УСТРОЙСТВО ЦЕНТРОВКИ И ПРИЖИМА ТРУБЧАТЫХ ЭЛЕМЕНТОВ Российский патент 2010 года по МПК B23K37/53 

Настоящее изобретение относится к устройству центровки и прижима трубчатых элементов, таких как металлические трубы, устанавливаемые концентрически конец к концу и свариваемые с получением металлического трубопровода магистрального типа.

При сварке труб необходимо, чтобы их оси были выровнены и чтобы трубы удерживались в этом выровненном состоянии во время всего процесса сварки. Действительно, если оси не выровнены, то соединение между трубами будет неправильное, что может привести к образованию дефектов сварки. Выравнивать трубы и поддерживать их выровненными во время сварки позволяют устройства центровки и прижима. Такие устройства описаны, в частности, в патентах ЕР 1123774 и ЕР 076719.

Устройство указанного типа обычно содержит удлиненный цилиндр, оснащенный средствами прижима, такими как прижимные колодки, проходящие вдоль всей его окружности и выполненные с возможностью выдвижения в радиальном направлении с прижатием к стенкам прижимаемых труб. Данное устройство также содержит механические средства, обеспечивающие его перемещение внутри труб после того как сварка закончена, а колодки втянуты обратно.

Смещение прижимных колодок в известных устройствах обеспечивается, как правило, центральным поршнем. Этот поршень приводит в движение основной элемент, в который вставлены первые оси рычагов. Первые оси рычагов смещают эти рычаги, а те, в свою очередь, своими вторыми осями приводят в движение поршни, сдвигающие прижимные колодки по радиальным каналам, прижимая их к внутренним поверхностям собираемых труб.

Такому устройству присуще множество недостатков, к числу которых относятся: низкая прочность в зоне осей, предусмотренных на каждом конце рычага; необходимость, чтобы центральный элемент соответствовал диаметру трубы; и ограниченный ход поршня, весящего около 10 тонн. Также оси закреплены в элементах без возможности съема, это значит, что в случае деформации оси и необходимости ее замены, приходится менять весь узел. Указанные устройства описаны, в частности, в патентных документах US 4253599, WO 00/00322 и US 5288005.

Кроме того, из-за горизонтальной ориентации труб, детали устройства изнашиваются неравномерно. В частности, элементы и поршни, находящиеся снизу, приходится менять гораздо чаще. Данное обстоятельство является существенным недостатком.

Из патента US 4582241 известно устройство прижима и центровки труб, предназначенных для сваривания конец к концу. Используемые в этом устройстве приводные средства содержат поршень, который соединен с цилиндрической муфтой, выполненной с возможностью перемещения по валу. В периферической поверхности муфты предусмотрены пазы, образующие опору для подвижных стержней со сферической или круглой головкой. Указанные стержни представляют собой звенья связи с радиально расположенными валами, удерживающими прижимные колодки. В радиально расположенных валах тоже выполнены сферические гнезда, в которые вставлены вторые концы подвижных стержней, имеющие сферические или круглые головки.

Указанное устройство по существу исключает возможность воздействия разрушающих сил на оси подвижных стержней. Однако для этого в нем используются подвижные стержни особой конструкции. Также особую конструкцию имеют и элементы, образующие гнезда для указанных стержней. В результате, данное устройство является достаточно сложным для изготовления, а следовательно, дорогим.

Настоящее изобретение направлено на преодоление указанных недостатков, присущих известным техническим решениям. Эта задача решена путем создания устройства центровки и прижима трубчатых элементов, например труб, используемых при формировании трубопровода магистрального типа, которое содержит удлиненный цилиндр, заключающий внутри себя средства прижима, например, по меньшей мере одну группу прижимных колодок, проходящих вдоль всей его окружности и выполненных с возможностью выдвижения из указанного цилиндра в радиальном направлении с вхождением в соприкосновение со стенками прижимаемых труб, а также приводные средства, предназначенные для перемещения каждой группы прижимных колодок между положением, при котором они выступают из цилиндра, и положением, при котором они убраны в цилиндр. Устройство характеризуются тем, что указанные приводные средства содержат приводной орган, присоединенный с возможностью снятия к плите, удерживающей группу опорных элементов, на каждом из которых установлен с возможностью шарнирного поворота относительно оси первый конец соединительной тяги, при этом второй конец соединительной тяги установлен с возможностью такого же шарнирного поворота относительно оси во втором опорном элементе, удерживающем прижимную колодку, причем смещение приводного органа в продольном направлении цилиндра вызывает поворот первого конца соединительных тяг, тогда как происходящий в результате этого поворот второго конца соединительных тяг обеспечивает радиальное перемещение соответствующей прижимной колодки.

Преимущество заявленного устройства состоит в том, что прижим обеспечивается исключительно соединительными тягами, что позволяет создавать давящие усилия вплоть до 60 тонн. Оси, на которых установлены соединительные тяги в опорных элементах, не играют в давящем усилии никакой роли, а выполняют лишь функцию возврата опорных элементов в исходное положение. Данное обстоятельство существенно снижает износ этих осей. Кроме того, указанные соединительные тяги имеют простую конструкцию и не требуют тщательной пригонки, в отличие от подвижных соединительных тяг известного уровня техники. Следовательно, эти соединительные тяги являются более экономичными в изготовлении.

Каждый опорный элемент имеет гнездо, в котором с возможностью поворота установлен конец соединительной тяги. Конструкция опорных элементов, гнезд и приводных органов позволяет использовать поршень в отношении труб разных диаметров.

Кроме того, поскольку нет необходимости размещать оси в пределах основного элемента, опорные элементы, удерживающие прижимные колодки, можно располагать ближе друг к другу, а следовательно, увеличить их число, в результате чего улучшится прижим.

В предпочтительном случае, опорные элементы, соединительные тяги и опорные элементы, удерживающие колодки, оснащены средствами смазывания.

В случае маленьких диаметров, на одной оси может быть предусмотрено несколько плит. Такое решение позволяет обеспечить достаточное давление.

В предпочтительном случае, устройство содержит проходящий через его центр полый вал, который образует центральную ось устройства, придает устройству жесткость, а также обеспечивает возможность проведения кабелей и гибких тросов.

Таким образом, заявленное устройство обеспечивает улучшенную передачу прижимного усилия, при этом используемые в нем изнашиваемые компоненты можно легко заменять, что существенно облегчает техническое обслуживание и ремонт этого устройства, в отличие от аналогичных решений предшествующего уровня техники.

Заявленное устройство центровки и прижима может быть оснащено опорной рейкой, удерживающей сварочную ванну. В альтернативном случае, оно может не иметь опорной рейки или включать в себя сварочный агрегат, способный выполнять сварочный шов изнутри.

В предпочтительном случае заявленное устройство дополнительно содержит по меньшей мере два механизма центровки разных прижимных колодок, каждый из которых представлен по меньшей мере одним надувным элементом, закрепляемым на периферической поверхности удлиненного цилиндра.

Далее изобретение описано более подробно со ссылкой на единственный чертеж, изображающий заявленное устройство в продольном разрезе.

Показанное на чертеже устройство центровки и прижима содержит удлиненный цилиндр 1, заключающий внутри себя средства прижима, обеспечивающие прижим центрируемых труб.

Эти средства прижима содержат по меньшей мере одну группу прижимных колодок 2, которые проходят вдоль всей окружности цилиндра 1 и выполнены с возможностью выдвижения из указанного цилиндра 1 в радиальном направлении с вхождением в соприкосновение с поверхностями прижимаемых труб.

На чертеже представлены две группы колодок 2 (по одной группе на каждый конец соединяемых труб), однако аналогичным образом можно использовать только одну группу колодок, содержащую колодки U-образной формы, концы которых касаются каждого из соединяемых концов труб.

Смещение указанных колодок между положением, при котором они выступают из цилиндра 1, и положением, при котором они убраны в цилиндр 1, осуществляется приводными средствами, предусмотренными для каждой группы прижимных колодок.

Эти приводные средства содержат приводной орган 3, например, пневматический или гидравлический поршень, присоединенный с возможностью съема к плите 4. Круглая плита 4 имеет на своей периферической поверхности группу опорных элементов 5, на каждом из которых установлен с возможностью шарнирного поворота относительно оси первый конец соединительной тяги 6.

Другой конец соединительной тяги 6 установлен с возможностью такого же шарнирного поворота относительно оси во втором опорном элементе 7 (именуемом также поршнем), удерживающем прижимную колодку 2, причем смещение приводного органа 3 в продольном направлении цилиндра 1 вызывает поворот первого конца соединительных тяг 6, тогда как происходящий в результате этого поворот второго конца соединительных тяг 6 обеспечивает радиальное перемещение соответствующей прижимной колодки 2.

В предпочтительном случае соединительные тяги 6 оснащены средствами смазывания.

Вышеописанные средства прижима можно в равной степени использовать для центровки труб. Однако можно предусмотреть и другие средства центровки, такие как надуваемые элементы, размещенные на периферической поверхности цилиндра 1.

Для каждой группы прижимных колодок предусмотрены свои приводные средства.

Если устройство центровки и прижима предполагается использовать на трубах малого диаметра, то на той же оси, на которой установлены гидравлические или пневматические камеры, можно использовать несколько приводных органов для увеличения их силы давления.

Как следует из чертежа, заявленное устройство имеет полый центральный вал 8, обеспечивающий проведение кабелей, проводов и тросов устройства, таким образом, чтобы проходили к узлам устройства, расположенным в его задней части, и были доступны для осмотра.

Данное изобретение не ограничивается вышеописанным примером осуществления. Напротив, объем его правовой охраны распространяется на все возможные варианты выполнения, подпадающие под приложенную формулу изобретения.

Изобретение может быть использовано для центровки и прижима трубчатых элементов, например труб, при изготовлении магистрального трубопровода. В удлиненном цилиндре (1) размещены средства прижима в виде, например, по меньшей мере одной группы прижимных колодок (2), расположенных вдоль всей его окружности с возможностью выдвижения из указанного цилиндра (1) в радиальном направлении с вхождением в соприкосновение со стенками прижимаемых труб. Приводные средства предназначены для перемещения каждой группы прижимных колодок (2) между положением, при котором они выступают из цилиндра (1), и положением, при котором они убраны в цилиндр (1). Группа опорных элементов (5) размещена на плите (4), смонтированной с возможностью разъема с приводным органом (3). Первый конец соединительной тяги (6) установлен с возможностью шарнирного поворота относительно оси в упомянутом опорном элементе. Второй конец соединительной тяги (6) установлен с возможностью шарнирного поворота относительно оси в другом опорном элементе, удерживающем прижимную колодку (2). Устройство просто в изготовлении, обеспечивает создание давящего усилия прижима до 60 тонн при снижении износа осей, на которых установлены соединительные тяги. 5 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Устройство центровки и прижима трубчатых элементов, например, труб при создании трубопровода, содержащее удлиненный цилиндр (1), размещенные в нем средства прижима в виде по меньшей мере одной группы прижимных колодок (2), расположенных вдоль всей его окружности и выполненных с возможностью выдвижения в радиальном направлении с вхождением в соприкосновение со стенками прижимаемых труб, а также приводные средства, содержащие приводной орган (3), установленный с возможностью скользящего смещения в продольном направлении цилиндра (1), обеспечивающего радиальное перемещение каждой группы соответствующих прижимных колодок (2) за счет шарнирного поворота первого конца соединительных тяг (6) и происходящего в результате этого шарнирного поворота второго конца соединительных тяг (6), отличающееся тем, что оно снабжено группой опорных элементов (5), размещенных на плите (4), смонтированной с возможностью разъема с приводным органом (3), причем первый конец соединительной тяги (6) установлен с возможностью шарнирного поворота относительно оси в упомянутом опорном элементе, а второй конец соединительной тяги (6) установлен с возможностью шарнирного поворота относительно оси в другом опорном элементе, удерживающем прижимную колодку (2), при этом приводные средства обеспечивают перемещение прижимных колодок (2) между положением, при котором они выступают из цилиндра (1), и положением, при котором они убраны в цилиндр (1).

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что приводной орган представляет собой пневматический или гидравлический пресс (3).

3. Устройство по любому из пп.1 и 2, отличающееся тем, что соединительные тяги (6) оснащены средствами смазывания.

4. Устройство по любому из пп.1 и 2, отличающееся тем, что оно содержит образующий центральную ось полый вал (8), придающий жесткость устройству и обеспечивающий проведение кабелей и гибких тросов.

5. Устройство по любому из пп.1 и 2, отличающееся тем, что для труб малых диаметров оно содержит несколько приводных органов (3), размещенных на одной оси.

6. Устройство по любому из пп.1 и 2, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит по меньшей мере два механизма центровки, отличные от прижимных колодок, каждый из которых выполнен в виде по меньшей мере одного кольцеобразного элемента, закрепляемого на периферической поверхности удлиненного цилиндра.