книги из ГПНТБ / Таран, Владимир Деомидович. Технология сварки и монтажа магистральных трубопроводов

Стыковая электрокоитактная сварка имеет две разновид­

АГРЕГАТ ДЛЯ КОНТАКТНОЙ СВАРКИ МАГИСТРАЛЬНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ

Передвижной агрегат для электрокоптактноп сварки (рис. 115) состоит из трех основных частей: сварочной головки 1 с кольцевым трансформато­ ром, трактора 2 со стрел­ кой и дизельной элек­ тростанции 3.

Сварочная головка

Сварочная головка пред­ назначена для зажатия

концов свариваемых труб, их центровки, осевого перемещения при оплавлении и осадки при сварке. В головку вмонтирован нагрева­

189

В широко применяемом сварочном агрегате КТСА переме­ щение (сближение) труб при оплавлении достигается благодаря механическому приводу с двигателем постоянного тока, обеспе­ чивающим регулирование скорости оплавления в пределах 0,15— 1,50 льм/сск. Для осадки предназначена гидравлическая система с четырьмя горизонтальными цилиндрами двойного действия. Гидропривод допускает скорость осадки 20 мм!сек.

На головке смонтирован пульт управления и гидравлические манифольды. Сварщик-оператор в процессе сборки и сварки стыка находится у пульта управления.

Головка агрегата КТСА для сварки труб диаметром 529 мм показана на рис. 116.

Вкорпусе сварочной головки расположены зажимные кулаки

иконтактные башмаки. Они являются сменными элементами,

что дает возможность, устанавливая соответствующие комплекты кулаков и башмаков, сваривать трубы разных диаметров. Мак­ симальный свободный вылет башмака принят 40 мм. Следова­ тельно, разность между наибольшим и наименьшим диаметрами труб, зажимаемых сварочной головкой, не должна превышать 80 мм. Обычно применяют головки трех размеров для трубо­ проводов следующих диаметров.

Гидравлическая система схематически показана на рис. 117. Источником гидравлической энергии является насос У ло­ пастного типа. Гидравлическая система снабжена аккумулятором масла 10, регуляторами давления 5 и 6 и радиатором 7, пред­ назначенным для охлаждения масла после нагрева в цилипдрах

головки и в насосе.

Масло в цилиндры сварочной головки (горизонтальные 1 и вертикальные 3) подается по стальным трубам, а затем по гиб­ ким шлангам, смонтированным на стреле трактора.

Пульт управления сварочной головки снабжен четырехходовымп кранами 2 и 4. Краном 4 осуществляется управление верти­ кальными цилиндрами, предназначенными для зажатия концов труб. На схеме показано такое положение крана 4, при котором масло подается в нижние полости цилиндров и поршень пере­ мещается вверх.

Для разжатия сварочной головки и освобождения труб пово­ рачивают кран 4, и масло из нагнетательной линии попадает

190

Кольцевой трансформатор

Сердечник трансформатора представляет собой кольцо или правильный замкнутый многогранник, набранный из электро­ технической листовой стали [28]. В процессе сварки труба на­ ходится внутри трансформаторного кольца. Сердечник разъем­ ный, состоит из двух половин, соединенных в верхней части шарниром.

Первичная обмотка 5 трансформатора (рнс. 118) расположена на сердечнике 4. В местах разъема сердечника плотность витков обмотки немного увеличена для компенсации магнитного сопро­ тивления в воздушных зазорах. Поверх первичной обмотки

обмотка является одновременно защитным кожухом первичной обмотки.

Концы вторичной обмотки прикреплены к медным контактным токоподводящим башмакам 3. Башмаки прижимаются к наружной поверхности концов труб, охватывая их по всему периметру стыка. Линия тока каждого вторичного витка замыкается через металл труб и стык между трубами.

Номинальное напряжение первичной обмотки 380 е, вторичной около 4,5 в. Сопротивление короткого замыкания сварочной ма­ шины с кольцевым трансформатором (благодаря особенностям конструкции вторичной цепи и ее небольшим размерам) во много раз меньше сопротивления короткого замыкания обычной уни­ версальной машины для олектроконтактной сварки.

Сварочпые кольцевые трансформаторы имеют жесткую элек­ трическую характеристику. Время сварочного процесса не­ значительно по сравнению с продолжительностью перерыва, в течение которого установка передвигается к следующему стыку и выполняются вспомогательные операции. Поэтому охлаждение кольцевого трансформатора воздушное, естественное. Это спо­ собствует упрощению конструкции трансформатора н уменьшению его габаритов.

Один пз первых кольцевых трансформаторов был разработан Институтом электросварки им. Е. О. Патона для труб диамет­ ром 377 .«.1? (рнс. 119). Токоподводящие башмаки, соединенные с концами вторичной обмотки, располагались симметрично отно­ сительно срединной плоскости трансформаторного железа.

Опытная сварка показала, что трансформатор такого типа обе­ спечивает резкое снижение потребляемой мощности. Процесс оплавления протекает удовлетворительно при удельной мощности всего лишь 0,7—1,0 кеа на 1 см2 поперечного сечения трубы. Коэффициент мощности при этом cos ср = 0,90 ~ 0,95. Однако расположение трансформатора непосредственно над стыком не давало возможности наблюдать за последним при сборке п цен­ тровке труб. Во время сварки вылетавшие из стыка брызги осе-

192

Рис. 119. Один из первых кольцевых трансформаторов.

1 — свариваемые трубы; 2 — контактные башмаки; з — вторичная обмотка; 4 — первич­ ная обмотка; 5 — сердечник.

Рис. 120. Кольцевой трансформатор с вторичным контуром несимметричной формы.

1 — сердечник трансформатора; 2 — первичная обмотка; з — вторичная обмотка; 4 — токоподводящие башмаки.

дали на внутренней поверхности трансформатора, что создавало угрозу пробоя изоляции и замыкания вторичных витков.

В следующей модели кольцевого трансформатора сердечник был смещен по оси трубопровода в сторону от стыка и вторич­ ный контур приобрел несимметричную форму (рис. 120). Это

194

улучшило наблюдение за центровкой труб и способствовало

т. е. два одинаковых трансформатора располагают симметрично относительно плоскости стыка. Вторичные обмотки обоих транс­ форматоров соединяют последовательно.

Для защиты обмоток от брызг металла используют листовые металлические (медные) отражатели. На рис. 122 показан мо­ мент сварки установкой со спаренными трансформаторами.

Рис. 121. Спаренные трансформаторы (разрез).

; — вторичная обмотка; 2 — первичная обмотка; з — сердечник; 4 — перемычка вторич­ ной обмотки; 5 — токоподводящие башмаки.

Для удобства работы расстояние между контактными башма­ ками должно быть по возможности большим. Однако увеличение выступающих концов приводит к удлинению железной части вторичного контура, что способствует возрастанию электрических

потерь трансформатора и ухудшает технико-экономические пока­ затели его работы.

Влияние длины выступающих концов труб на электрические параметры сварочной цепи изучалось во ВНИИСТ [29].

На рис. 123 приведен график изменения cos ф в зависимости от плотности тока в металле труб и длины выступающих концов. Из графика видно, что чем больше длина выступающих концов,

Спецтрактор

Спецтрактор является технической базой и тяговым средством сварочной установки. В качестве его основы используется трубо­ укладчик. На стреле спедтрактора подвешивают сварочную головку и монтируют все коммуникации, подводящие ток и гидра­ влическую энергию.

На тракторе установлены масляный насос с баком и радиато­ ром для охлаждения масла, два электрических генератора по­ стоянного тока, гидроаккумулятор, гидравлическая коммуника­ ция, компрессор, аппаратный ящик и др.

Масляный насос ЛЭФ-100 с рабочим давлением 40 кГ/см2 производительностью 100 л/мин приводится от вала отбора мощ­ ности трактора.

Гидроаккумулятор пружинного типа необходим для накопле­ ния масла под давлением и быстрой подачи его в сварочную го­ ловку в момент осадки.

Генератор постоянного тока ПН-17,5 предназначен для пита­ ния двигателя, установленного на сварочной головке и создаю­ щего перемещение труб в период оплавления.

Второй генератор ПН-10 является возбудителем генератора ПН-17,5 и двигателя. В ночное время генератор ПН-10 исполь­ зуется для освещения сварочного агрегата. Оба генератора при­ водятся от вала отбора мощности трактора.

Воздушный компрессор питает пневматическое зубило для удаления наружного грата. Компрессор также приводится от вала отбора мощности.

Передвижная электростанция

Поскольку электростанция предназначена для питания свароч­ ного трансформатора, ее рабочая нагрузка циклическая. Мощ­ ность электростанции определяется максимальной мощностью, расходуемой на процесс сварки.

Максимальная, или кратковременная, мощность Р, потребляе­ мая сварочным трансформатором, зависит от характера преры­ вистого режима ПВ (в %), т. е. от числа включений трансформа­ тора для сварки и их продолжительности.

Если бы сварочный трансформатор включался на продолжи­ тельное время, например, для отжига стыков или труб, то темпе­ ратура его обмоток, сердечника и других частей, стала бы воз­ растать пока не было бы достигнуто ее стабильное значение, соответствующее данной потребляемой мощности. Такой случай нагрева соответствует ПВ 100%.

Одинаковый нагрев при непрерывном и прерывистом режимах может быть достигнут при соблюдении следующего равенства:

197

Чем меньше величина ПВ (в %), тем больше значе-

ние ~\/ -1—.

Т<св

Электрическая мощность W передвижной станции расходуется на питание сварочного трансформатора Р„, а также на компенса­ цию потерь в проводах н на обслуживание приборов Р0:

Пример. Определить номинальную мощность, необходимую для сварки труб диаметром 529 мм со стенкой толщиной 10 мм агрегатом со спаренным кольцевым трансформатором.

Вторичное напряжение спаренного трансформатора Лт2 = 7,5 е;

1 9 8