JP2018514386A - 厚い壁厚と大きい直径とを有する耐圧性の管を誘導曲げ変形させる方法 - Google Patents

Abstract

厚い壁厚と大きい直径とを有する耐圧性の管（１）を誘導曲げ変形させる方法において、開始フェーズｔ１において、管（１）の開始タンジェント（３）が、曲げクランプ（３１）の介入なくインダクタ（２０）を通るように挿入されることによって熱処理される。時点ｔ２において、開始タンジェント（３）の終了時に管の送りが停止され、インダクタ（２０）が、送り方向とは逆方向に管（１）に沿って移動され、その一方で、曲げクランプ（３１）が管（１）において閉鎖される。フェーズｔ３において、曲げ加工を開始するために、インダクタ（２０）の移動速度がゼロまで低減され、インダクタ（２０）が自身の曲げ位置へと移動され、それと同時に管（１）の送りが開始される。フェーズｔ４において、管（１）のプロセス送り速度を一定にして管曲げ部（４）が製造される。フェーズｔ５において、管（１）の送り速度が低減され、インダクタ（２０）が送り方向とは逆方向に加速され、曲げクランプ（３１）が開放される。フェーズｔ６において、インダクタを逆方向にさらに送ることによって終端タンジェント（５）が加熱される。

Description

本発明は、請求項１の上位概念に記載の特徴を有する、特に発電所管及びパイプライン管における厚い壁厚と大きい直径とを有する耐圧性の管を誘導曲げ変形させる方法に関する。

圧力下にある液体媒体又は気体媒体を通流させるために、負荷に耐久する厚い壁厚を有する鋼製の管が必要とされる。このような要求は、例えば、管路を構造的な状況に適合させるために管の曲げ加工が必要となる発電所での高温蒸気の輸送、又は、熱に起因する長さ変化を補償するために補償器、いわゆる伸縮継手が規則的な間隔をおいて使用されている長距離にわたるパイプラインでの原油の輸送に当てはまる。大きいスループットを可能にするためには、大きい開口断面積と、ひいては大きい管外径とが必要となる。本方法が関連する管は、一般的に３００ｍｍを越える定格直径を有しており、直径対壁厚の比は１０：１〜１００：１、典型的には２０：１〜７０：１である。

誘導曲げ変形させるためのこのような方法は、久しい以前から例えば独国特許出願公開第２５１３５６１号明細書から公知であり、巨大な寸法にもかかわらず寸法的に非常に安定した管曲げ部を製造することが可能となるように、持続的に改善がなされている。このような大型の管の変形は、狭幅のリングゾーンを、８５０℃を上回る変形温度へと誘導加熱することによってのみ成功する。このとき熱作用ゾーンでは、材料内における構造変化が生じる。なお、材料は、微細粒鋼であることが多い。熱変形後の構造を均質にするため、ひいては鋼の機械的な特性を改善するために、多くの場合、管曲げ部が事後的に約６００℃の温度で熱処理される。管曲げ部の前と後に続いている、タンジェントとも呼ばれる直線の管部分も、この事後的な熱処理による影響を受ける。しかしながらこの直線の管部分は、変形プロセスの経過中に前もって高温に加熱されておらず、従ってその構造が変化していないままであるので、この事後的な熱処理は、この部分に対して悪影響を及ぼす。つまり、この直線の管部分が脆くなってしまうのである。従って、この部分を切り離さなければならず、誘導曲げ変形によって製造された管曲げ部を、新しいタンジェントに溶接接合しなければならない。

特にこのことは、独国特許出願公開第１０２０１００２０３６０号明細書に記載された装置によって実現されるように同じ１つの管部分において複数回の管の曲げ加工が種々異なる方向においても順次に実施される場合には、作業コストが高くなるので不利である。上記の装置によって達成される、３次元の管構造をただ１回の作業で製造することによる管路建設の簡略化及び促進は、直線のタンジェント部分を置き換えなければならない場合には台無しになってしまう。なぜなら、所定の強度値を達成するために管構造の熱処理が必要となるからである。これを回避するためには、タンジェントにおける熱処理後に構造全体に対する機械的な所要最低強度値を確保するために、比較的高い硬度の鋼からなる管及び／又は比較的厚い壁厚を有する管を使用することしかできない。しかしながらこのアプローチも、材料費が著しく高くなるので不利である。

従って、本発明の課題は、管曲げ部に続いているタンジェントにおける材料の強度値に対する、変形プロセスによる悪影響が回避されるように、冒頭に述べた形式の方法を改善することにある。

解決するために本発明は、請求項１に記載の特徴を有する方法を提供する。

本発明に係る解決方法は、曲げ部の前と後におけるタンジェントに、曲げ部の管部分が変形中に受けなければならない熱処理と正確に同じ熱処理を施すこと、すなわちタンジェントを、曲げたい管部分のときと同じ通過速度で誘導装置を通るようにガイドすること、そしてこの場合にさらに誘導装置において同じ温度を使用し、またこれに後続して同じ冷却パラメータも使用すること、に関する。つまり、タンジェントが通過する際の相違点は、タンジェントの処理中に管が曲げクランプにおいて緊締されていないので、送り時に何ら反力が作用しないということだけにある。

別の支持装置を用いることなくただ管の後方端部だけで挟持することによって、曲げクランプにおける前方端部の緊締とは関係なく操作を行うことが可能となり、さらには、支持装置によって邪魔されることなくインダクタを管壁に沿って後方端部の方向へと移動させることが可能となる。

本発明に係る解決方法は、送りユニットの移動とインダクタの移動とを正確に調整することを企図しており、この調整は、制御ユニットによって実施及び監視される。これらのステップを、以下、図面に基づいてより詳細に説明する。

誘導式管曲げ加工装置の概略図である。 本方法の実施中のそれぞれ異なる段階における誘導式管曲げ加工装置を示す図である。 本方法の実施中のそれぞれ異なる段階における誘導式管曲げ加工装置を示す図である。 本方法の実施中のそれぞれ異なる段階における誘導式管曲げ加工装置を示す図である。 本方法の実施中のそれぞれ異なる段階における誘導式管曲げ加工装置を示す図である。 経路上に移動速度がプロットされたフロー図である。 経路上に移動速度がプロットされたフロー図である。

図１は、誘導式管曲げ加工装置１００を示す。誘導式管曲げ加工装置１００は、位置固定された機械台１０を含み、この機械台１０の上に、管１のための保持装置１１が配置されている。保持装置１１は、管１の後方端部を把持して固定的に緊締する。保持装置１１はさらに、送り方向も同時に表している管中心軸線２の方向において、機械台１０とは逆方向にスライド可能である。送りは、液圧ユニット１２を介して実施される。

誘導装置は、リング形のインダクタ２０を含み、インダクタ２０の中心は、管中心軸線２の領域に位置決めされている。本発明によれば、インダクタ２０を機械台１０に対して相対的に移動させることができるようにするために線形変位装置２１が設けられている。

曲げアーム３０が、鉛直方向の曲げ軸線３２に旋回可能に支持されている。所望の曲げ半径を設定するために、管中心軸線２に対して垂直な方向に曲げ軸線３２の間隔を調整することができる。曲げアーム３０の上には曲げクランプ３１が配置されており、この曲げクランプ３１によって管１を把持及び挟持することができる。

インダクタ２０及び熱作用ゾーンに対して相対的に近傍に、冷却装置４０が配置されている。変形ゾーンから対応する長手部分が出てくるとすぐに、冷却装置４０によって例えば水を用いて表面温度の冷却が引き起こされる。

本発明に係る方法を実施するために、管１及びインダクタリング２０の経路及び速度を記録するためのセンサと、制御ユニット内の制御モジュールとが設けられており、これらの制御モジュールによって、インダクタユニットの経路及び速度と、スイッチオン及びオフとが、本発明に基づいて関連付けられる。

図２ａ〜２ｄには、本方法の実施中のそれぞれ異なる段階が図示されている。図３は、図２ａ〜２ｄに対応する時点又はフェーズｔ１〜ｔ６の線図を示し、この線図では、上側のグラフが経路上における管１の送り方向の速度又は長手方向の送りｖ_Ｒを示し、下側のグラフが経路上におけるインダクタの移動速度ｖ_Ｉを示す。正の速度値は、送り方向への移動に対応しており、負の速度値は、逆方向への移動を表している。

図２ａに図示された開始時点には、管の前方端部が、軸線方向の開始位置に位置しているインダクタリング２０の中に挿入されている。従来技術による誘導曲げ変形とは異なり、また後で変形される管曲げ部において前方タンジェント３を形成することとなる管の前方端部は、まだ曲げクランプ３１において固定されていない。

誘導装置２０及び冷却装置がスイッチオンされ、第１のフェーズ（図３参照）において管１の軸線方向における送りが一定の管送り速度ｖ_Ｒで実施される。この管送り速度は、典型的には毎分３ｍｍ〜２００ｍｍである。これによって管１のタンジェント３は、後続の変形時と正確に同じように、ただし実際には変形は実施されることなく、熱処理される。このフェーズは、図３の時間−速度線図ではｔ１として記されている。この図からも見て取れるように、インダクタ２０の移動速度ｖ_Ｉは存在しない。すなわち、インダクタ２０は静止している。

さてここで、曲げ加工プロセスを開始するためには、曲げをもたらす力を印加することが可能となるように、曲げアーム３０の上の曲げクランプ３１が管１を把持及び挟持しなければならない。ただし、曲げクランプ３１を接近させて挟持力を加えるには、ある程度の時間を必要とする。しかも、接近中には曲げクランプ３１と管１との間の相対移動を回避しなければならない。他方ではしかし、曲げクランプ３１を有する曲げアーム３０を、管１の送りに対して平行に移動させることはできない。なぜなら、曲げアーム３０の軸受をこのように長手方向に変位させるための構造的コストは高すぎるからであり、また、そうした場合にはさらに、曲げクランプ３１とインダクタリング２０の加熱ゾーンとの間隔が変化してしまうからである。

従って、本発明によれば、短いフェーズｔ２（図３参照）において、管の送りを停止することによって、すなわち管送り速度ｖ_Ｒ＝０にすることによって管１と曲げクランプ３１との間の相対移動をなくし、それと同時に、インダクタ２０を送り方向とは逆方向に移動速度ｖ_Ｉで、かつ管の送りと同じ大きさの速度ｖ_Ｒで移動させることによって、インダクタ２０に対して相対的な管１の送りを維持することが企図される。機械による管の送りを徐々に線形に制動する必要がある場合には、それと同時に既にインダクタ２０の反対方向への移動が開始され、これによって相対速度が常に一定となる。このことは、図３のｖ_Ｒとｖ_Ｉの２つのグラフの間の間隔が同じままであることにおいて見て取れる。

図２ｂに示されるように、管１の静止状態と共に、曲げクランプ３１を接近させることができる。その間にインダクタ２０は、一定の移動速度ｖ_Ｉで逆方向への移動を継続する。曲げクランプ３１が管１を挟持するとすぐに、フェーズｔ３においてインダクタ速度ｖ_Ｉがゼロに戻され、それと同時に、管１の管送り速度ｖ_Ｒが線形に増加する。速度差Δｖ＝ｖ_Ｒ−ｖ_Ｉは、常に同じであり、従って、管１におけるそれぞれの差動の長手部分の、インダクタ２０を通る通過速度は同じであり、従って、インダクタによる管の周壁への熱入力は常に同一である。フェーズｔ３の間にインダクタ２０は、曲げ加工プロセスのための作業位置に相当する開始位置に戻る。

さてここで、管曲げ部を製造しようとした場合には、フェーズｔ３の終了時に存在している曲げ加工の開始位置を、管１の長手軸線２上に任意に設けることができる。ただし、曲げ加工を開始する際には、曲げ加工を開始するための軸線方向の所定の管位置に到達するために、上述したｔ１，ｔ２，及びｔ３のプロセスを正確に計算されたフローで開始しなければならない。

図２ｃに図示されているようにフェーズｔ４の間には、管曲げ部４を製造するための公知の誘導曲げ変形が、一定の管送り速度ｖ_Ｒで、かつインダクタ２０が静止した状態で実施される。

管曲げ部４の製造が完了した後、管１の後方タンジェント５にも管１の残りの長手部分と同じ熱処理を施すために、管１及びインダクタ２０の移動が上述した開始プロセスとは逆方向で実施される。

曲げ部が予定の長さに到達する直前に、フェーズｔ５において速度ｖ_Ｒでの管の送りが徐々に制動され、それと同時にインダクタ２０の逆方向への移動が開始され、しかもより詳細には、管１とインダクタ２０との間の相対移動が一定に維持されるような移動速度ｖ_Ｉで開始される。これによって、移動する熱作用ゾーンにおける管１のそれぞれの長手部分の滞在時間も一定に維持される。管１が静止状態になると、曲げクランプ３１を開放することができる。これによって管１は、曲げアーム３０によって完全に邪魔されなくなる。

管１において短い端部側のタンジェント５だけを処理するためには、フェーズｔ６において単純にインダクタ２０を、一定の移動速度ｖ_Ｉで、機械台１０に面した自身の終端位置へと移動させることができる（図２ｄ参照）。その後、インダクタ２０はここで停止され、誘導装置がスイッチオフされる。熱処理されていない管１の残りの部分には目印が付けられ、遅くとも、このようにして製造された管曲げ部４が端部側のタンジェント部分３，５と共に熱処理された後には、直接的に切り離される。

比較的長いタンジェント５を形成するため、特にさらに別の管曲げ部に直接的に続いているタンジェント５を形成するためには、図４の別のフロー図から見て取れるように本方法を継続することが可能である。このためにフェーズｔ７では、フェーズｔ３と同様に、管１の長手方向の送りが徐々に開始され、インダクタ２０が自身の開始位置に戻される。さてここで、フェーズｔ８では、一定の管送り速度ｖ_Ｒにおいて、熱処理された充分に長いタンジェント５を形成するために必要となる期間だけ、タンジェント５の熱処理を継続することができる。曲げクランプ３１は、このフェーズには関与していない。従って、フェーズｔ８はフェーズｔ１に相当する。

Claims (5)

1. 特に発電所管及びパイプライン管における厚い壁厚と大きい直径とを有する耐圧性の管（１）を誘導曲げ変形させる方法であって、
   未処理の前記管（１）を機械台（１０）の上で支持するステップと、
   前記管（１）を、管送り速度ｖ_Ｒで、電気的な誘導装置のリング形のインダクタ（２０）を通るように送るステップと、
   前記管（１）の側方に配置された鉛直方向の回転軸線（３２）を中心にして旋回可能な曲げアーム（３０）の上に支持されている曲げクランプ（３１）において、前方の管部分（３）を挟持するステップと、
   前記インダクタ（２０）の内部に位置する管部分を加熱するために、前記誘導装置に電流を印加するステップと、
   管曲げ部（４）が完成するまで前記管（１）を長手方向に送ることによって前記曲げアーム（３０）を変位させるステップと、
   を少なくとも有する方法において、
   前記管（１）の後方端部を、管長手軸線（２）の方向にスライド可能に支持された保持装置（１１）において緊締し、
   開始フェーズｔ１において、前記管（１）の開始タンジェント（３）を、前記曲げクランプ（３１）の介入なく前記インダクタ（２０）を通るように挿入することによって熱処理し、
   時点ｔ２において、前記開始タンジェント（３）の終了時に前記管の送りを停止し、前記インダクタ（２０）を、送り方向とは逆方向に前記管（１）に沿って移動させ、その一方で、前記曲げクランプ（３１）を前記管（１）において閉鎖し、
   フェーズｔ３において、前記管（１）の曲げ加工を開始するために、前記インダクタ（２０）の移動速度ｖ_Ｉをゼロまで低減し、前記インダクタ（２０）を自身の曲げ位置へと移動させ、それと同時に前記管（１）の送りを開始して、プロセス管送り速度ｖ_Ｒに到達させ、
   フェーズｔ４において、前記管（１）の管送り速度ｖ_Ｒを一定にして管曲げ部（４）を製造し、
   フェーズｔ５において、前記管送り速度ｖ_Ｒを低減し、前記インダクタ（２０）を前記送り方向とは逆方向に加速させ、前記曲げクランプ（３１）を開放し、
   フェーズｔ６において、前記インダクタを逆方向にさらに送ることによって終端タンジェント（５）を加熱する、
   ことを特徴とする方法。
2. 前記インダクタ（２０）を、送り方向で見て曲げ位置の上流に位置する開始位置へと移動させる、
   請求項１記載の方法。
3. 前記インダクタ（２０）を、前記フェーズｔ１の開始前に、送り方向で見て下流の位置から自身の開始位置へと移動させる、
   請求項２記載の方法。
4. 前記インダクタ（２０）を、前記フェーズｔ１の間、送り方向で見て下流の位置から自身の開始位置へと移動させ、前記管送り速度ｖ_Ｒを、前記インダクタ（２０）の前記移動速度ｖ_Ｉだけ増加させる、
   請求項２記載の方法。
5. 前記管送り速度ｖ_Ｒと、前記インダクタ（２０）の前記移動速度ｖ_Ｉとの間の差である相対速度を、前記フェーズｔ１からｔ６において一定にする、
   請求項１から４のいずれか１項記載の方法。

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