Наружный центратор

Полезная модель относитея к машиностроению, а именно к вспомогательному сварочному оборудованию, в частности, к устройствам для установки и крепления изделий в положение для сварки, например, для центрирования кольцевых стыков труб, и может быть использована в различных областях промышленности, например, при строительстве и ремонте трубопроводов.
Известен тросовый центратор (см. авторское свидетельство СССР на изобретение № 582931, МПК В 23К 31/06, В 23К 37/04, опубл. 05.12.1977 г.), содержаший тросы с опорными прижимами, расположенными на равном расстоянии друг от друга, и устройство для натяжения тросов с прижимной плитой, взаимодействующей с изделием. Для повышения точности центрирования, за счет более равномерного распределения нагрузок по периметру соединяемых труб, прижимная плита снабжена шаровыми опорами, расстояние между которыми равно расстоянию между опорными прижимами и натяжными блоками, взаимодействуюшими с тросами и расположенными под устройством для натяжения тросов.
Недостатком известного центратора является сложность конструкции опорного элемента центратора - прижимной плиты с шаровыми опорами. Кроме того, из-за малого плеча рукоятки, кинематически связанной с домкратом, затруднено натяжение тросов и выравнивание стыков труб вследствие необходимости приложения значительной физической силы оператора. При этом для переналадки центратора для работы с трубами значительно большего или меньшего диаметра необходима замена тросов на тросы большей или меньшей длины, что требует дополнительных затрат времени на сборку, переналадку и установку центратора.
Известно приспособление для центрирования соединяемых труб (см. авторское свидетельство СССР на изобретение № 855331, МПК F 16L 55/18, опубл. 15.08.1981 г.), содержащее корпус с зажимным винтом и гибкий элемент, пропушенный между осью и прижимной пластиной. Для повышения надежности центровки соединяемых труб, ось жестко скреплена с корпусом и на нее установлены поворотные опоры с лапками, по боковой поверхности корпуса установлено стопорное устройство, взаимодействующее с одной из указанных опор, а на гибком элементе выполнены окна, обеспечиваюшие проход к месту стыка соединяемых труб.
Однако недостатком известного центратора также является сложность конструкции натягивающего элемента - корпуса центратора. Кроме того, в известном приспособлении операции фиксации и натяжения тросового элемента является трудоемкой, что затрудняет его переналадку для работы с трубами другого диаметра.
Известен наружный центратор (см. патент РФ на изобретение № 2153964, МПК В 23К 37/053, опубл. 10.08.2000 г.), содержащий соединенные между собой гибким элементом выравнивающие колодки с регулировочными винтами и фиксирующее устройство. Выравнивающие колодки дополнительно соединены с гибким элементом для предотвращения их перекоса относительно наружной поверхности трубы.
Недостатком известной конструкции также является ее сложность вследствие наличия дополнительных тросовых элементов, необходимых для предотвращения перекоса выравнивающих колодок относительно наружной поверхности трубы. Кроме того, для натяжения тросового элемента центратора необходимо приложение значительной физической силы оператора.
Известен также центратор наружный звенный (см. свидетельство РФ на полезную модель NO 9784, МПК В 23К 37/04, опубл. 16.05.1999 г.), содержащий специальную пластинчатую пальцево-роликовую цепь, связанную с одного конца с бобыщкой с выжимным винтом, на нижнем конце которого смонтирован подпятник со сферической опорой скольжения внутри, на верхнем конце - рукоятка, а с другого конца - с накидными рычагами, замыкающими цепь на бобыщке, цепь содержит гладкие цилиндрические оси и нажимные ролики, звенья цепи крепятся на осях и нажимных роликах, подпятник со сферической опорой установлен на выжимной винт на упорном подщипнике, бобышка содержит антифрикционную резьбовую втулку, оси выполнены пустотелыми с резьбой и коническим пояском по концам, нажимные ролики выполнены в виде тонкостенной обечайки, связанной посредством тонких шайб с пустотелой центральной втулкой нажимного ролика с резьбой и коническим пояском по концам, звенья выполнены из легкого прочного металла и крепятся на осях и нажимных роликах при помощи резьбовых заглущек с коническим пояском.
Недостатком известной конструкции является ее значительной вес и трудоемкость выполнения операции натяжения пальцево-роликовой цепи. Кроме того, в процессе работы возможен перекос и смещение натягивающего механизма центратора, что снижает надежность его работы.
Известен тросовый центратор (см. авторское свидетельство СССР на изобретение № 1324806, МПК В 23К 31/06, В 23К 37/04, опубл. 23.07.1987 г.), содержащий домкрат с подвижным корпусом и опорной плитой, натяжные блоки и тросы, смонтированные с возможностью взаимодействия с натяжными блоками и закрепленные своими концами на подвижном корпусе домкрата. Для расширения технологических возможностей за счет повышения усилия натяжения троса, натяжные блоки установлены на подвижном корпусе домкрата со стороны опорной плиты, а расстояние между осями блоков составляет 1,1-1,2 их диаметра. Тросы могут быть смонтированы с возможностью их намотки на натяжные блоки в несколько витков, а концы тросов закреплены на подвижном корпусе домкрата с помощью цапф. При этом цапфы могут быть попарно установлены на подвижном корпусе домкрата на различных расстояниях от опорной плиты.
Недостатком известного центратора является сложность конструкции натягиваюш,его элемента. При значительных нагрузках, возникающих при натяжении троса, возможен перекос поворотно-натяжных блоков и деформация осей, вплоть до их механического разрушения. Это снижает надежность центратора и затрудняет работу с центрирующим устройством. Кроме того, часть троса, намотанная на натяжные блоки, подвергается сильному механическому воздействию, в результате чего деформируется. При этом затрудняется придание тросу первоначальной формы для его повторного использования.
Известен также накидной трубный центратор (см. патент РФ на изобретение № 2016731, МПК В 23К 37/053, опубл. 12.11.1990 г.), состоящий из, по крайней мере, двух тросов, соединенных трубчатыми поперечинами, и механизма натяжения. Для упрощения конструкции, расширения диапазона центрируемых труб и уменьшения времени его переналадки на другой типоразмер, механизм натяжения выполнен в виде винта с крюком на одном конце, жестко закрепленным на одной из крайних поперечин, крюка-захвата, установленного на винте с возможностью перемещения, и эксцентриковой колодки с рычагом, закрепленной на винте с возможностью перемещения и взаимодействия с крюком-захватом.
Недостатком известной конструкции является трудоемкость и длительность выполнения операции натяжения гибкого элемента, что снижает производительность труда.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является устройство для правки и сборки под сварку кольцевых стыков труб - наружный центратор (см. авторское свидетельство СССР на изобретение № 1748985, МПК В 23К 37/053, опубл. 23.07.1992 г.), содержащее силовой механизм в виде домкрата с выдвижным штоком, гибкий элемент в виде двух петель из троса, концы которых закреплены в замках, соединенных со стяжкой, скользящие перемычки, связывающие обе петли троса между
собой, траверсу с двумя микровыключателями, закрепленную на конце выдвижного штока, микровыключатели, установленные на концах траверсы, электрически параллельно соединены между собой и связаны с силовым механизмом с возможностью его отключения. При этом известное устройство - наружный центратор снабжено установленным на корпусе силового механизма грузовым винтом, с гайкой которого кинематически связана стяжка, и опорными стойками, закрепленными на нижней поверхности корпуса силового механизма.
Недостатком известного устройства (наружного центратора) является трудоемкость выполнения операции натяжения гибкого элемента, требующей приложения значительной физической силы оператора. Кроме того, возможен разрыв между стяжкой и замками, на которые крепятся концы гибкого элемента, что снижает надежность центратора. При этом для переналадки центратора для работы с трубами значительно большего или меньшего диаметра необходима замена тросов на тросы соответствующей длины, что требует дополнительных затрат времени, снижая производительность выполнения работ. Наличие электрической части в центраторе усложняет его конструкцию вследствие необходимости использования источника питания и затрудняет применение центратора при отрицательных температурах вследствие возможного отказа электрической части.
Задачей настоящей полезной модели является создание наружного центратора простой надежной конструкции, повышающей производительность выполнения работ и улучшающей условия труда за счет снижения трудоемкости операций по монтажу и демонтажу центратора, а также возможность использования центратора при работе с трубами большого диапазона диаметров и различных форм поперечного сечения без дополнительной переналадки.
Техническим результатом, достигаемым при решении поставленной задачи, является сокращение времени центровки и обеспечение равномерного распределения нагрузок по периметру соединяемых труб за счет выполнения составных частей наружного центратора (гибкого элемента, опорно-стягивающего элемента, силового механизма и дополнительной перемычки) в виде кинематических пар с геометрическим замыканием. При этом под кинематической парой с геометрическим замыканием понимается такое соединение двух относительно подвижных элементов, при котором элемент одного звена ограничивает определенное движение относительно элемента другого звена благодаря геометрической форме элементов (см. Крайнев А.Ф. Механика машин. Фундаментальный словарь. -М.: Машиностроение, 2001, с. 256).
Поставленная задача достигается тем, что наружный центратор, содержащий гибкий элемент, охватывающий стыки двух труб, силовой механизм, перемычки, связывающие участки гибкого элемента, находящиеся на стыках разных труб, и опорностягивающий элемент, согласно полезной модели, снабжен, по крайней мере, одной дополнительной перемычкой, жестко закрепленной на гибком элементе, при этом опорно-стягивающий элемент содержит соединенные между собой плиту и опору силового механизма, причем одна из сторон плиты выполнена с возможностью закрепления на ней гибкого элемента, а другая - в виде упора для дополнительной перемычки, при этом в центральной части плиты выполнено отверстие для размещения силового механизма, а опора силового механизма, размещена над отверстием в плите.
Целесообразно выполнение гибкого элемента в виде троса, при этом на одном конце троса предпочтительно выполнить петлю, а свободные концы жестко закрепить дополнительной перемычкой. Возможно выполнение гибкого элемента в виде двух тросов, закрепленных между собой перемычками.
Каждая перемычка может быть выполнена в виде параллелепипеда, на верхней грани которого размещены кольца со стопорными болтами для фиксации гибкого элемента.
Перемычки, ближайщие к опорно-стягивающему элементу, целесообразно выполнять из стали в виде параллелепипеда, на верхней грани которого имеются пазы для размещения гибкого элемента, при этом в перемычке выполнены два сквозных отверстия для размещения регулирующих болтов. К торцу резьбовой части регулирующих болтов жестко прикреплены стальные кольца.
Предпочтительно выполнение дополнительной перемычки, содержащей нижнюю часть в виде параллелепипеда, на верхней грани которого выполнены два паза для расположения гибкого элемента, и верхнюю часть, по крайней мере, из одного параллелепипеда, на нижней грани которого выполнены пазы для размещения гибкого элемента, при этом верхняя и нижняя части жестко соединены между собой. Целесообразно выполнение верхней части дополнительной перемычки, состоящей из двух параллелепипедов меньшего размера.
Предпочтительно выполнение плиты со стороной, контактирующей с трубой, имеющей профиль трубы в месте контакта. Кроме того, сторона плиты, контактирующая с трубой, снабжена дополнительными накладками в виде пластин. Одну сторону плиты опорно-стягивающего элемента предпочтительно снабжать Г-образным выступом для закрепления на нем гибкого элемента. При этом на верхней грани упора для
дополнительной перемычки, расположенного на другой стороне плиты, необходимо выполнить два паза для размещения гибкого элемента.
Отверстие в центральной части плиты для размещения силового механизма может быть выполнено в виде окружности или многоугольника.
Опора силового механизма может быть выполнена в виде пластины. При этом опору силового механизма целесообразно соединять с плитой с помощью, по крайней мере, трех стоек, расположенных равномерно по контуру опоры силового механизма.
В качестве силового механизма может быть использован гидравлический домкрат.
Выполнение составных частей наружного центратора в виде кинематических пар с геометрическим замыканием, без жесткого непосредственного дополнительного соединения друг с другом, позволяет повысить надежность центратора и упростить его конструкцию. При этом снижается трудоемкость операции по монтажу и демонтажу центратора, поскольку отсутствует дополнительное механическое соединение, например, стяжками, болтами, винтами и пр. между элементами, фиксирующими гибкий элемент, и опорно-стягивающим элементом. Кроме того, при выполнении нескольких дополнительных перемычек возможно использование центратора без переналадки при работе с трубами разного диаметра и форм поперечного сечения, что повышает производительность труда и облегчает работы по центровке стыков труб.
Полезная модель поясняется следующими чертежами: на фиг. 1 изображен пример выполнения наружного центратора, смонтированного на стыке труб, в исходном положении, общий вид; на фиг. 2 изображен пример выполнения наружного центратора, смонтированного на стыке труб, в рабочем положении, общий вид; на фиг. 3 изображен пример выполнения перемычки, связывающей участки гибкого элемента, находящиеся на стыках разных труб, вид сбоку; на фиг. 4 - то же, вид сверху; на фиг. 5 изображен пример выполнения перемычки, ближайшей к опорно-стягивающему элементу, вид сбоку; на фиг. 6 изображен пример выполнения дополнительной перемычки, вид сбоку; на фиг. 7 - то же, вид сверху; на фиг. 8 изображен пример выполнения опорно-стягивающего элемента, вид сбоку; на фиг. 9 - то же, вид сверху; на фиг. 10 изображено сечение А-А на фиг. 9; на фиг. 11 изображено частичное сечение Б-Б на фиг. 9.
Пунктирной линией на фиг. 3-5, 7, 9 и 10 показано расположение гибкого элемента (троса) во время эксплуатации наружного центратора.
W опора силового механизма 2; 8 - упор на плите 6; 9 - отверстие, выполненное в центральной части плиты 6; 10 - кольца; 11 - перемычка, ближайшая к опорностягивающему элементу; 12 - пазы в перемычке И; 13 - регулирующие болты; 14 стальные кольца, прикрепленные к торцу регулирующих болтов 13; 15 - пазы на дополнительной перемычке 5 для размещения гибкого элемента 1; 16 - дополнительные накладки на плиту 6; 17 - Г-образный выступ на плите 6; 18 - пазы на упоре 8 для размещения гибкого элемента 1; 19 - стойки, соединяющие опору 7 силового механизма 2 с плитой 6. Наружный центратор содержит гибкий элемент 1, силовой механизм 2, перемычки 3, связывающие участки гибкого элемента 1, находящиеся на стыках разных труб 4, опорно-стягивающий элемент, а также дополнительную перемычку 5, жестко закрепленную на гибком элементе 1 (фиг. 1 и 2). Опорно-стягивающий элемент содержит соединенные между собой плиту 6 и опору 7 силового механизма 2. При этом одна из сторон плиты 6 выполнена с возможностью закрепления на ней гибкого элемента 1, а другая - в виде упора 8 для дополнительной перемычки 5. Кроме того, в центральной части плиты 6 для размещения силового механизма 2 выполнено отверстие 9, над которым расположена опора 7 силового механизма 2 (фиг. 1,2, 8 и 9). Гибкий элемент 1 может быть выполнен, например, в виде троса, на одном конце которого выполнена петля, а свободные концы жестко закреплены между собой дополнительной перемычкой 5. Гибкий элемент 1 может быть также выполнен в виде двух тросов, которые закреплены между собой перемычками 3. В этом случае необходимо размещение дополнительных перемычек 5 на обоих концах гибкого элемента 1, взаимодействующего с опорно-стягивающим элементом (фиг. 1 и 2). Перемычки 3 размещены по длине троса, при этом предпочтительно их равномерное распределение по всей длине троса. Каждая перемычка 3 может представлять собой параллелепипед, например, со скошенными углами, на верхней грани которого размещены кольца 10, в которые пропущен гибкий элемент 1. При этом кольца 10 снабжены в верхней части отверстиями для размещения стопорных болтов для фиксации гибкого элемента 1 (фиг. 3 и 4). С каждой из сторон опорно-стягивающего элемента целесообразно размещать альную перемычку 11 в виде параллелепипеда, на верхней грани которого выполнены пазы 12 для размещения гибкого элемента 1, при этом в перемычке 11 выполнены два сквозных отверстия для размещения регулирующих болтов 13, к торцу резьбовой части которых жестко прикреплены стальные кольца 14 (фиг. 1, 2 и 5). Дополнительная перемычка 5, жестко закрепленная на свободных концах гибкого элемента 1, соединяя их друг с другом, может состоять из жестко соединенных между собой двух частей: нижней и верхней, каждая из которых выполнена в виде параллелепипеда. При этом на верхней грани нижней части дополнительной перемычки 5 выполнены два паза 15 для размещения гибкого элемента 1. Такие же пазы 15 выполнены на нижней грани верхней части дополнительной перемычки 5. Предпочтительно выполнение верхней части из двух равновеликих параллелепипедов, суммарный размер которых приблизительно равен размеру нижней части. При этом на их нижней грани выполнено по одному пазу 15 для размещения гибкого элемента 1. Профиль пазов 15 в гранях должен соответствовать профилю гибкого элемента 1, например, окружность в случае выполнения гибкого элемента 1 в виде троса. Тогда профиль пазов 15 будет представлять собой полуокружность, диаметр которой будет равен половине диаметра троса (фиг. 6 и 7). Предпочтительно выполнение плиты 6, сторона которой контактирует с трубой 4, имеющей профиль аналогичный профилю трубы 4. Кроме того, для увеличения механической прочности плиты 6 возможно, чтобы сторона, контактирующая с трубой 4 была снабжена дополнительными накладками 16 в виде пластин (фиг. 8). Сторона плиты 6, выполненная с возможностью закрепления на ней гибкого элемента 1 может представлять собой Г-образный выступ 17, на котором либо закрепляется петля на конце гибкого элемента 1, например, троса, либо в который упирается боковая грань дополнительной перемычки 5, закрепленная на одном из концов гибкого элемента 1 (фиг. 1,2, 8 и 10). Другая сторона плиты 6, выполненная в виде упора 8 для дополнительной перемычки 5, может представлять собой плоский прямоугольный выступ, при этом верхняя грань выступа снабжена двумя пазами 18 для размещения гибкого элемента 1. Выполнение пазов 18 на упоре 8 аналогично выполнению пазов 15 на дополнительной перемычке 5 (фиг. 1, 2, 9 и 11). В центральной части плиты 6 выполнено отверстие 9 круглой или прямоугольной формы. Предпочтительно, чтобы форма отверстия 9 соответствовала наружному профилю силового механизма 2, например, гидравлического домкрата. Над отверстием 9 расположена опора 7 силового механизма 2, например, пластина, которая может иметь овалообразный, круглый или многоугольный контур - упор для тяги силового механизма 2, например, штока гидравлического домкрата. Пластина соединена с плитой 6 при помощи, например, трех стоек 19, расположенных равномерно по контуру опоры 7 силового механизма 2, например, пластины (фиг. 1,2, 8 и 9).
На гибком элементе 1 возможно размещение нескольких дополнительных перемычек 5. При этом расстояние между дополнительными перемычками 5 должно быть пропорционально внешнему диаметру труб 4, стыки которых будет центрировать устройство.
Наружный центратор работает следующим образом.
При первом использовании центратора предложенной конструкции гибкий элемент 1, например, металлический трос, сгибают, образуя петлю на одном из его концов. На образовавшиеся две части троса размещают перемычки 3, продевая трос через кольца 10 на верхней части перемычек 3 и фиксируя их стопорными болтами. На свободном конце троса размещают дополнительную перемычку 5. При этом длина троса от дополнительной перемычки 5 до петли будет соответствовать внещнему диаметру центрируемой трубы 4. Возможно размещение нескольких дополнительных перемычек 5 для центрирования труб 4 различных диаметров при помощи одного и того же гибкого элемента 1 без его переналадки. В этом случае дополнительные перемычки 5, не контактирующие с опорно-стягивающим элементом, выполняют функцию перемычек 3. Дополнительную перемычку 5 размещают следующим образом. Ослабляют соединение верхней и нижней частей дополнительной перемычки 5 между собой, одевают ее на гибкий элемент 1 - трос, размещая его в соответствующих пазах 15 на верхней и нижней частях дополнительной перемычки 5, и жестко стягивают болты, соединяющие верхнюю и нижнюю части дополнительной перемычки 5, прочно закрепляя ее на гибком элементе 1.
Плиту 6 с дополнительными накладками 16 и опору 7 силового механизма 2, соединенную с нею, размещают в верней части труб 4, таким образом, чтобы одна часть плиты 6 находилась на одной трубе 4, а другая часть - на другой трубе 4. При этом в отверстие 9 на плите 6 предварительно размещают силовой механизм 2.
При выполнении плиты 6 с одной стороной, имеющей такой же профиль, как и труба 4, ее легче разместить на трубе 4 в исходном положении, и не требуется ее дополнительная фиксация до приведения центратора в рабочее состояние.
Петлю троса накидывают на сторону плиты 6, имеющую Г-образный выступ 17. Свободные концы троса пропускают под трубой 4 и размещают соответствующую для данного диаметра трубы 4 дополнительную перемычку 5 между упором 8 на плите 6 и стойками 19, соединяющими опору 7 силового механизма 2 и плиту 6. При этом гибкий элемент 1 - трос проходит через соответствующие пазы 18 на упоре 8 (фиг. 1).
обусловлено тем, что все тяжелые грузовые машины аварийной газовой и прочих служб оснащены подобным домкратом и, таким образом, не требуется дополнительного специального оборудования при работе с центратором.
Шток домкрата упирается с опору 7, например, пластину, размещенную над отверстием 9. Происходит подъем плиты 6 относительно наружной кромки трубы 4. При этом дополнительная перемычка 5 упирается в упор 8 на плите 6, а петля троса фиксируется за Г-образный выступ 17 на плите 6 (фиг. 2). Трос натягивается, центрируя кромки стыков труб 4. При этом для более равномерного распределения механического воздействия на опорно-стягивающий элемент с его обеих сторон размещают стальные перемычки 11, выполненные в виде параллелепипеда. При этом трос размещается в пазах 12, выполненных на верхней грани перемычки 11. Поворотом регулирующих болтов 13 возможно перемещение перемычки 11 относительно поверхности трубы 4. При этом угол наклона троса по отношению к опорно-стягивающему элементу приближается к 180. Благодаря этому нагрузка на Г-образный выступ 17 и упор 8, выполненные на плите 6, а также на поверхность плиты 6, контактирующей с трубой 4, распределяется более равномерно. Регулирующие болты 13 взаимодействуют с трубой 4 посредством стальных колец 14, жестко прикрепленных к торцу резьбовой части регулирующих болтов 13. Наличие стальных колец 14 обусловлено малой прочностью и возможностью деформации (сплющивания) резьбовой части регулирующих болтов 13. Для более эффективного выравнивая кромок труб 4 и уменьшения усилия, прикладываемого при центровке кромок труб 4, целесообразно размещение регулирующих болтов 13 ближе друг к другу.
После окончательной центровки кромок труб 4 осуществляют их соединение, например, посредством сварки. После окончания работ стравливают воздух из гидравлической системы домкрата, его щток опускается и, соответственно, опускается плита 6 опорно-стягивающего элемента. Натяжение троса ослабляется и его можно снять с плиты 6. Для следующей центровки достаточно снова установить на верхней части трубы 4 плиту 6 и соединить с ней центрирующий гибкий элемент 1.
Использование наружного центратора позволяет упростить конструкцию известных устройств, облегчить процесс центрирования стыков труб, сокращая время центровки на любых диаметрах в диапазоне соединяемых труб без переналадки, значительно повышая производительность труда.