производится, таймер в узле включения КИПН с Τ 19 по истечении времени заданного уставкой (оптимально 5-10 мин.) самостоятельно переведет устройство в дежурный режим.
Источники информации:
1) Полезная модель «Устройство размагничивания труб и элементов трубопроводов RU №43399, H01F 13/00
2) Полезная модель «Устройство локального размагничивания элементов трубопроводов» RU №87041, H01F 13/00