Система компенсации сварного шва

Содержание

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Система компенсации  сварного шва

1. Область применения

 

Изобретение относится к области  металлургии и наиболее эффективно может быть использовано при модернизации оборудования участка линии наружного антикоррозионного покрытия, предназначенного для нанесения наружного антикоррозионного покрытия на трубы диаметром 508-1420 мм с толщиной стенки 7-48 мм из стали класса прочности К38(В) - К65 (Х80), используемых для магистральных газо-нефтепроводов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Описание уровня техники с выделением аналогов и прототипа

 

Технология 3-слойного полиэтиленового  покрытия труб требует обязательного  достижения минимальной толщины  покрытия на всей поверхности трубы, будь то тело трубы или зона сварного шва, и обычно это означает, что на тело трубы приходится наносить дополнительный материал, чтобы обеспечить минимальную толщину покрытия на сварном шве.

Нанесение покрытия без  компенсатора сварного шва, как правило означает, что приходится наносить дополнительный материал на трубу для того, чтобы обеспечить соблюдение минимальной толщины покрытия над сварным швом, и в большинстве случаев это представляет собой дополнительный расход полиэтиленовых материалов в пределах от 25% до 50% (в зависимости от размера и формы сварного шва).

Прототип –  Механический способ компенсации сварного шва

В настоящее время  при нанесении покрытия труб  участка антикоррозионного покрытия используется механический способ компенсации  сварного шва. Сущность данного способа  компенсации заключается в осуществлении следующих операций. С целью утолщения покрытия в зоне сварного шва на направляющем ролике, расположенном после экструзионной головки, с двух сторон устанавливаются электромагнитные муфты с различным числом зубьев н шестернях (с одной стороны – 26, с противоположной – 22). При срабатывании индукционного датчика компенсации сварного шва подается сигнал на электромагнитную муфту (с меньшим количеством зубьев), соответственно происходит ускорение направляющего ролика и, как следствие, увеличивается подача полиэтилена в зоне сварного шва.

 

Фигура 1 - Механический способ нанесения компенсации сварного шва

Для достижения требуемых  результатов нанесения материалов покрытия на трубу при минимальном  расходе материала на кв. м. покрытия предлагается наносить отмеренное количество дополнительного материала вокруг сварного шва, при этом сохраняя минимальную толщину на самом теле трубы. Это достигается с помощью Аппликатора(Компенсатора сварного шва).

В зависимости от комплектации известны различные модели данного оборудования.

Аналог 1 – компенсатор сварного шва с применением двух гидроцилиндров

В состав данной установки  входят:

Механическое оборудование

• Резервуары с гидроцилиндрами, с установленными на них датчиками конечного положения

• Комплектная гидростанция объемом около 250 л., управления гидроцилиндрами (вкл. систему управления)

Система автоматического определения сварочного шва:

• Комплект лазерных датчиков обнаружение шва

• Микроконтроллер обнаружения шва

• Микроконтроллер управления цилиндрами

• Кнопочный пост ручного управления гидроцилиндрами

• PC визуализации и параметрирования работы аппликатора

При использовании данного  оборудования система компенсации  сварного шва работает следующим  образом:

Два резервуара с гидравлическими цилиндрами устанавливаются на существующий экструдер полиэтилена, непосредственно перед экструзионной щелевой головкой. Резервуары заполняются расплавленным материалом покрытия (полиэтиленом) под давлением экструдера и в дальнейшем регулировка компенсации шва происходит за счет своевременного выдвижения поршней гидравлических цилиндров.

Для управления гидроцилиндрами компенсации сварочного шва поставляется комплектная автономная система автоматического определения  положения сварочного шва и компенсации покрытия.

Эта система предназначена  для:

• Определения положения сварного шва;
• Управления гидроцилиндрами впрыска полиэтилена;
• Параметрирования режимов работы аппликатора и отображения

            его работы.

В общем виде работа комплекса заключается в  следующем:

Для точного  определения положения сварного шва используется комплект лазерных датчиков. Эти датчики выдают сигнал системе управления, и после параметрируемого времени задержки, материал покрытия вытесняется из резервуаров при  помощи гидравлических цилиндров. Что приводит к временному увеличению объема материала покрытия, вытесняемого из плоской щелевой головки.

Когда сварной  шов миновал систему компенсации, поршни гидравлических цилиндров устанавливаются в положение втягивания, и резервуары снова заполняются материалом от экструдера. Этот процесс повторяется при каждом обороте трубы.

Система компенсации  сварного шва не увеличивает общий  объем вытесненного материала. Она только более эффективно и равномерно распределяет вытесненный материал по поверхности трубы. Экономия материала достигается за счет:

• Точного определения положения сварочного шва;
• Быстродействия системы гидроцилиндров.

Общий вид установки представлен на фигуре 2.

Фигура 2 – Компенсатор шва с применением двух гидроцилиндров

 

Аналог 2 -  аппликатор с применением одного гидроцилиндра

В состав данной установки  входят:

1. Аппликатор сварного шва (один агрегат)
2. Гидравлический цилиндр (один агрегат) с аккумулятором, клапанами и соединительными шлангами
3. Комплект оборудования электроуправления
4. Лазерные сенсоры для обнаружения сварного шва и управления электрооборудованием.

Общий вид установки представлен на фигуре 3.

Фигура 3 – Аппликатор шва с одним гидроцилиндром

 

 

 

 

3. Цель курсовой работы

 

Целью заявленного технического решения является снижение расхода  основного материала (полиэтилена), используемого в технологии трехслойного наружного антикоррозионного покрытия, путем достижения минимальной разницы толщины наносимого покрытия по телу трубы и сварному шву в поперечном сечении трубы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Сущность

 

При нанесении покрытия без аппликатора сварного шва, полимерное полотно накладывается с одной определенной толщиной (полотно поступает из головки экструдера с постоянной скоростью и объемом). В результате, когда полотно полимера проходит над выступающим сварным швом, происходит местное растяжение (утонение) полимера.

Для решения проблемы утонения, разработан аппликатор(компенсатор сварного шва), который обеспечивает как постоянную, так и однородную заданную толщину покрытия и дает возможность значительного сокращения расхода материалов покрытия.

Система компенсации включает в себя накопитель, в который поступает (под давлением из трубы расплава) небольшой % общего объема материала, поступающего на головку экструдера.

Объем накопленного материала  равен объему материала, требуемого для увеличение толщины покрытия на сварном шве при каждом обороте трубы.

При каждом повороте покрываемой  трубы датчик, установленный под  трубой примерно в 500 мм перед головкой экструдера, обнаруживает сварной шов на вращающейся трубе, и автоматически с корректировкой времени приводит в действие гидравлический поршень, установленный в накопителе.

Поршень своевременно выталкивает  накопленный материал обратно в  трубу расплава, что моментально  увеличивает объем экструдируемого  материала через головку. Это  моментальное увеличение объема рассчитано таким образом, чтобы совпадать с прохождением сварного шва, таким образом, обеспечивая заданную толщину покрытия над сварным швом.

Скорость и объем  дополнительного материала можно  регулировать для достижения разных требуемых параметров, это будет  зависеть от размера трубы и состояния сварного шва.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5 Пример промышленной  реализации

 для производства  трубы Ø 1420 х 3,5 мм

1. Примерная экономия при снижении толщины изоляции

на трубах Ø 1420 х 3,5 мм:

Стоимость 1 кг Borcoat HE3450, руб	Толщина изоляции, мм	Плановый р/к, кг/м2	Толщина изоляции, мм	Расход материала  на 0,1 мм покрытия, кг/м2	Стоимость 1 м2, руб/м2
72,69	3,5	5,350	0,1	0,153	11,11

 

Толщина изоляции по ТУ, мм	Плано-вый р/к, кг/м2	Стои-мость   1 м2, руб	Толщи-на изоля-ции, мм	Скоррек-тированный р/к, кг/м2	Стоимость 1 м2, руб/м2	Ожидае-мая эконо-мия на 1 м2, руб/м2
3,5	5,350	388,89	3,5	5,350	388,89	0,00
3,5	5,350	388,89	3,4	5,197	377,78	11,11
3,5	5,350	388,89	3,3	5,044	366,67	22,22
3,5	5,350	388,89	3,2	4,891	355,56	33,33
3,5	5,350	388,89	3,1	4,739	344,45	44,44
3,5	5,350	388,89	3,0	4,586	333,34	55,56
3,5	5,350	388,89	2,9	4,433	322,22	66,67
3,5	5,350	388,89	2,8	4,280	311,11	77,78
3,5	5,350	388,89	2,7	4,127	300,00	88,89
3,5	5,350	388,89	2,6	3,974	288,89	100,00
3,5	5,350	388,89	2,5	3,821	277,78	111,11

 

Примечание:
Плановый р/к - плановая норма расхода полиэтилена на трубы Ø 1420 мм с толщиной изоляции 3,5 мм .
Стоимость 1 кг полиэтилена по факту

 

 

 

 

2. Формула изобретения

Система компенсации  сварного шва, включающая прикатывающий ролик, головку экструдера , отличающиеся тем, что с целю понижения расходов материала и повышением качества продукции, систему выполнили гидравлического типа  с накопителем для материала.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список литературы

 

1. Защита интеллектуальной собственности. Курс лекций / С.П. Галкин,  Е.В. Стопе, Е.В. Боярова. - ВФ МИСиС, 2009-187 с.
2. Техническая документация поставщика оборудования линии покрытия фирмы BAUHUIS
3. www.selrus.ru
4. www.tkps.ru
5. Edwards P.// "Modern. Plast" - 1989 - v. 19 - N 2 - P. 26-30/.
6.   28  С. 909-915 WO 92/03234 A1
7. 6  С. 05-1837-82/1544845 JP 62-19911 B2
8. . JP 61-36992 B JP 3-69587, 01.06.88