ЦЕНТРАТОР ВНУТРЕННИЙ ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ Российский патент 2005 года по МПК F16L1/06 

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в трубопроводном транспорте для внутренней концентрации сборки и последующей наружной сварки магистральных нефтегазопроводов большого диаметра.

Известны внутренние гидравлические центраторы ЦВС144П (ЦВ144П), ЦВ124, ЦВ107, ЦВ84, ЦВ54 [1-4], изготавливаемые в Польше [1], а также заводами СНГ КЭМЗ "Сварка" (г. Киев) [2], КрМЗ (г.Кропоткин) [3], КаМЗ (г.Камешково) [4], предназначенные для строительства (сварки) магистральных трубопроводов диаметром 1420 мм, 1220 мм, 1020 мм, 720-830 мм, 530-640 мм соответственно, спроектированные в СКБ "Газстроймашина" [5].

Эти центраторы содержат центрирующий механизм, выполненный в виде двух встречно-соосных гидроцилиндров с распорными конусами на штоках и радиально размещенными в корпусе центрирующего механизма толкателями с жимками, четырехколесную тележку и гидравлический механизм управления с гидрозамками, подключенный к выходу электронасоса.

Для сварки очередного стыка упомянутые центраторы, кроме ЦВС 144П (индекс "С" означает самоход"), буксируются за штангу на тележке к открытому торцу трубопровода, после чего электронасос подключается к сварочному агрегату 70В, задний ряд жимков разжимается, закрепляясь и фиксируясь за счет гидрозамков внутри трубопровода, на штангу "надевается" секция трубы, электронасос вновь подключается через кабель в штанге к сварочному агрегату, передний ряд жимков разжимается, центрируя стык, и удерживается своим гидрозамком внутри стыка на время сварки. После сварки на тросик открывают гидрозамки механизма управления, жидкость под действием пружин сливается из поршневых полостей гидроцилиндров в бак, центрирующий механизм освобождается, и центратор буксируется на тележке к новому стыку. Верхний (задний) опорный ролик тележки подпружинен, прижимая задние колеса в противовес буксировочной штанге.

Наиболее близким по технической сущности и предлагаемому изобретению (прототипом) является центратор внутренний ЦВС144П (самоходный, польского производства) [1].

Он содержит центрирующий механизм, выполненный в виде двух встречно-соосных гидроцилиндров с распорными конусами на штангах и радиально размещенными в корпусе центрирующего механизм толкателями и жимками, четырехколесную тележку, гидравлический механизм управления с гидрозамками, подключенный к выходу электронасоса. Кроме того, центратор ЦВС144П содержит механизм перемещения (самохода) с системой передач, прижимным устройством заднего ведущего колеса, электроприводом, закрепленным на тележке, и кабельным барабаном, два дистанционных пульта управления и электроаппаратный шкаф системы управления.

Такое дополнение позволяет исключить необходимость внешней буксировки тяжелого центратора (m=2000 кг) и реализовать самоход со средней скоростью 0,8 м/с и паспортным тяговым усилием до 330 кН.

Недостатком прототипа (ЦВС144П) является сложная реализация механизма самохода на базе электропривода с системой передач и большой редукцией, мощным прижимным устройством заднего (верхнего) ведущего колеса. С учетом максимального коэффициента трения ведущего колеса внутри трубы К≤0,2 прижимное усилие должно быть F=330:0,2=1650 кН, что вряд ли достижимо и целесообразно. Появление еще одного электродвигателя с большой редукцией для самохода и мощным прижимным механизмом (кроме электронасоса для центрирования) существенно повышает стоимость центратора. Основная нагрузка тележки центратора с учетом массы центрирующего механизма (m=1500 кг) приходится на передние колеса, поэтому ведущие колеса тележки, с точки зрения сцепного усилия самохода, целесообразно располагать, как самые нагруженные, впереди у центрирующего механизма. Однако там не размещается электропривод. Из-за большой редукции усложняется буксировка центратора в аварийном режиме.

Изобретение направлено на упрощение реализации самохода центратора внутреннего гидравлического.

Указанный технический результат достигается тем, что в центратор внутренний гидравлический (далее центратор), содержащий центрирующий механизм, выполненный в виде двух встречно-соосных гидроцилиндров с распорными конусами на штоках и радиально размещенными в корпусе центрирующего механизма толкателями и жимками, четырехколесную тележку, электрогидравлический механизм управления с гидрозамками, подключенный к выходу электронасоса, введен планетарный гидромотор, реверсивный электрогидрораспределитель и ведущая ось с двумя карданами, причем выход электронасоса через электрогидрораспределитель связан с планетарным гидромотором, а выход планетарного гидромотора через ведущую ось правым и левым карданами соединен с передними колесами тележки, кроме того, электрогидрораспределитель выполнен с "открытым" центром.

Изобретение поясняется чертежом, на котором представлена принципиальная гидрокинематическая схема центратора внутреннего гидравлического самоходного.

Центратор содержит центрирующий механизм, выполненный в виде двух встречно-соосных гидроцилиндров 1, 2 с распорными конусами 3, 4 на штоках и радиально размещенными в корпусе центрирующего механизма 5 толкателями 6 и жимками 7, образующими концентрические окружности внутри трубы. Электрогидравлический механизм управления встречно-соосными гидроцилиндрами 1, 2 центратора содержит четырехкромочные непроточные реверсивные электрогидрораспределители 8, 9 с гидрозамками 10, 11. Выход электронасоса 12 связан со входами четырехкромочных непроточных реверсивных электрогидрораспределителей 8, 9. С выходом электронасоса 12 также соединен реверсивный электрогидрораспределитель 12 с "открытым" центром. К выходу реверсивного электрогидрораспеделителя 13 подключен планетарный гидромотор 14, который через ведущую ось 15 и через карданы 16 связан с передними колесами 17 тележки. Каналы 16 исполнены со шлицевыми соединениями для регулировки "схождения" передних (ведущих) колес 17 тележки.

Работает центратор следующим образом.

После сварки очередного стыка от пульта управления по кабелю (на чертеже не показаны) напряжение сварочного агрегата +70 В подается на электромагнит реверсивного электрогидрораспределителя 13 и электронасос 12. Рабочая жидкость поступает в планетарный гидромотор 14, который через ведущую ось 15 и карданы 16 вращает передние колеса 17 тележки. При этом жимки 7 в исходном положении освобождены внутри трубы. Центратор на тележке внутри трубы перемещается вперед на 12-36 м к свободному торцу со скоростью 0,6 м/с. За счет реверсивного электрогидрораспределителя 13 при излишнем выбеге тележки с центратором на свободном торце трубы можно сместить ее назад, реверсируя реверсивный электрогидрораспределитель 13 так, чтобы очередной стык оказался посередине между передними и задними жимками 7. Для исключения винтообразного смещения центратора от стыка к стыку внутри трубы у передних колес 17 регулируют "схождение" путем синфазного разворота передних вилок тележки в сторону, противоположную смещению. При этом карданные валы 16 со шлицевыми соединениями обеспечивают связь планетарного гидромотора 14 с колесами 17.

После установки центратора на свободном торце трубопровода от пульта управления по кабелю напряжение сварочного агрегата +70 В подается на электромагнит четырехкромочного непроточного реверсивного электрогидрораспределителя 9 и электронасос 12. Рабочая жидкость через гидрозамок 11 поступает в поршневую полость встречно-соосного гидроцилиндра 2. Задний ряд жимков 7 через распорный конус 4 и толкатель 6 разжимается, закрепляясь и фиксируясь за счет гидрозамка 11 внутри трубопровода.

К торцу трубопровода трубоукладчиком пристыковывают очередную секцию трубы, после чего по кабелю от пульта управления напряжение сварочного агрегата +70 В подается на четырехкромочный непроточный реверсивный электрогидрораспределитель 8 и электронасос 12. Рабочая жидкость через гидрозамок 10 поступает в поршневую полость встречно-соосного гидроцилиндра 1, передний ряд жимков 7 через распорный конус 3 и толкатели 6 разжимается внутри секции трубы, обеспечивая за счет гидрозамка 10 ее концентричную фиксацию относительно торца на все время сварки. После сварки очередного шва напряжение +70 В от пульта управления вновь подается на электронасос 12 и реверсирующие электромагниты четырехкромочных непроточных реверсивных электрогидрораспределителей 8, 9, гидрозамки 10, 11 открываются, рабочая жидкость поступает в штоковые полости соосных гидроцилиндров 1, 2, центратор "освобождается" и готов к самоходному движению. После завершения наружной сварки включают "задний ход" на гидропривод самохода, смещая центратор на 1 м назад. Сварщики внутри трубы проваривают корень шва, после чего центратор движется самоходом к новому стыку.

Применение планетарного гидромотора 14 в сочетании с реверсивным электрогидрораспределителем 13 и ведущей осью 15, передних колес 17 с двумя карданами 16 позволяет исключить сложный и трудоемкий прижимной механизм с электроприводом и редуктором, присущий прототипу (с задним ведущим колесом). 85-90% веса центратора приходится на передние колеса, поэтому сцепное усилие 2000 Н при массе 1000 кг обеспечивает без буксования и юза преодоление подъемов и уклонов до 10° в режиме управляемого самохода от электронасоса 12. Малая скорость движения и большое тяговое усилие 2000 Н достигаются без редукции благодаря применению высоко моментного планетарного гидромотора МГП160 ("Омскгидропривод").

Выполнение реверсивного электрогидрораспределителя 13 с "открытым" центром обеспечивает возможность внешней буксировки за трос обесточенного центратора в аварийных ситуациях и при пробуксовке передних колес при наличии наледи, снега внутри трубы в северных условиях. При этом ведущая ось 15 и вал планетарного гидромотора 14 вращаются, а рабочая жидкость гидромотора циркулирует беспрепятственно через открытый центр. Таким образом, предлагаемое решение упрощает аварийную буксировку центратора, недостижимую в прототипе. Использование планетарного гидромотора МГП160 с внутренней гидравлической редукцией позволяет исключить дополнительный редуктор и получить требуемые скорости и усилия при редукции 1=1:1 от гидромотора до колес. Для удобства компоновки ведущая ось и вал гидромотора связаны цепной передачей.

Заявляемый центратор с гидроприводом самохода реализован в конструкции ЦВС147, изготовленной в ООО "НПП "КЭЗ-Автомаш" (г.Ковров), и успешно прошел испытания на участке газопровода "Заполярное – Новый Уренгой" с диаметром трубы 1420 мм.

Источники информации

1. Центратор внутренний гидравлический самоходный ЦВС144П. Производство Польши. www.mtu-net.ru/gazstroy/central/samohod.htm.

2. Центраторы внутренние гидравлические. ЗАО "Киевский экспериментальный механический завод "Сварка". www.kemzvatka.com.

3. Центраторы внутренние гидравлические ОАО "Кропоткинский машиностроительный завод". www.kremz.narod.ru.

4. Центраторы внутренние гидравлические. ОАО "Камешковский электромеханический завод" (г.Камешково, Владимирской обл.) Рекламные материалы.

5. Министерство строительства предприятий нефтяной и газовой промышленности СССР СКБ "Газстроймашина". Центратор внутренний гидравлический ЦВ147. Техническое описание ЦВ147.00.00.000ТО. Москва 1988 г.

Изобретение относится к строительству и используется при сооружении магистральных трубопроводов. Центратор содержит четырехколесную тележку, электронасос, электрогидравлический механизм управления с гидрозамками, центрирующий механизм, выполненный в виде двух встречно-соосных гидроцилиндров с распорными конусами на штоках и радиально размещенными в корпусе центрирующего механизма толкателями и жимками, планетарный гидромотор, реверсивный электрогидрораспределитель. Выход электронасоса через реверсивный электрогидрораспределитель связан с планетарным гидромотором, а его выход через ведущую ось правым и левым карданами соединен с передними колесами тележки. Расширяет арсенал технических средств. 1 ил.

Центратор внутренний гидравлический, содержащий центрирующий механизм, выполненный в виде двух встречно-соосных гидроцилиндров с распорными конусами на штоках и радиально размещенными в корпусе центрирующего механизма толкателями и жимками, четырехколесную тележку, электрогидравлический механизм управления с гидрозамками, подключенный к выходу электронасоса, отличающийся тем, что в него введен планетарный гидромотор, реверсивный электрогидрораспределитель и ведущая ось с двумя карданами, причем выход электронасоса через реверсивный электрогидрораспределитель связан с планетарным гидромотором, а выход планетарного гидромотора через ведущую ось правым и левым карданами соединен с передними колесами тележки, кроме того, реверсивный электрогидрораспределитель выполнен с “открытым” центром.