info@svartek.ru
I. Введение
Как известно, сегодня промышленность широко использует трубы в качестве основного материала для различных конструкций. Естественно, основным назначением для труб остается изготовление и монтаж различных систем и трубопроводов для жидких, газообразных и — реже — сыпучих сред. В этих случаях используется свойство труб выдерживать давление рабочей среды (как внутри, так и снаружи), а одним из основных рабочих параметров конструкции является ее герметичность. Однако все чаще трубы применяют и в качестве силового элемента различных строительных конструкций, в которых оказываются важными механическая прочность и устойчивость труб. В самом деле, с точки зрения сопротивления материалов и строительной механики кольцевое сечение оказывается практически идеальным: при минимальной массе (определяемой толщиной стенки) за счет максимального удаления стенок от геометрического центра труба имеет момент инерции, позволяющий легко выдерживать как сжимающие, так и изгибные нагрузки (в том числе и знакопеременные). При этом только лишь подбором геометрических размеров (диаметр и толщина стенки) можно предотвратить такое неприятное явление, как потеря устойчивости.
II. Типы соединений и резов на трубах
Назначение той или иной трубной конструкции и типы соединений диктуют типы применяемых соединений. Наиболее распространенные типы соединений приводятся на Рис. 1 и в Таблице 1.
Многообразие типов трубных соединений диктует необходимость выполнения во время заготовительных работ большого количества разнообразных резов. В общем виде можно составить следующую классификацию резов трубных заготовок:
По видам изделий, которые подвергаются резке:
— резка концов труб,
— вырезка отверстий в трубах;
По скосам кромок:
— без скоса кромки,
— со скосом кромки постоянного сечения (с постоянным углом кромки),
— со скосом кромки переменного сечения (с переменным углом кромки).
Резы концов труб можно систематизировать как:
По назначению, то есть по предназначенности для последующего соединения:
— резы свободных концов труб и труб для стыковых соединений, то есть резы прямолинейного профиля,
— резы патрубков для Т-образных соединений, то есть резы криволинейного профиля.
Эти резы, в свою очередь, можно разделить на резы для соединений с осевым или внецентренным расположением, с прямым или острым углом.
При этом необходимо помнить, что Т-образные соединения с патрубками могут быть двух видов:
— входящие: диаметр отверстия основной трубы больше наружного диаметра патрубка,
— притыкаемые: диаметр отверстия основной трубы равен внутреннему диаметру патрубка.
Прямолинейные резы делятся по перпендикулярности реза к оси трубы:
— перпендикулярные резы,
— резы под углом к оси трубы.
Отверстия в трубах:
Форма отверстий:
— круглая (для патрубков, присоединяемых под прямым углами),
— эллипсная (для патрубков, присоединяемых под острыми углами),
— прямоугольная (с или без радиусов на углах);
Расположение центра отверстий:
— осевое — с расположением центра отверстия по оси трубы,
— внецентренное — с расположением центра отверстия вне оси трубы.
Некоторые виды резов концов труб приведены на Рис. 2 и 3, а отверстия в трубах — на Рис. 4.
III. Классификация оборудования для термической резки труб
Прежде чем перейти к рассмотрению конкретных типов оборудования, рассмотрим общие вопросы и классификацию оборудования.
Для термической резки труб, как и для листового проката, используются все известные методы — газо-кислородная, плазменная и лазерная резка. Применение того или иного метода может быть положено в основу самой простой классификации оборудования для резки. Вторым уровнем классификации можно считать степень автоматизации процесса резки; как и любое другое оборудование, труборезные установки можно разделить на ручные, механизированные (полуавтоматические) и автоматические. Критерием классификации можно считать механизацию одного из трех действий:
— установка режущего инструмента (газовой горелки или плазмотрона) на линию реза,
— зажигание и гашение пламени (плазменной дуги),
— перемещение режущего инструмента по линии реза.
Если хотя бы одно из этих действий механизировано, то оборудование можно считать полуавтоматическим. Автоматическим в данном случае будет считаться только оборудование, в котором автоматически выполняются все три действия.
Поскольку одной из основных областей применения труборезных машин для термической резки является строительство трубопроводов и изготовление и монтаж строительных металлоконструкций, важное значение имеет мобильность этих машин. Может быть предложена следующая классификация:
— Стационарные машины:
Предназначены для работы в цехах специализированных трубозаготовительных предприятий. Эти машины предъявляют повышенные требования к размещению (горизонтальность полов, специальные фундаменты) и условиям эксплуатации (напряжение питания, температура, влажность);
— Мобильные (передвижные) машины:
Могут использоваться как в качестве стационарных (для работы в цехе), так и вывозиться непосредственно на строительную площадку или монтажный участок. Нетребовательны к условиям эксплуатации, могут работать от передвижных электростанций с нестабильными параметрами напряжения;
— Переносные машины:
Переносятся практически вручную и монтируются для работы непосредственно на разрезаемой трубе. Основной классификацией является классификация по возможности выполнения тех или иных резов.
Для составления такой классификации необходимо обратиться к классификации самих резов, точнее каким-то образом соотнести различные типы резов с теми или иными перемещениями режущего инструмента и разрезаемой трубы друг относительно друга. Эти перемещения можно представить в виде осей некоей системы координат, приведенной в Таблице 2 (с предположением, что ось трубы горизонтальна).
Совершенно очевидно, что осуществить перемещения для режущего инструмента гораздо проще, чем для разрезаемой трубы (за исключением вращения трубы вокруг своей продольной оси). Поэтому перемещения режущего инструмента являются основными для всех машин термической резки труб.
IV. Основные типы оборудования для термической резки труб.
4.1. Переносные машины для термической резки труб
Переносные машины, называемые иногда общим словом «труборезы», являются самым простым типом оборудования для термической резки труб. Как правило, они предназначены для выполнения наиболее простых видов резов, то есть резов труб прямолинейного профиля без скоса кромки или со скосом кромки с постоянным углом. Сфера применения таких машин очень широка, но наибольшая часть их сосредоточена в организациях, которые занимаются укладкой магистральных трубопроводов, а также изготовлением и монтажом трубных строительных конструкций (ферм).
Следуя данным Таблицы 2, можно определить, что такое оборудование с точки зрения управления представляет собой одноосевой или (максимум) двухосевой типы. Первой (и основной) осью системы координат является перемещение режущей горелки по окружности вокруг трубы, второй — наклон горелки по отношению к продольной оси трубы (прямой угол — резка без скоса кромки, отклонение горелки от прямого угла — резка со скосом кромки). Стоит отметить, что угол наклона горелки устанавливается вручную и обычно не меняется на протяжении всего реза.
Переносные машины представляют собой самодвижущиеся каретки, на которых размещается режущая горелка, закрепленная в каком-либо держателе. Каретка перемещается вокруг трубы со скоростью, равной скорости резки. Держатель горелки позволяет выполнять следующие перемещения горелки:
1) Вертикальное перемещение горелки для регулировки дистанции резки. Для этого на корпусе резака удобнее всего установить зубчатую рейку и осуществлять перемещение при помощи небольшой шестерни.
2) Поворот горелки практически на любой угол в плоскости продольной оси разрезаемой трубы (для резки со скосом кромки).
3) Поворот горелки в плоскости реза (применяется редко, так как толщины стенок труб невелики и не требуют наклона горелки при резке).
4) Горизонтальное перемещение горелки вдоль продольной оси трубы. Держатель горелки устанавливается на выдвижной штанге, которая перемещается при помощи шестерни и зубчатой рейки. Это очень важный узел, который выполняет одновременно две функции:
— во-первых, позволяет точно установить горелку над линией реза,
— во-вторых, дает возможность выполнять пробивку металла не на линии реза, а где-нибудь в стороне.
Таким образом, удается избежать появления обычного кратера пробивки на самом резе. Необходимо отметить, что вертикальное и горизонтальное перемещение горелки являются именно регулировочными, выполняются вручную до начала процесса резки и, следовательно, не могут считаться управляемыми перемещениями в системе координат резки. Часто при резке труб с большой овальностью на суппорте крепления режущей горелки устанавливают простейшие контактные системы отслеживания дистанции резки.
Одними из основных свойств переносных машин должны быть их компактность и простота управления, поэтому подобное оборудование часто имеет ручной привод перемещения вокруг трубы — чаще всего это просто рукоятка, вращение которой посредством редуктора передается на приводные опорные ролики или шестерню цепного привода. Однако, для повышения производительности применяют также механизированные приводы (чаще всего это электрический привод, но встречаются модели с пневматическим или гидравлическим приводом).
Основное различие различных типов этого вида оборудования заключается как раз в принципе перемещения вокруг трубы. В СССР наиболее распространенным видом такого оборудования была машина марки «Орбита», перемещавшаяся вокруг трубы при помощи зубчатой шестерни, которая «перебирала» звенья роликовой цепи, натянутой на трубе. Ролики каретки в этом случае служат только для устойчивости каретки на трубе. Такой тип труборезных машин носит название цепных. Следует, однако, отметить, что такой принцип перемещения является не самым лучшим с точки зрения точности резки и не обеспечивает гарантированной перпендикулярности реза продольной оси трубы. Это связано с тем, что из-за необходимости обеспечить перебор цепи шестерней цепь не удается натянуть настолько плотно, чтобы избежать ее перемещений и проскальзывания. Кроме того, натяжение цепи может ослабевать из-за вибрации, вызываемой машиной в процессе работы.
Вышеописанных недостатков лишены машины, перемещение которых производится по жестким зубчатым направляющим (бандажам). Бандажи представляют собой полукольца или секторы с зубчатой рейкой, устанавливаемые на трубе и закрывающиеся специальным замком. Так же, как и у цепных машин, ролики необходимы для устойчивости каретки на трубе. Точность позиционирования горелки получается существенно выше, но возникает необходимость изготавливать отдельные бандажи для каждого диаметра трубы.
Разновидностью машин с зубчатыми бандажам можно также считать машины, позиционируемые на трубе при помощи жестким направляющих, выполненных в виде полуколец. Кольца обеспечивают еще большую жесткость установки и позволяют использовать их на некий диапазон диаметров труб. Перемещение каретки в этом случае осуществляется за счет того, что ролики являются приводными, а полукольца обеспечивают только траекторию перемещения. Труборезы с жесткими направляющими позволяют работать на трубах с разбросом диаметров в 150-250 мм и удобны для применения при работах с диаметрами труб не более 400-450 мм и с узким диапазоном диаметров.
При работе с широким диапазоном диаметров труб наиболее удобны труборезные машины, перемещающиеся по гибким направляющим. Направляющие могут быть трех типов: перфорированные, зубчатые (встречаются довольно редко) или гладкие (бандажи). Гибкие направляющие плотно натягиваются на трубу и надежно фиксируют траекторию перемещения каретки с режущей горелкой. Перемещение каретки происходит либо за счет вращения шестерни, зубья которой попадают в отверстия перфорации, либо за счет протягивания бандажа через ряд приводных осей каретки. Такие труборезные машины наиболее удобны, так как обеспечивают высокую точность резки, а направляющие не только быстро и надежно монтируются на трубу, но и могут соединяться друг с другом.
Машины самоходного типа выпускаются компанией «Mathey Dearman» (США). По сути, это обычные переносные машины для газовой резки, однако производитель в своем каталоге поместил их разделе оборудования для резки труб. Машины серии «MugnaCut» представляют собой легкую самоходную каретку с электрическим приводом, на которой установлена горелка газовой резки. главной особенностью является то, что приводные ролики являются магнитными. За счет этого машина удерживается на поверхности трубы. К сожалению, точность резки на таком оборудовании будет невелика: неровности поверхности трубы неизбежно вызывают отклонения траектории перемещения каретки.
Кроме простых двухосевых переносных машин, известны также и переносные машины, которые можно отнести к трехосевым. Один тип этих машин предназначен для выполнения прямых резов концов труб под углом и криволинейных резов концов труб, второй — для вырезки отверстий в трубах и обечайках.
На первой из них режущая горелка крепится в передвижном суппорте, который за счет системы тяг и рычагов может перемещаться вдоль продольной оси трубы. Рычажная система вступает в работу при перемещении машины вокруг трубы. Машины достаточно сложны и неудобны в обслуживании, но позволяют производить резку патрубков с криволинейным профилем для Т-образных соединений. Второй тип трехосевой машины устанавливается на трубе, накрененный или засверленный центр отверстия фиксируется центрирующим штифтом. Центральная штанга вращается электрическим приводом или вручную, при этом машина отслеживает криволинейный контур поверхности, поднимая или опуская режущую горелку. Известны также машины для резки деталей сегментных отводов. Режущая каретка перемещается по жесткому кольцу, которое наклоняется относительно перпендикуляра к продольной оси трубы на угол до 22,5 градусов, что достаточно для сборки сегментного отвода из трех, четырех или пяти частей. Такие машины могут широко использоваться при прокладке магистральных трубопроводов и теплотрасс.