Автоматическая система для термической обработки труб

 

Изобретение относится к системам для термической обработки (ТО) труб (Т). Система содержит индуктор (И) 4, установленный на тележке, которая перемещается по Т за счет соединения тележки гибкой связью с приводом II. В процессе ТО датчиками (Д) 7 и 8 измеряется текущая температура Т в зоне ТО, сравнивается с заданиями в блоке 14 управления. В случае отклонения заданных температур от текущей изменяются или мощность подводимая к И 4, или скорость перемещения тележки, мощность изменяется в зависимости от показаний Д 7, а скорость - Д 8. За И 4 расположено устройство 13 охлаждения, соединенное с подвижным средством. 1 з. п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение касается автоматизации термический обработки и может использоваться для обработки труб, установленных непосредственно на технологическом объекте, что исключает необходимость их демонтажа.

Известна система автоматического управления нагревом заготовок в проходной индукционной печи, содержащая, в частности, датчик температуры заготовок, установленный после печи, соединенный с системой управления изменением мощности печи [1] Недостатками известной системы являются: невозможность термической обработки труб непосредственно на месте их установки на технологическом объекте; измерение температуры заготовки после печи, т.е. когда заготовка в месте измерения температуры уже вышла из печи, что приводит к снижению качества термообработки в целом по длине заготовки.

Известно устройство для нагрева изделий при поточном производстве, содержащее, в частности, индуктор, соединенный с источником питания и через контактор и реле времени с датчиком перемещения изделия (авт. св. N 840162). Недостатками известного устройства являются: необходимость демонтажа трубы для ее обработки, т.к. индуктор не приспособлен для перемещения вдоль трубы. В известном устройстве труба перемещается через индуктор; управление нагревом по времени подвода к индуктору мощности и отсутствие датчика температуры трубы, позволяющие измерять температуру трубы непосредственно при ее обработке, это в конечном итоге приводит к снижению качества термообработки трубы.

Наиболее близким к изобретению является устройство индукционного нагрева ферромагнитного материала, содержащее индуктор, установленный на тележке и соединенный через регулятор с источником питания и выходом процессора. Вход процессора соединен с датчиком температуры изделия. Указанное измерение возможно за счет использования световода, пропущенного одним концом сквозь витки катушки и подведенного другим концом к датчику температуры (цветовым пирометром). Кроме того, известное устройство содержит привод, соединенный с подвижной катушкой для измерения ее положения [2] Недостатками известного устройства являются: необходимость демонтажа трубы для ее обработки, поскольку устройство в целом стационарно; Задачей решаемой изобретения является автоматизированная термическая обработка трубы по ее длине, осуществляемая без демонтажа трубы на ее как прямолинейных, так и криволинейных участках.

Поставленная задача решается за счет того, что автоматическая система для термической обработки труб, содержащая датчик температуры трубы в рабочей зоне индуктора, соединенный через блок управления с источником питания индуктора, регулятор, соединенный с приводом подвижного средства, на котором установлен индуктор, отличающаяся тем, что она снабжена вторым датчиком температуры в рабочей зоне индуктора, соединенного с блоком управления и расположенном на переднем краю рабочей зоны индуктора по направлению его перемещения. Кроме того, система имеет устройство охлаждения обработанного участка трубы, расположенное за индуктором и соединенное с подвижным средством.

На чертеже представлена автоматическая система для термической обработки труб, которая содержит несущий каркас 1 подвижного средства, на котором устанавливается технологическое оборудование. Каркас 1 выполнен из множества элементов, гибко связанных между собой. Такими элементами могут быть, например, небольшого размера тележки, выполненные из немагнитных и жаростойких материалов, имеющих достаточную конструкционную прочность при температуре порядка 1100^оС, бруски из керамических материалов, снабженных катками или колесами, разъемные круговые незамкнутые арочные конструкции, опирающиеся через катки или колеса на обрабатываемую трубу. Все элементы (соседние элементы) соединены между собой гибкой связью, что обеспечивает перемещение каркаса 1 не только на прямолинейных, но и на криволинейных участках обрабатываемой трубы.

Каркас 1 с помощью нескольких гибких тяг соединен с передним и задним фланцами 2, которые выполнены разъемными и имеют перемещающиеся в радиальном направлении опорные катки, что позволяет устанавливать подвижное устройство на трубы с различными наружными диаметрами. Поверх каркаса установлена терморегулирующая обечайка 3, выполненная, например, из набора асбестовых листов, кремнеземной ткани, термостойкой минеральной ваты. Поверх обечайки 3 установлен (намотан) гибкий водоохлаждаемый индуктор 4. Между витками индуктора 4 и в отверстиях обечайки 3 смонтированы переходники 5, 6 имеющие оптические каналы к поверхности обрабатываемой трубы. На указанные переходники установлены датчики 7, 8 температуры пирометры спектрального отношения. К крюкам 9 переднего (по ходу перемещения) фланца 2 подвижного средства подсоединена система тросов 10 тянущего устройства 11, в качестве которого может быть использована электрическая лебедка. Привод (электродвигатель) тянущего устройства 11 подсоединен к регулятору 12 скорости, выполненному, например, по релейной схеме, обеспечивающей определенную циклограмму периодов включения и пауз между ними, чтобы скорость перемещения подвижного устройства лежала в интервале значений, определяемых технологией термообработки. К заднему (по ходу перемещения) краю каркаса 1 прикреплено устройство 13 охлаждения обработанного участка трубы. В качестве такового могут быть использованы, например, теплоизолирующая обечайка, устройство, обеспечивающее обдув воздухом различной влажности обработанного участка трубы, водоохлаждаемые пластины. Датчики 7, 8 температуры соединены со входами блока 14 управления, выход которого соединен с управляемым источником 15 питания индуктора 4. В качестве управляемого источника 15 питания может быть использован источник питания переменного тока частотой 2400 Гц, соединенный через контактор с индуктором. Кроме того, датчик 8 температуры соединен с регулятором 12 скорости.

Работа автоматической системы для термической обработки труб осуществляется следующим образом. После установки на трубу каркаса 1, фланцев 2, устройства 13 охлаждения и выполнения всех механических и электрических соединений производится включение системы. Температура обрабатываемого участка трубы контролируется датчиками 7, 8. При этом переходник 5 датчика 7 температуры расположен в наиболее нагретом участке трубы в середине намотки индуктора 4. Этот датчик ограничивает значение температуры нагрева трубы сверху. Сигнал с датчика 7 поступает на блок 14 управления, состоящий, например, из двух приборов типа КСП-2 и релейной схемы. Блок 14 управления имеет следующий алгоритм функции нагревания: он отключает источник питания 15 от индуктора 4 при превышении текущей температуры (измеряется датчиком 7) заданного верхнего значения температуры и подключает источник 15 питания к индуктору 4 при снижении температуры (измеряется датчиком 7) от заданного верхнего значения температуры. За счет этого поддерживается в течение всего времени термообработки заданная верхняя граница температуры.

При постановочных экспериментах с трубой определенного типоразмера и материала определяются границы участка трубы нагретого до рабочего диапазона температур. Длина указанного участка L_раб трубы характеризует рабочую зону термообработки. Необходимо чтобы каждый элементарный участок обрабатываемой части трубы находился нагретым до определенной температуры в течение определенного, заданного по технологии периода (τ_выд) времени. Тогда при движущемся вдоль трубы индукторе 4 необходимая выдержка любого элементарного участка длины трубы при заданной температуре будет обеспечиваться, если скорость передвижения индуктора (V_инд) не будет превышать значения определяемого соотношением V_инд.≅ При этом предполагается, что на концах трубы, подлежащей термической обработке, устанавливаются участки фальштрубы, которые позволяют обработать трубу на всей длине.

Значение скорости протяжки
V_инд.= является максимальным и оно закладывается в регулятор 12 скорости протяжки индуктора 4 и, следовательно, ограничивает скорость протяжки сверху. Установка датчика 8 температуры (на переднем, фронтальном рубеже рабочего участка нагрева) позволяет ограничить скорость протяжки снизу, т. е. этот датчик температуры выдает регулятору 12 скорости разрешающую команду на протяжку индуктора 4, если температура в месте его установки достигла значения, соответствующего нижнему пределу температуры трубы.

Установка двух датчиков 7, 8 температуры позволяет оператору достаточно просто фиксировать достоверность показаний как одного, так и другого датчика.

Использование устройства 13 охлаждения обработанного участка трубы позволяет получить необходимую по технологии термообработки скорость охлаждения, которая может отличаться от скорости естественного охлаждения трубы на воздухе.

Использование изобретения позволяет производить термическую обработку труб в автоматическом режиме без их предварительного демонтажа с места технологической установки, что предопределяет существенный экономический эффект при высоком качестве термообработки.

Формула изобретения

1. АВТОМАТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ДЛЯ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ТРУБ, содержащая подвижное средство с установленным на нем индуктором, источник питания, соединенный через блок управления с индуктором, датчик температуры, соединенный с блоком управления, привод подвижного средства, регулятор, отличающаяся тем, что она снабжена дополнительным датчиком температуры, соединенным с блоком управления и через регулятор - с приводом подвижного средства и расположенным на переднем краю рабочей зоны индуктора по направлению его перемещения, а основной датчик температуры размещен в рабочей зоне индуктора.

2. Система по п.1, отличающаяся тем, что она снабжена устройством охлаждения обработанного участка трубы, расположенным за индуктором и соединенным с подвижным средством.

РИСУНКИ

Рисунок 1