CN101868076A - 软带式电磁感应加热器 - Google Patents

Abstract

本发明是一种管道工程中对口焊接的软带式电磁感应加热器。涉及管道系统技术领域。包括感应加热圈，其特征是采用高频软电缆(5)外包裹耐高温绝缘纤维(7)和高温阻燃布(8)，按钢管直径不同，制成不同规格的加热软带(1)，在加热软带(1)两端安装特制的电连接器(2)，使高频软电缆(5)形成螺旋线加热圈，中频电源输出电流与螺旋线两端接通对管口加热。本发明在钢管上安装、拆卸操作方便，使用安全可靠，解决了现有中频感应加热技术在大口径长输油气管道焊接预热施工中的不足，满足工程高效焊接施工的需要。

Description

软带式电磁感应加热器

技术领域

本发明是一种管道工程中对口焊接的软带式电磁感应加热器。涉及管道系统技术领域。

背景技术

在石油天然气长输管道施工过程中，焊接是关键环节，焊接质量直接影响到产品的使用寿命和安全性。为降低焊接残余应力，防止焊缝冷裂纹发生，采用高强度低合金材料的钢管道焊接前，对焊口进行预热是保证焊接质量的重要工艺措施。

目前，在野外石油天然气长输管道安装过程中，对钢管焊口预热有以下几种方式：

(1)火焰加热：使用石油液化气，通过环型加热器产生火焰直接对焊口加热，这种方式不仅受外界气候干扰影响大，预热升温效率低、加热温度不均匀，容易在焊口部位产生结炭，影响焊接质量和工效；另外还需配置运输大量可燃液化气瓶，跟随施工移动作业，增加了施工成本；

(2)电阻加热：采用刚性不锈钢软带材料作为纯电阻负载，将刚性不锈钢软带包裹在焊口部位，通电转化为热能，靠热能传导于钢管表面，逐步使焊口部位金属发热；这种电加热方式不仅升温效率低、有部分热量流失，且加热温度内外不均匀；

(3)中频感应加热：通过中频电源将工频50Hz交流电变为500-20000Hz中高频交流电，中高频交流电通入加热线圈产生交变磁场集中作用在被加热管口部位金属感生出交变涡旋电流，利用感应涡流的热效应使管口加热；这种方式，具有速度快、效率高、加热均匀、无环境污染、易于实现自动化的优点。

此前，在国内外石油天然气长输管道安装过程中，虽然有采用中频感应加热替代火焰加热、电阻加热；对钢管焊口预热中频感应加热应用的尝试。对管口电磁感应加热器设计，使用最简单的加热方法是把电缆线缠绕于管口处，作为感应加热圈，两端与中频电源接通，进行加热。方法简单，但线圈外露，与钢管外壁直接接触，容易受损引发漏电，不符合管线施工规范。特别是加热圈在现场缠绕安装、拆卸很不方便。另一种制作环形桥架，将电缆线缠绕在桥架上作为感应加热圈，通过安装在桥架上的触头开关实现开合和电连接。如中国石油天然气管道局第三工程公司于2008年申请的“开合式电磁感应加热器”(申请号200820221109.8)。开合式电磁感应加热器实现了感应加热圈与钢管外壁分离，操作方便，安全可靠。但对于大口径管道，如西气东输二线的直径1219mm钢管，框架重量达40kg，给感应加热器在施工现场的移位，安装，操作，拆卸就带来很多不便。

综上所述，目前，应用在野外长输油气管道施工焊口预热的加热设备技术，都存在一些不足。中频感应加热因在工件整个截面都有感应加热电流，内部温度梯度小，最热区域在工件表面下方，热量在金属内部快速传导，因此，在技术原理上具有明显优势。但在野外长输油气管道施工焊口预热中，因受外界施工条件限制，不同于工厂内，对加热器提出了特殊的要求，目前尚不能完全满足。

发明内容

本发明的目的是发明一种适应野外施工环境条件、满足长输油气管道焊接预热要求、使用安全、操作方便、减轻劳动强度、加热速度快、效率高的软带式电磁感应加热器。

针对将电缆线缠绕在桥架上作为感应加热圈，通过安装在桥架上的触头开关实现开合和电连接这种环形桥架开合式电磁感应加热器存在的不足，本发明采用高频软电缆5外包裹耐高温绝缘纤维7和高温阻燃布8，按钢管直径不同，制成不同规格的加热软带1，在加热软带1两端安装特制的电连接器2，使高频软电缆5形成螺旋线加热圈，中频电源输出电流与螺旋线两端接通对管口加热。

本发明的结构如图1所示，由软带1、电连接器2、电连接器开合机构3、快速接头插座4、高频软电缆5、护套6、绝缘隔热纤维7和耐高温阻燃布8等组成。

内有多根高频软电缆5的软带1两端各连接有电连接器开合机构3的电连接器2，多根高频软电缆5通过电连接器2中的快速接头插座4成螺旋状连接为加热圈本体，最后形成向外的两个快速接头插座4接中频电源。电磁感应线圈、耐高温绝缘隔热材料、高温阻燃布制成的软带1及电连接器2一同弯曲套装包裹在钢管9外焊口部位使用。

这里：

软带1的结构见图2，软带1中的高频软电缆5是经平面绕制的弧状螺旋线电磁感应线圈；高频软电缆5有多股细铜丝外加一层云母和外包耐高温硅橡胶护套6制成，线圈外包裹耐高温绝缘隔热纤维7和耐高温阻燃布8；

电连接器2结构见图3-图5，电连接器2采用承插结构，它分左右两个壳体I10、壳体II 13和电连接器开合机构(3)，在左壳体I 10、右壳体II 13上安装有电连接器开合机构3和快速接头插座4；数量相等的多个快速接头插座4并排固连在左壳体I 10、壳体II 13上，且相错一个后再一一相对；左壳体I 10俯视为“工”字形，即与内有公母触头I 11的平板的两端各垂直固连一块边板，且该两边板与公母触头I 11平行；右壳体II 13俯视也为“工”字形，即与内有公母触头II 12的平板的两端各垂直固连一块边板，且该两边板与公母触头II 12平行，边板为偏梯形，在两边板右上端(以图4中所示方向)由固定把手(19)固连；两壳体I 10、壳体II 13采用耐高温绝缘材料聚铣亚胺压铸成形，在压铸壳体时分别将锥形公母触头I 11和公母触头II 12浇铸在壳体内；为了便于更换也可将壳体加工成套装孔，将公母触头I 11和公母触头II 12推入锁紧安装在壳体I 10、壳体II 13上；公母触头I 11和公母触头II 12与高频软电缆5采用钎焊压接；

如图4和图5所示，电连接器开合机构3是凸轮机构和导杆平移机构的组合，它由凸轮14、活动把手15、固定导杆16、导套17、固定销18、固定把手19组成；三角形两凸轮14的一角各由销轴转动连接在壳体I 10两边板外，凸轮14的中部有弧形孔，另一角有圆孔与活动把手15的两腿转动连接；活动把手15成“∏”字形，其两腿下端有与固定导杆16滑动配合的导套17，导套17右端有固定销18穿插，往上有插入凸轮14中部弧形孔的插销，再往上有与凸轮14另一角圆孔转动连接的销轴，上端为把手；固定导杆16固连在与导套17相对的左壳体I 10上，插入导套17与之滑动配合；

其中的凸轮14为直角三角形板，其直角和一锐角处有圆孔，中部有弧形孔；

导套17是一凹槽；

当左右两个壳体I 10、壳体II 13对接，固定导杆16对准导套17插入，通过活动固定把手19使凸轮14旋转带动导套17在固定导杆16上往复平移，快速接头插座4开合，固定导杆16驱动右壳体II 13上的固定销18使电连接器2开合；再推动右壳体II 13上通过侧板连接的固定把手19，可将右壳体II 13上的固定销18移至于导套17的凹槽，这样，操动固定把手19不仅能将软加热带套拉紧，而且能将软加热带方便的锁定并紧贴在管道9外壁；

如图4所示，中频电源传输电缆通过安装在电连接器2上的快速插座4与高频软电缆5连接，供安装在软带1中的电磁感应线圈通电；电连接器2上的快速接头插座4给软带1电磁感应加热器输入交变电流。

可见，本发明采取了以下技术措施：

(1)该电磁感应加热器采用高频软电缆，外包裹耐高温绝缘材料制作成加热圈本体，加热圈本体外套耐高温阻燃布，外形如一条软带；软加热带不仅重量轻，而且在管口安装非常方便；

(2)该电磁感应加热器，根据钢管直径不同，制成不同长度规格的软加热带；软加热带套装包裹在焊口部位后，通过电连接器2连接高频软电缆，使高频软电缆在钢管外弯曲成螺旋线圆圈；

(3)该电磁感应加热器在高频软电缆两端安装特制的电连接器2，电连接器2采用承插结构，固定安装在耐温绝缘体内，插针、插空与外界绝缘，电接触稳定可靠、推拉插拔柔和、使用安全；

(4)该电磁感应加热器安装的电连接器2，设置的高强铝侧板，使电连接器在钢管9外壁保持相对固定；电连接器2侧板外设置有固定把手19，活动操作把手17，借助固定把手19能够准确的将软加热带套装包裹在焊口部位；与活动操作把手17组合的凸轮平移机构，不仅能将软加热带套拉紧，而且能将软加热带锁定紧贴在钢管外壁；

(5)该电磁感应加热器线圈环状螺旋线绕制，并置于耐高温绝缘材料制成软带内，线圈磁力线集中作用于管道焊口，避免了无断点平面绕制软带线圈本身发热量大，热效率降低。

本发明由于采用了上述技术方案，新型软带式电磁感应加热器其加热器线圈环状螺旋线绕制，并置于耐高温绝缘材料制成软带内，安装的电连接器2实现了线圈环状螺旋线绕制并使操作简单化，本发明的优点是：

1.可根据钢管直径和加热宽度不同，制成不同长度和宽度的软加热带，重量轻，不易破损，携带方便；

2.线圈置于耐高温绝缘材料制成软带内具有保温作用，避免了外界气温对加热效果的影响；同时既保证了操纵者的使用安全，又给加热器在管道焊口安装带来了方便，大大小减轻了劳动强度；

3.电磁感应加热器安装的电连接器实现了线圈环状螺旋线绕制；环状线圈紧贴在钢管外壁，使加热器磁力线集中作用于管道焊口部位，线圈导体产生磁场的集肤效应、环效应、临近效应最大化，使设备节能，预热一道直径φ1219mm壁厚18.4mm焊口，电源输出功率30kw，焊口升温速度达到60℃/min，预热工效比原加热器成倍提高；

4.电磁感应加热器安装、操作简便，在直径φ1219mm管道安装只需2min，劳动强度大幅度降低。

可见，本发明达到在钢管上安装、拆卸操作方便，使用安全可靠，解决了现有中频感应加热技术在大口径长输油气管道焊接预热施工中的不足，满足工程高效焊接施工的需要。

附图说明

图1软带电磁感应加热器结构图

图2软带结构断面图

图3电连结器结构俯视图

图4电连结器结构侧视图(闭合状态)

图5电连结器结构侧视图(开启状态)

其中1-软带               2-电连接器

    3-电连接器开合机构   4-快速接头插座

    5-高频软电缆         6-护套

    7-绝缘隔热纤维       8-耐高温阻燃布

    9-管道               10-壳体I

    11-公母触头I         12-公母触头II

    13-壳体II            14-凸轮

    15-活动把手          16-固定导杆

    17-导套              18-固定销

    19-固定把手

具体实施方式

实施例.本例是一试验的软带电磁感应加热器样机，并在某施工现场的Φ1219mm、壁厚18.4mm管线上进行了试验。

本例的结构如图1所示，由软带1、电连接器2、电连接器开合机构3、快速接头插座4、高频软电缆5、护套6、绝缘隔热纤维7和耐高温阻燃布8等组成。

内有四根高频软电缆5的软带1两端各连接电连接器2，多根高频软电缆5通过电连接器2中的快速接头插座4成螺旋状连接为加热圈本体，最后形成向外的两个快速接头插座4接中频电源。电磁感应线圈、耐高温绝缘隔热材料、高温阻燃布制成的软带1及电连接器2一同弯曲套装包裹在钢管9外焊口部位使用。

其中：

软带1的结构见图2，软带1中的高频软电缆5是经平面绕制的弧状螺旋线电磁感应线圈；高频软电缆5有多股细铜丝外加一层云母和外包耐高温硅橡胶护套6制成，线圈外包裹耐高温绝缘隔热纤维7和耐高温阻燃布8，该软带可防止线圈在高温、大电流作用下发生线圈匝间短路烧毁和使用时对钢管10的绝缘；

电连接器2结构见图3-图5，电连接器2采用承插结构，它分左右两个壳体I 10、壳体II 13和电连接器开合机构(3)，在左壳体I 10、右壳体II 13上安装有电连接器开合机构3和快速接头插座4；数量相等的四个快速接头插座4并排固连在左壳体I 10、壳体II 13上，且相错一个后再一一相对，即三对快速接头插座4对接，左右最外各空一个，作为电源接入的快速接头插座4；左壳体I 10俯视为“工”字形，即与内有公母触头I 11的平板的两端各垂直固连一块边板，且该两边板与公母触头I 11平行；右壳体II 13俯视也为“工”字形，即与内有公母触头II 12的平板的两端各垂直固连一块边板，且该两边板与公母触头II 12平行，边板为偏梯形，在两边板右上端(以图4中所示方向)由固定把手(19)固连；两壳体I 10、壳体II 13采用耐高温绝缘材料聚铣亚胺压铸成形，在压铸壳体时分别将锥形公母触头I 11和公母触头II 12浇铸在壳体内；为了便于更换也可将壳体加工成套装孔，将公母触头I 11和公母触头II 12推入锁紧安装在壳体I 10、壳体II 13上；公母触头I 11和公母触头II 12与高频软电缆5采用钎焊压接；

如图4和图5所示，电连接器开合机构3是凸轮机构和导杆平移机构的组合，它由凸轮14、活动把手15、固定导杆16、导套17、固定销18、固定把手19组成；三角形两凸轮14的一角各由销轴转动连接在壳体I 10两边板外，凸轮14的中部有弧形孔，另一角有圆孔与活动把手15的两腿转动连接；活动把手15成“∏”字形，其两腿下端有与固定导杆16滑动配合的导套17，导套17右端有固定销18穿插，往上有插入凸轮14中部弧形孔的插销，再往上有与凸轮14另一角圆孔转动连接的销轴，上端为把手；固定导杆16固连在与导套17相对的左壳体I 10上，插入导套17与之滑动配合；

其中的凸轮14为倒角的直角三角形板，其直角和一锐角处有圆孔，中部有弧形孔；

导套17是一凹槽；

如图4所示，中频电源传输电缆通过安装在电连接器2上的快速插座4与高频软电缆5连接，供安装在软带1中的电磁感应线圈通电；电连接器2上的快速接头插座4给软带1电磁感应加热器输入交变电流。

本例在工作时，电源输出功率30kw，焊口升温速度达到60℃/min，在直径φ1219mm管道安装只需2min，预热工效比原加热器成倍提高。本电磁感应加热器安装、操作简便，劳动强度大幅度降低。

Claims (9)

1.一种管道工程中对口焊接的软带式电磁感应加热器，包括感应加热圈，其特征是采用高频软电缆(5)外包裹耐高温绝缘纤维(7)和高温阻燃布(8)，按钢管直径不同，制成不同规格的加热软带(1)，在加热软带(1)两端安装特制的电连接器(2)，使高频软电缆(5)形成螺旋线加热圈，中频电源输出电流与螺旋线两端接通对管口加热。

2.根据权利要求1所述的软带式电磁感应加热器，其特征是内有多根高频软电缆(5)的软带(1)两端各连接电连接器(2)，多根高频软电缆(5)通过电连接器(2)中的快速接头插座(4)成螺旋状连接为加热圈本体，最后形成向外的两个快速接头插座(4)接中频电源，电连接器(2)。

3.根据权利要求1或2所述的软带式电磁感应加热器，其特征是所述软带(1)的结构为软带(1)中的高频软电缆(5)是经平面绕制的弧状螺旋线电磁感应线圈；高频软电缆(5)有多股细铜丝外加一层云母和外包耐高温硅橡胶护套(6)制成，线圈外包裹耐高温绝缘隔热纤维(7)和耐高温阻燃布(8)。

4.根据权利要求1或2所述的软带式电磁感应加热器，其特征是所述电连接器(2)采用承插结构，它有左右两个壳体I(10)、壳体II(13)和电连接器开合机构(3)，在左壳体I(10)、右壳体II(13)上安装有电连接器开合机构(3)和快速接头插座(4)；数量相等的多个快速接头插座(4)并排固连在左壳体I(10)、壳体II(13)上，且相错一个后再一一相对；左壳体I(10)俯视为“工”字形，即与内有公母触头I(11)的平板的两端各垂直固连一块边板，且该两边板与公母触头I(11)平行；右壳体II(13)俯视也为“工”字形，即与内有公母触头II(12)的平板的两端各垂直固连一块边板，且该两边板与公母触头II(12)平行，边板为偏梯形，在两边板右上端由固定把手(19)固连。

5.根据权利要求4所述的软带式电磁感应加热器，其特征是所述电连接器(2)的两壳体I 10、壳体II 13采用耐高温绝缘材料聚铣亚胺压铸成形，在压铸壳体时分别将锥形公母触头I 11和公母触头II 12浇铸在壳体内。

6.根据权利要求4所述的软带式电磁感应加热器，其特征是所述电连接器(2)的壳体加工成套装孔，将公母触头I(11)和公母触头II(12)推入锁紧安装在壳体I(10)、壳体II(13)上；公母触头I(11)和公母触头II(12)与高频软电缆(5)采用钎焊压接。

7.根据权利要求4所述的软带式电磁感应加热器，其特征是所述电连接器开合机构(3)是凸轮机构和导杆平移机构的组合，它由凸轮(14)、活动把手(15)、固定导杆(16)、导套(17)、固定销(18)、固定把手(19)组成；三角形两凸轮(14)的一角各由销轴转动连接在壳体I(10)两边板外，凸轮(14)的中部有弧形孔，另一角有圆孔与活动把手(15)的两腿转动连接；活动把手(15)成“∏”字形，其两腿下端有与固定导杆(16)滑动配合的导套(17)，导套(17)右端有固定销(18)穿插，往上有插入凸轮(14)中部弧形孔的插销，再往上有与凸轮(14)另一角圆孔转动连接的销轴，上端为把手；固定导杆(16)固连在与导套(17)相对的左壳体I(10)上，插入导套(17)与之滑动配合。

8.根据权利要求7所述的软带式电磁感应加热器，其特征是所述凸轮(14)为直角三角形板，其直角和一锐角处有圆孔，中部有弧形孔；所述导套(17)是一凹槽。

9.根据权利要求1或2所述的软带式电磁感应加热器，其特征是中频电源传输电缆通过安装在电连接器(2)上的快速插座(4)与高频软电缆(5)连接。

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