RU103764U1

RU103764U1 - DEVICE FOR CONTINUOUS INDUCTION PIPE BENDING

Info

Publication number: RU103764U1
Application number: RU2010131139/02U
Authority: RU
Inventors: Алла Ивановна Ратникова; Владимир Исаакович Червинский; Виктор Геннадьевич Шевченко; Владимир Алексеевич Никитин
Priority date: 2010-07-26
Filing date: 2010-07-26
Publication date: 2011-04-27

Abstract

Устройство непрерывной индукционной гибки труб, включающее кольцевой индуктор, расположенный в плоскости, перпендикулярной продольной оси трубы, отличающееся тем, что устройство снабжено П-образным пакетным магнитопроводом, надетым на часть витка индуктора, обращенного к внутренней стороне гиба трубы, и расположенным симметрично относительно горизонтальной плоскости гиба трубы в пределах угла размещения 75°. A device for continuous induction bending of pipes, including an annular inductor located in a plane perpendicular to the longitudinal axis of the pipe, characterized in that the device is equipped with a U-shaped packet magnetic circuit, worn on a part of the coil of the inductor facing the inner side of the pipe bend, and located symmetrically relative to the horizontal plane pipe bending within an angle of placement of 75 °.

Description

Полезная модель относится к области электротермических устройств, а именно, к индукционному оборудованию для непрерывной гибки труб с различными целями, например, для изготовления различных трубопроводных систем газо- и нефтепроводов, тепловых электростанций, в судостроении и других.The utility model relates to the field of electrothermal devices, namely, to induction equipment for the continuous bending of pipes for various purposes, for example, for the manufacture of various pipeline systems for gas and oil pipelines, thermal power plants, shipbuilding and others.

Непрерывная гибка труб с использованием индукционного нагрева традиционно применяется для гибки труб различных диаметров, для получения крутых изгибов (гибов) трубы и изгибов, расположенных близко друг к другу. При реализации этого способа, как правило, возникают две основных проблемы, решение которых определяет качество изогнутой трубы - это гофрообразование на внутренней стороне изгиба и разнотолщинность стенок трубы (разностенность) по сечению в области изгиба.Continuous pipe bending using induction heating is traditionally used for bending pipes of various diameters, to obtain sharp bends (bends) of the pipe and bends located close to each other. When implementing this method, as a rule, two main problems arise, the solution of which determines the quality of the bent pipe - this is corrugation on the inner side of the bend and the thickness of the pipe walls (difference) over the cross section in the bending region.

Известно устройство для непрерывной индукционной гибки труб (JP 2000263144 A, B21D 7/024, oп. 26.09.2000), которое обеспечивает снижение разностенности и гофрообразования при гибке. В этом устройстве цель достигается за счет изменения пластичности металла на наружной и внутренней поверхностях трубы. Пластичность внешней («затылочной») поверхности трубы регулируют за счет теплоотвода от зоны нагрева. Теплоотвод от зоны нагрева и требуемая температура нагретой зоны на затылочной стороне трубы относительно фронта гиба обеспечивается принудительным охлаждением при помощи охлаждающего устройства-спрейера, расположенного рядом с нагревательным индуктором на подвижной тележке. Устройство обеспечивает согласованное перемещение индуктора и спрейера. Спрейер смещается так, что внешняя сторона трубы после изгиба охлаждается до заданного уровня.A device is known for continuous induction bending of pipes (JP 2000263144 A, B21D 7/024, op. 26.09.2000), which reduces the difference and corrugation during bending. In this device, the goal is achieved by changing the ductility of the metal on the outer and inner surfaces of the pipe. The ductility of the outer ("occipital") surface of the pipe is controlled by heat removal from the heating zone. The heat sink from the heating zone and the required temperature of the heated zone on the occipital side of the pipe relative to the bend front is provided by forced cooling using a cooling device-sprayer located next to the heating inductor on a movable trolley. The device provides a coordinated movement of the inductor and the sprayer. The sprayer shifts so that the outside of the pipe after bending is cooled to a predetermined level.

Это решение имеет ряд существенных недостатков, а именно:This solution has a number of significant disadvantages, namely:

1. Изменение температуры на затылочной части трубы зависит не только от изменения интенсивности охлаждения зоны нагрева, но и от толщины стенки трубы и скорости ее перемещения. В ряде случаев, например, при больших толщинах стенок трубы (более 30 мм) и скоростях гиба (более 1,5 мм/сек) не удастся достичь необходимого теплоотвода и, соответственно, необходимого изменения пластичности металла, т.к. спрейерное охлаждение (подстуживание) оказывает воздействие на интенсивность разогрева только поверхностных слоев металла, а не всей толщины стенки трубы.1. The temperature change on the occipital part of the pipe depends not only on the change in the intensity of cooling of the heating zone, but also on the thickness of the pipe wall and its speed of movement. In some cases, for example, with large pipe wall thicknesses (more than 30 mm) and bending speeds (more than 1.5 mm / s), it will not be possible to achieve the necessary heat sink and, accordingly, the necessary change in the ductility of the metal, because spray cooling (undercoating) affects the intensity of heating only the surface layers of the metal, and not the entire thickness of the pipe wall.

2. Перенос зоны охлаждения непосредственно в зону разогрева трубы и увеличение теплоотвода из этой области неизбежно вызывает необходимость увеличения суммарной мощности, подводимой к индуктору, и снижению общего КПД процесса.2. The transfer of the cooling zone directly to the heating zone of the pipe and the increase in heat removal from this area inevitably necessitates an increase in the total power supplied to the inductor and a decrease in the overall process efficiency.

3. Размещение спрейера на подвижной площадке в условиях ограниченного пространства в зоне расположения гибочных механизмов снижает надежность работы оборудования и усложняет эксплуатацию.3. Placing the sprayer on a moving platform in a limited space in the area where the bending mechanisms are located reduces the reliability of the equipment and complicates the operation.

Известно другое решение (JP 2000094043A, B21D 7/024, H05B 6/10, oп. 04.04.2000, прототип), также обеспечивающее снижение разностенности и гофрообразования при гибке за счет увеличения температуры стенки трубы на внутренней стороне изгиба и уменьшения температуры на затылочной стороне. Цель достигается за счет применения индуктора, в котором часть витков смещена относительно продольной оси трубы, в результате чего изменяется воздушный зазор между трубой и индуктором. В зоне с уменьшенным зазором плотность тока индуцированного в трубе увеличивается и, наоборот, в зоне с увеличенным зазором - плотность тока уменьшается. Изменение плотности тока в этих зонах приведет к соответствующему изменению температуры нагрева.Another solution is known (JP 2000094043A, B21D 7/024, H05B 6/10, op. 04.04.2000, prototype), which also reduces the difference and corrugation during bending by increasing the temperature of the pipe wall on the inner side of the bend and lowering the temperature on the occipital side . The goal is achieved through the use of an inductor, in which part of the turns are offset relative to the longitudinal axis of the pipe, as a result of which the air gap between the pipe and the inductor changes. In a zone with a reduced gap, the current density induced in the pipe increases and, conversely, in a zone with an increased gap, the current density decreases. A change in the current density in these zones will lead to a corresponding change in the heating temperature.

Существенным недостатком этого решения является невозможность активно влиять на характер распределения температуры по периметру кольцевой зоны нагрева трубы. Распределение температуры по кольцевой зоне нагрева жестко определятся величиной зазора: максимальным нагревом трубы в зоне минимального зазора и минимальным нагревом в зоне максимального зазора. Кроме того, уменьшать зазор между индуктором и трубой менее 4-5 мм опасно - при меньших зазорах возникает большая вероятность электрического пробоя либо повреждения индуктора из-за овализации трубы. Это обстоятельство снижает надежность работы оборудования.A significant drawback of this solution is the inability to actively influence the nature of the temperature distribution along the perimeter of the annular pipe heating zone. The temperature distribution over the annular heating zone is rigidly determined by the size of the gap: the maximum heating of the pipe in the zone of minimum clearance and the minimum heating in the zone of maximum clearance. In addition, it is dangerous to reduce the gap between the inductor and the pipe to less than 4-5 mm - with smaller gaps there is a greater likelihood of electrical breakdown or damage to the inductor due to ovalization of the pipe. This circumstance reduces the reliability of the equipment.

Задача, решаемая предлагаемой полезной моделью, - создание устройства непрерывной индукционной гибки труб, обеспечивающего снижение гофрообразования на внутренней стороне изгиба и разнотолщинность стенок трубы (разностенность) по сечению в области изгиба.The problem solved by the proposed utility model is the creation of a continuous induction pipe bending device that reduces corrugation on the inner side of the bend and the thickness of the pipe walls (difference) along the cross section in the bending region.

Достигаемый технический эффект - возможность получения для разных заданных, конкретных размеров трубы и нужной формы гиба необходимой пластичности металла на наружной и внутренней поверхностях трубы в зоне гиба за счет простого изменения конфигурации устройства.Achievable technical effect - the ability to obtain the required ductility of the metal on the outer and inner surfaces of the pipe in the bend zone for a simple change in the configuration of the device for different specified, specific pipe sizes and the desired bending shape.

Эффект достигается благодаря тому, что в известном устройстве непрерывной индукционной гибки труб, включающем кольцевой индуктор, расположенный в плоскости, перпендикулярной продольной оси трубы,The effect is achieved due to the fact that in the known device for continuous induction bending of pipes, including an annular inductor located in a plane perpendicular to the longitudinal axis of the pipe,

в отличие от известного устройство дополнительно содержит П-образный пакетный магнитопровод, надетый на часть витка индуктора, обращенного к внутренней стороне гиба, и расположенный, относительно горизонтальной плоскости изгиба трубы в пределах угла размещения ±75 град.in contrast to the known device, it further comprises a U-shaped packet magnetic circuit, worn on a part of the coil of the inductor facing the inner side of the bend, and located relative to the horizontal plane of the pipe bend within an angle of ± 75 degrees.

Предлагаемая полезная модель является новой, так как в настоящее время не известны решения, характеризуемые приведенной совокупностью признаков.The proposed utility model is new, because currently solutions are not known, characterized by a given set of features.

Отличиями заявляемого устройства являются наличие дополнительного элемента и взаимное расположение частей устройства.The differences of the claimed device are the presence of an additional element and the relative position of the parts of the device.

Технический эффект достигается за счет конструктивных отличий, что видно из рассмотрения сущности предлагаемого решения.The technical effect is achieved due to design differences, which can be seen from consideration of the essence of the proposed solution.

Сущность предлагаемого решения заключается в том, что предлагаемое устройство позволяет для конкретных параметров трубы, за счет выбора количества П-образных пакетов магнитопровода и шага их расположения (который может быть неравномерным), получить распределение температур на наружной и внутренней сторонах трубы в зоне гиба необходимое для достижения нужной пластичности металла на наружной и внутренней поверхностях трубы в зоне гиба.The essence of the proposed solution lies in the fact that the proposed device allows for specific parameters of the pipe, by selecting the number of U-shaped packages of the magnetic circuit and the step of their location (which may be uneven), to obtain the temperature distribution on the outer and inner sides of the pipe in the bending zone necessary for achieving the desired ductility of the metal on the outer and inner surfaces of the pipe in the bending zone.

Наличие магнитопровода с внутренней стороны гиба повышает концентрацию нагрева стенки трубы в этой зоне (подшеечной части), что приводит к увеличению температуры на внутренней стороне по сравнению с внешней (затылочной) стороной гиба. То есть, достигается распределение температур и, следовательно, пластичности металла на наружной и внутренней сторонах трубы, которое приводит к снижению гофрообразования на внутренней стороне изгиба и разнотолщинности стенок трубы (разностенности) по сечению в области изгиба. Таким образом, за счет простого удаления или установки дополнительных пакетов магнитопровода можно регулировать (выбирать) условия нагрева.The presence of a magnetic circuit on the inner side of the bend increases the concentration of heating of the pipe wall in this zone (neck part), which leads to an increase in temperature on the inner side compared with the outer (occipital) side of the bend. That is, a temperature distribution is achieved, and therefore, ductility of the metal on the outer and inner sides of the pipe, which leads to a decrease in corrugation on the inner side of the bend and the thickness difference of the pipe walls (difference) over the cross section in the bending region. Thus, due to the simple removal or installation of additional packages of the magnetic circuit, it is possible to regulate (select) the heating conditions.

Промышленная применимость и использование предлагаемой полезной модели очевидны, так как она просто реализуется в промышленных условиях из доступных, известных составляющих и по известным технологиям. Предлагаемое устройство иллюстрируется фиг 1, гдеThe industrial applicability and use of the proposed utility model are obvious, since it is simply implemented in an industrial environment from available, well-known components and known technologies. The proposed device is illustrated in Fig 1, where

1 - изгибаемая труба,1 - bending pipe

2 - продольная ось трубы,2 - the longitudinal axis of the pipe,

3 - водоохлаждаемый кольцевой индуктор,3 - water-cooled ring inductor,

4 - плоскость, перпендикулярная продольной оси трубы,4 - a plane perpendicular to the longitudinal axis of the pipe,

5 - горизонтальная плоскость гиба трубы,5 - horizontal plane of the pipe bend,

6 - П-образный магнитопровод,6 - U-shaped magnetic circuit,

7 - угол размещения магнитопровода7 - the angle of the magnetic circuit

На стороне одновиткового индуктора 3, обращенной к внутренней стороне гиба (подшеечной части) трубы 1, размещен П-образный магнитопровод 6, состоящий из отдельных пакетов. Пакеты магнитопровода 6 из шихтованной стали, феррита или других магнитомягких диэлектриков, плотно прилегают к поверхности водоохлаждаемого витка индуктора 1, что обеспечивает охлаждение магнитопровода. Телесный угол 7, образованной дугой магнитопровода и радиусами, соединяющими его концы с центром трубы, лежит в пределах 150 градусов и симметричен относительно горизонтальной плоскости гиба 5 (±75 град относительно горизонтальной плоскости гиба). Длина дуги магнитопровода определяется числом пакетов магнитопровода и шагом их размещения. Число пакетов магнитопровода, шаг и угол их размещения выбираются исходя из того, какое распределение температур и пластичности металла на наружной и внутренней сторонах трубы нужно получить, чтобы для конкретных диаметра, толщины стенок, материала трубы, радиуса гиба, обеспечить минимальные гофрообразование и разнотолщинность стенок трубы.On the side of the single-turn inductor 3, facing the inner side of the bend (neck part) of the pipe 1, a U-shaped magnetic circuit 6 is placed, consisting of separate packets. Packages of the magnetic circuit 6 of burdened steel, ferrite, or other magnetically soft dielectrics tightly adhere to the surface of the water-cooled coil of the inductor 1, which ensures cooling of the magnetic circuit. The solid angle 7 formed by the arc of the magnetic circuit and the radii connecting its ends with the center of the pipe lies within 150 degrees and is symmetrical about the horizontal plane of the bend 5 (± 75 degrees relative to the horizontal plane of the bend). The length of the magnetic circuit arc is determined by the number of magnetic circuit packs and the step of their placement. The number of magnetic core packages, the pitch and the angle of their placement are selected based on the temperature distribution and ductility of the metal on the outer and inner sides of the pipe, so that for a specific diameter, wall thickness, pipe material, bending radius, to ensure minimal corrugation and the thickness of the pipe walls .

Таким образом, за счет простого удаления или добавления пакетов магнитопровода (изменения конфигурации устройства) достигается заявляемый эффект. Выбор может осуществляться как известным расчетным путем, так и экспериментально.Thus, by simply removing or adding packages of the magnetic circuit (changing the configuration of the device), the claimed effect is achieved. The choice can be made both by known calculation methods, and experimentally.

Предлагаемое устройство работает как обычное устройство непрерывной индукционной гибки труб. Гибка труб производится при продольном движении трубы. Используется, как правило, одновитковый индуктор. Подвод тока от источника питания к индуктору осуществляют таким образом, чтобы подводящие шины подходили к витку индуктора с противоположной от магнитопровода стороны. Контроль за стабильностью достигнутого распределения температуры по периметру нагреваемой зоны, обычно, осуществляют путем измерения соотношения температур на противоположных сторонах зоны нагрева трубы.The proposed device operates as a conventional continuous induction pipe bending device. Pipe bending is carried out with longitudinal pipe movement. A single-turn inductor is used, as a rule. The current is supplied from the power source to the inductor in such a way that the supply buses fit to the coil of the inductor from the opposite side from the magnetic circuit. The stability control of the achieved temperature distribution around the perimeter of the heated zone is usually monitored by measuring the temperature ratio on opposite sides of the pipe heating zone.

Примером конкретного выполнения предлагаемого устройства является изготовленный по заказу ООО «ПеллаМаш» узел индукционного нагрева труб диаметром от 89 до 325 мм перед их гибкой на трубогибочном станке типа ТГС-325. Узел соответствует приведенной на фиг.1 схеме. Для гибки трубы диаметром 325 мм использовался индуктор диаметром 340 мм, число пакетов магнитопровода равное 11 было определено расчетным путем, а затем проверено экспериментально. Использование этого узла нагрева позволило достичь такого распределения температуры по периметру кольцевой зоны нагрева и, соответственно, таких пластических свойств металла, при которых утонение стенки трубы на внешней стороне гиба было уменьшено на 60%, а гофрообразование было полностью исключено.An example of a specific implementation of the proposed device is a unit for induction heating of pipes with a diameter of 89 to 325 mm made by order of PellaMash LLC before they are flexible on a TGS-325 type bending machine. The node corresponds to that shown in figure 1. To bend a pipe with a diameter of 325 mm, an inductor with a diameter of 340 mm was used, the number of packages of the magnetic circuit equal to 11 was determined by calculation, and then verified experimentally. The use of this heating unit made it possible to achieve such a temperature distribution around the perimeter of the annular heating zone and, accordingly, such plastic properties of the metal, in which thinning of the pipe wall on the outside of the bend was reduced by 60%, and corrugation was completely excluded.

Claims

A device for continuous induction bending of pipes, including an annular inductor located in a plane perpendicular to the longitudinal axis of the pipe, characterized in that the device is equipped with a U-shaped packet magnetic circuit, worn on a part of the coil of the inductor facing the inner side of the pipe bend, and located symmetrically relative to the horizontal plane pipe bending within an angle of placement of 75 °.