КОНТРОЛЬ ТОЛЩИНЫ СТЕНКИ ПРИ РЕДУКЦИОННО-РАСТЯЖНОЙ ПРОКАТКЕ ТРУБ Российский патент 2022 года по МПК B21B17/14 B21B37/16 B21B37/78 

Область техники

Изобретение относится к управляющему устройству для управления редукционно-растяжным прокатным станом для прокатки труб, содержащим множество прокатных клетей, расположенных друг за другом в направлении подачи труб, и прибор для измерения толщины стенок, расположенный на выходной стороне.

Уровень техники

При изготовлении бесшовных труб используют редукционно-растяжной прокатный стан, содержащий множество прокатных клетей, расположенных друг за другом в направлении подачи трубы. Уменьшение диаметра трубы от одной клети прокатного стана к другой сопровождается растяжением трубы в осевом направлении и, таким образом, увеличением скорости движения материала трубы в направлении прокатки. Соответственно от одной клети прокатного стана к другой в направлении прокатки или подачи также должны увеличиваться частоты вращения валков. Уменьшение диаметра также связано с изменением толщины стенки. В случае больших разностей частот вращения между смежными клетями прокатного стана растяжение может стать настолько сильным, что толщина стенки уменьшается. Наоборот, в случае небольших разностей частот вращения толщина стенки может увеличиваться.

Среди прочего, вследствие колебаний толщины стенки прокатываемого материала, поступающего в редукционно-растяжной прокатный стан, также может колебаться толщина стенки прокатанного прокатываемого материала, выходящего из редукционно-растяжного прокатного стана. Причиной указанных колебаний являются, например, неоднородные условия прокатки, например, изменения температуры прокатки, неравномерный износ инструментов, применяемых в предыдущих агрегатах, и т.д. По этой причине редукционно-растяжные прокатные станы могут быть оснащены системами регулирования для регулирования толщины стенки на выходной стороне или, соответственно, улучшения допуска.

Одно из известных технических решений состоит в воздействии на растяжение прокатываемой трубы путем целенаправленного изменения частоты вращения прокатных клетей. Например, если участок поступающей трубы прокатывают со слишком толстой стенкой по сравнению с заданным значением, то посредством более крутой кривой частоты вращения, т.е. посредством увеличивающихся разностей частот вращения между смежными прокатными клетями, может быть увеличено растяжение, и тем самым более существенно уменьшена толщина стенки. Если в другом случае участок прокатывают со слишком тонкой стенкой по сравнению с заданным значением, то посредством более пологой кривой частоты вращения мгновенное растяжение в редукционно-растяжном прокатном стане может быть уменьшено. Таким образом, происходит компенсация колебаний толщины стенки поступающей трубы и, таким образом, выравнивание толщины стенки выходящей трубы и повышение качества прокатки.

Для известных видов регулирования скорости прокатных клетей для компенсации колебаний толщины стенки поступающей трубы требуется измерительное устройство для измерения толщины стенки трубы, поступающей в редукционно-растяжной прокатный стан. Так, в DE 29 47 233 A1 описывается регулировочное устройство для регулирования степени общего растяжения редукционно-растяжного прокатного стана. На входной стороне предусмотрено устройство для измерения толщины стенки, например, радиоизотопный прибор. Аналогичная техника известна из US 3,496,745 A. В обоих случаях на входной стороне применяют радиометрическое измерение толщины стенки, посредством которого создают контур регулирования или осуществляют упреждающее регулирование частот вращения прокатных клетей. На практике наряду с измерением толщины стенки на входной стороне также требуется измерение толщины стенки на выходной стороне для контроля успешности регулирования толщины стенки. Кроме того, измерение толщины стенки на выходной стороне необходимо также для правильного обнаружения утолщенных концов труб.

С обеспечением прибора для измерения толщины стенок на входной и выходной стороне связаны высокие расходы на приобретение и эксплуатационные расходы. К этому добавляются эксплуатационные проблемы и аспекты безопасности, особенно при применении радиометрических измерительных приборов, в которых используются источники сильного радиоактивного излучения. Это приводит к тому, что на практике в редукционно-растяжных прокатных станах часто непрерывное измерение толщины стенки не используют и, таким образом, локальный контроль толщины стенки не может быть осуществлен.

Раскрытие сущности изобретения

Задача изобретения состоит в усовершенствовании контроля толщины стенки в редукционно-растяжном прокатном стане.

Эта задача решается благодаря управляющему устройству с признаками пункта 1 и способу с признаками пункта 10 формулы изобретения. Выгодные усовершенствованные варианты осуществления следуют из зависимых пунктов, последующего описания изобретения и описания предпочтительных примеров осуществления.

Предлагаемое изобретением управляющее устройство служит для управления редукционно-растяжным прокатным станом, предназначенным для прокатки труб. Трубы предпочтительно представляют собой бесшовные цилиндрические трубы из металлического материала. Редукционно-растяжной прокатный стан содержит множество прокатных клетей, расположенных друг за другом в направлении подачи труб. Подлежащая прокатке труба, поступающая в редукционно-растяжной прокатный стан, проходит через прокатные клети, в результате чего с соответствующей кривой частоты вращения происходит растяжение трубы в продольном направлении и изменение толщины стенки трубы. Редукционно-растяжной прокатный стан также содержит по меньшей мере один расположенный на выходной стороне прибор для измерения толщины стенок, выполненный с возможностью измерения толщин стенок труб, выходящих из последней прокатной клети, которые в настоящем документе обозначаются как «толщины стенок на выходной стороне». Здесь и ниже термины «перед» и «за» относятся к направлению подачи труб, если не указано иное. Таким образом, прибор для измерения толщины стенок на выходной стороне служит для измерения толщин стенки прокатанной трубы. С этой целью прибор для измерения толщины стенок на выходной стороне расположен предпочтительно непосредственно за последней прокатной клетью или по меньшей мере как можно ближе за последней прокатной клетью. Измерение выполняется предпочтительно бесконтактно. Оно может быть основано на радиометрическом принципе. Так, прибор для измерения толщины стенок на выходной стороне может содержать излучатель, например, цезиевый излучатель, и детектор, которые выполнены с возможностью измерения, посредством детектора, ослабления излучения, излученного излучателем, после прохода через поперечное сечение трубы (перпендикулярно продольному направлению). Разумеется, толщина стенки трубы на выходной стороне может быть измерена и другим образом. Сюда в частности включены и опосредованные способы измерения, при которых толщину стенок измеряют не непосредственно, а посредством множества других физических параметров, по которым может быть рассчитана толщина стенки.

Согласно изобретению управляющее устройство выполнено с возможностью получения от прибора для измерения толщины стенок данных измерений, характеризующих одну или множество толщин стенки на выходной стороне трубы, выходящей из последней прокатной клети. Передача данных измерений предпочтительно осуществляется с помощью электроники, например, в цифровой форме посредством кабеля или беспроволочной связи. Измеренные данные могут представлять собой толщины стенок, выраженных в соответствующей физической единице, или в качестве альтернативы содержать данные, по которым управляющее устройство может сделать заключение о толщинах стенки. Данные измерений предпочтительно содержат множество локальных толщин стенки, т.е. множество толщин стенки одной и той же трубы вдоль ее продольной протяженности. Набор множества толщин стенки как функция локального местоположения или, соответственно, локального осевого положения трубы ниже обозначается также как «профиль толщины стенки». При этом профиль толщины стенки может быть представлен и/или представлен изнутри различным образом, например, дискретно, квазинепрерывно или непрерывно (например, посредством непрерывной дифференцируемой функции). Посредством того, что множество толщин стенки на выходной стороне трубы, выходящей с определенной скоростью из последней прокатной клети, измеряется как функция времени тактами или иным образом, в приборе для измерения толщины стенок или в управляющем устройстве может быть определен профиль толщины стенки прокатываемой трубы.

Управляющее устройство также выполнено с возможностью определения на основании принятых данных измерений одной или множества толщин стенки на входной стороне. Это может осуществляться посредством того, что толщины стенки, измеренные на выходной стороне, служат в качестве начальных условий модельного расчета, например, моделирования потока материала, или могут быть вычислены посредством обратного расчета иным образом, предпочтительно итеративно. Теоретические толщины стенки на входной стороне, определенные таким образом, не должны точно совпадать с фактическими толщинами стенки на входной стороне. Является достаточным, если их использование (описано ниже) приводит к повышению качества прокатки, в частности, к выравниванию профиля толщины стенки на выходной стороне. Как описано выше в отношении измеренных толщин стенки на выходной стороне, на основании теоретически выведенных толщин стенки на входной стороне управляющим устройством может быть определен или рассчитан теоретический профиль толщины стенки на входной стороне.

Управляющее устройство также выполнено с возможностью управления одной или множеством прокатных клетей с учетом теоретических толщин стенки на входной стороне. С этой целью управляющее устройство с использованием беспроволочной связи или по кабелю выдает для прокатных клетей предпочтительно электронные сигналы или команды. Прокатные клети выполнены с возможностью их управления или регулирования, предпочтительно по отдельности, но они могут быть выполнены и с возможностью управления по группам. Здесь термины «управлять», «регулировать» и т.д. в частности включают регулирование частоты вращения рабочих валков прокатных клетей, при этом, однако, указанное регулирование может включать и регулирование дополнительных или других параметров прокатки, таких как, например, давление при прокатке, установка рабочих валков и т.д.

Предлагаемое теоретическое решение, основанное на обратном расчете толщины (толщин) стенки трубы на входной стороне по измеренной толщине стенки (измеренным толщинам стенки) на выходной стороне, благодаря учету колебаний толщины стенки на входной стороне обеспечивает компромисс между капитальными затратами и расходами на эксплуатацию редукционно-растяжного прокатного стана и повышением точности прокатки. Изобретение позволяет снизить требования к измерительной технике без необходимости отказа от управления на основе толщин стенки на входной стороне. Таким образом, может быть применено обычное локальное регулирование толщины стенки для редукционно-растяжного прокатного стана, причем вместо измеренных толщин стенки на входной стороне в качестве входных сигналов используются толщины стенки, рассчитанные путем обратного расчета. Следует указать на то, что обратный расчет может иметь смысл также тогда, когда имеются технические средства для измерения толщины стенки на входной стороне. С одной стороны, в этом случае без необходимости прерывания или прекращения эксплуатации установки могут быть преодолены аварийные ситуации при возможном отказе измерения толщины стенки на входной стороне. С другой стороны, на основе сравнения между толщинами стенки трубы, рассчитанными путем обратного расчета, и толщинами стенки трубы, измеренными на входной стороне, может быть проведена подстройка модели управления и/или обнаружение неисправности. При корректной работе модели управления или, соответственно, управляющего устройства кривая частоты вращения, определенная при обратном расчете посредством модели управления для определенного профиля толщины стенки на входной стороне, может быть использована для того, чтобы по профилю толщины стенки на выходной стороне снова определить толщину стенки на входной стороне или профиль толщины стенки на входной стороне. Бóльшая разница между фактическим профилем толщины стенки на входной стороне и профилем толщины стенки на входной стороне, вычисленным путем обратного расчета, указывает на ошибки в системе управления.

Управляющее устройство предпочтительно выполнено с возможностью определения отклонения от одного или множества заданных значений на основании теоретически определенных толщин стенки на входной стороне. Указанное отклонение может быть использовано для коррекции рабочих параметров прокатных клетей с целью достижения динамического регулирования толщины стенки.

Предпочтительно управление одной или множеством прокатных клетей включает по меньшей мере регулирование частоты вращения и/или коррекцию частоты вращения рабочих валков. Например, если прокатывают участок поступающей трубы, толщина стенки которого согласно обратному расчету больше заданного значения или предполагают, что она больше заданного значения, то посредством более крутой кривой частоты вращения, т.е. посредством увеличивающихся разностей частот вращения между смежными прокатными клетями, может быть увеличено растяжение и тем самым более существенно уменьшена толщина стенки. Если в другом случае прокатывают участок, толщина стенки которого согласно обратному расчету больше заданного значения или предполагают, что она больше заданного значения, то посредством более пологой кривой частоты вращения может быть уменьшено мгновенное растяжение в редукционно-растяжном прокатном стане. Таким образом, происходит компенсация колебаний толщины стенки поступающей трубы и, таким образом, выравнивание толщины стенки выходящей трубы.

Управляющее устройство предпочтительно выполнено с возможностью использования теоретически определенных толщин стенки на входной стороне для регулирования толщины стенки одной или множества последующих труб. Здесь термин «последующий» следует рассматривать в отношении трубы (аналогично - в отношении множества труб), которая являлась основой для обратного расчета. В простейшем случае в качестве аппроксимации для фактического профиля толщины стенки последующей трубы принимается, например, профиль толщины стенки, вычисленный путем обратного расчета, или среднее значение из множества рассчитанных профилей толщины стенки. С помощью указанного теоретического профиля в качестве основы или, соответственно, входных данных выполняется динамическая коррекция частоты вращения прокатных клетей.

Управляющее устройство предпочтительно выполнено с возможностью составления на основании теоретически определенных толщин стенки на входной стороне прогноза относительно толщин стенки, предпочтительно профиля толщины стенки, последующих труб. Так, составление прогноза может включать анализ на циклически повторяющиеся и/или статистические закономерности. Например, в следующих друг за другом трубах в эквивалентных местах могут возникать аналогичные отклонения толщины стенки, или профили толщины стенки повторяются после определенного количества труб. По этим причинам управляющее устройство предпочтительно выполнено с возможностью исследования расчетных профилей стенки труб на наличие указанных характеристик, например, характеристик, общих для всех труб или периодически повторяющихся, и прогнозирования на основании этого профиля толщины стенки последующих труб. Таким образом, может быть повышена точность расчетных профилей толщины стенки на входной стороне. Исходя из указанного предпочтительного примера осуществления, может быть целесообразным, если управляющее устройство начинает коррекцию частоты вращения прокатных клетей только после того, как оно с определенной достоверностью обнаруживает указанные закономерности в профиле толщины стенки трубы и/или в количестве инструментов, применяемых в предыдущих агрегатах. Распознанные конфигурации и систематические ошибки также могут быть сообщены оператору прокатного стана, чтобы обеспечить возможность идентификации возможных проблем в предыдущих агрегатах в редукционно-растяжном прокатном стане.

Управляющее устройство предпочтительно выполнено также с возможностью сравнения теоретически определенных толщин стенки трубы на входной стороне с измеренными толщинами стенки трубы на выходной стороне. Указанное сравнение, позволяет, с одной стороны, производить проверку достоверности обратного расчета или, соответственно, прогноза, а с другой стороны, производить адаптивную коррекцию характеристики управления управляющего устройства, чтобы в еще большей степени оптимизировать результат прокатки.

Дальнейшее улучшение качества прогноза и/или качества прокатки может быть достигнуто, если расчетный профиль толщины стенки трубы на входной стороне корректируют с помощью измеренного среднего значения толщины стенки на входной стороне. Указанное среднее значение толщины стенки может быть определено, например, путем измерения веса, длины и/или диаметра поступающей трубы, т.е. в техническом отношении сравнительно просто и недорого.

Предпочтительно редукционно-растяжной прокатный стан также содержит прибор для измерения толщины стенок на входной стороне, выполненный с возможностью измерения толщин стенки на входной стороне труб, поступающих в первую прокатную клеть, причем в таком случае управляющее устройство выполнено с возможностью сравнения измеренных толщин стенки на входной стороне с теоретически определенными толщинами стенки на входной стороне. Таким образом, согласно указанному предпочтительному примеру осуществления прибор для измерения толщины стенок расположен перед первой прокатной клетью. С одной стороны, в этом случае без необходимости прерывания или прекращения эксплуатации установки могут быть преодолены аварийные ситуации при возможном отказе от измерения толщины стенки на входной стороне. С другой стороны, на основе сравнения между толщинами стенки трубы, рассчитанными путем обратного расчета, и толщинами стенки трубы, измеренными на входной стороне, может быть проведена подстройка модели управления и/или обнаружение неисправности.

Согласно изобретению редукционно-растяжной прокатный стан для прокатки труб содержит множество прокатных клетей, расположенных друг за другом в направлении подачи труб, по меньшей мере один прибор для измерения толщины стенок на выходной стороне, выполненный с возможностью измерения на выходной стороне толщин стенки труб, выходящих из последней прокатной клети, и управляющее устройство согласно представленным выше вариантам осуществления.

Предлагаемый изобретением способ служит для управления редукционно-растяжным прокатным станом для прокатки труб, содержащим множество прокатных клетей, расположенных друг за другом в направлении подачи труб, и по меньшей мере один прибор для измерения толщины стенок на выходной стороне, выполненный с возможностью измерения на выходной стороне толщин стенок труб, выходящих из последней прокатной клети, причем указанный способ включает: измерение на выходной стороне одной или множества толщин стенки трубы посредством прибора для измерения толщины стенок; теоретическое определение или, соответственно, расчет одной или множества толщин стенки на входной стороне, предпочтительно профиля толщины стенки на входной стороне, трубы в состоянии перед поступлением в первую прокатную клеть по измеренным толщинам стенки на выходной стороне; и регулирование одной или множества прокатных клетей с учетом теоретически определенных толщин стенки на входной стороне.

Признаки, технические эффекты, преимущества и примеры осуществления, описанные в отношении управляющего устройства и редукционно-растяжного прокатного стана, аналогичным образом действуют в отношении способа.

Дополнительные преимущества и признаки настоящего изобретения станут очевидными из последующего описания предпочтительных вариантов осуществления. Описанные в нем признаки могут быть осуществлены по отдельности или в сочетании с одним или несколькими вышеизложенными признаками, если указанные признаки не противоречат друг другу. Ниже приводится описание предпочтительных примеров осуществления со ссылкой на прилагаемый чертеж.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 представляет собой схематичный вид редукционно-растяжного прокатного стана с устройством для измерения толщины стенки на выходной стороне.

Фиг.2 представляет собой диаграмму, представляющую собой приведенную в качестве примера толщину стенки трубы как функцию положения трубы в осевом направлении для пояснения итеративного способа расчета профиля толщины трубы на входной стороне.

Осуществление изобретения

Ниже при помощи фиг.1 описываются предпочтительные примеры осуществления изобретения.

Фиг.1 представляет собой схематичный вид редукционно-растяжного прокатного стана 1. Редукционно-растяжной прокатный стан 1 содержит множество, в данном случае в качестве примера десять, прокатных клетей 10. Прокатные клети 10 предпочтительно выполнены управляемыми по отдельности. В частности, могут индивидуально регулироваться частоты вращения рабочих валков (на фиг.1 не показаны) прокатных клетей 10.

Управление прокатными клетями 10, предпочтительно компьютеризированное, осуществляется посредством управляющего устройства 2. При необходимости управляющее устройство 2 берет на себя управление дополнительными компонентами редукционно-растяжного прокатного стана 1. Следует отметить, что термин «управляющее устройство» охватывает как центральные, так и децентрализованные структуры для управления редукционно-растяжным прокатным станом 1. В соответствии с этим управляющее устройство 2 не должно находиться в «месте» расположения редукционно-растяжного прокатного стана 1 или быть его составной частью. Кроме того, задачи управления, этапы обработки данных и т.д. могут быть распределены по различным вычислительным устройствам, которые в таком случае в своей совокупности охватываются термином «управляющее устройство». Кроме того, связь управляющего устройства 2 с управляемыми компонентами может осуществляться как физически посредством кабеля, так и без проводов.

Для прокатки трубы R указанная труба проходит через редукционно-растяжной прокатный стан 1 в направлении F подачи. Перед входом в редукционно-растяжной прокатный стан 1 труба R на входной стороне имеет толщину s_l стенки, которая может колебаться вдоль продольной протяженности трубы R, т.е. локально. При выходе из последней прокатной клети 10 труба R имеет измененную толщину s_r стенки.

Толщину s_r стенки на выходной стороне измеряют посредством прибора 20 для измерения толщины стенок, представляющего собой, например, радиометрический прибор. Измерение производят предпочтительно бесконтактным способом, например, благодаря тому, что измеряют ослабление излучения, излученного излучателем, например, цезиевым излучателем. Разумеется, толщина стенки трубы на выходной стороне может быть измерена и другим образом. Сюда в частности включены и опосредованные способы измерения, при которых толщину стенок измеряют не непосредственно, а посредством множества других физических параметров, по которым может быть рассчитана толщина стенки.

В дополнение к измерению толщины стенки на выходной стороне при необходимости могут измеряться дополнительные параметры, например скорость трубы R на входной и/или выходной стороне посредством приборов 21 и 22 для измерения скорости, вес трубы R на входной и/или выходной стороне и т.д. Для наглядности на фиг.1 такие технические средства не показаны.

Измеренные значения передают из прибора 20 для измерения толщины стенок и, при необходимости, из дополнительных измерительных устройств в управляющее устройство 2. При этом во временном отношении измерения могут производиться по существу непрерывно или дискретно, т.е. тактами.

Измеренные толщины s_r стенки трубы на выходной стороне (в более общем случае: профиль толщины стенки, измеренный на выходной стороне) используются управляющим устройством 2, чтобы сделать теоретическое заключение о толщинах s_{l_t} стенки трубы на входной стороне (в более общем случае: о профиле толщины стенки на входной стороне). Такой обратный расчет может быть осуществлен, например, посредством моделирования потока материала, подробно описанного ниже.

Расчетный или, соответственно, смоделированный профиль толщины стенки на входной стороне используется управляющим устройством 2 в качестве входной величины для локального регулирования толщины стенки последующих труб R или участков труб. В простейшем случае в качестве аппроксимации для фактического профиля толщины стенки трубы принимается, например, профиль толщины стенки трубы, вычисленный путем обратного расчета, или среднее значение из множества рассчитанных профилей толщины стенки. С помощью указанного теоретического профиля в качестве основы выполняют динамическую коррекцию частоты вращения прокатных клетей 10.

Практика показала, что отклонения толщины стенки трубы могут иметь регулярный, в частности циклический или периодический, характер. Например, в следующих друг за другом трубах в эквивалентных местах могут возникать аналогичные отклонения толщины стенки, или профили толщины стенки повторяются после определенного количества труб R. Первый случай возникает, например, тогда, когда существуют проблемы с нагревом исходного материала, отражающиеся на толщине s_l стенки трубы R на входной стороне. Второй случай возникает, например, тогда, когда отдельные инструменты предыдущих агрегатов, такие, как например, оправки или прокатные стержни, изношены или изношены сильнее, чем другие инструменты. Поскольку такие инструменты часто используются в предыдущих агрегатах, изношенные инструменты и вызванные ими отклонения толщины стенки возникают с определенной периодичностью, соответствующей количеству используемых инструментов. По этим причинам управляющее устройство 2 предпочтительно выполнено с возможностью исследования расчетных профилей стенки трубы на наличие указанных характеристик, например, характеристик, общих для всех труб или периодически повторяющихся, и прогнозирования на основании этого профиля толщины стенки последующих труб. Таким образом, может быть повышена точность расчетных профилей толщины стенки.

Исходя из указанного предпочтительного примера осуществления, может быть целесообразным, если управляющее устройство 2 начинает включение скорректированных частот вращения для прокатных клетей 10 только после того, как оно с определенной достоверностью обнаруживает указанные закономерности в профиле толщины стенки трубы и/или в количестве инструментов, применяемых в предыдущих агрегатах.

Дальнейшее улучшение качества прогноза может быть достигнуто, если расчетный профиль толщины стенки трубы на входной стороне корректируют с помощью измеренного среднего значения толщины стенки на входной стороне. Указанное среднее значение толщины стенки может быть определено, например, путем измерения веса, длины и диаметра поступающей трубы, т.е. в техническом отношении сравнительно просто и недорого.

Согласно еще одному примеру осуществления управляющее устройство 2 может производить сравнение между расчетными толщинами s_{l_t} стенки трубы на входной стороне и измеренными толщинами s_l стенки трубы на входной стороне. Указанное сравнение позволяет, с одной стороны, производить проверку достоверности обратного расчета или, соответственно, прогноза, а с другой стороны, производить адаптивную коррекцию характеристики управления управляющего устройства 2 для дальнейшей оптимизации результата прокатки. Это позволяет автоматически настраивать, например, длительность применения и/или величины изменений частоты вращения прокатных клетей 10, производимых для отклонения толщины стенки.

Предлагаемое теоретическое решение, основанное на обратном расчете толщины (толщин) s_{l_t} стенки трубы на входной стороне по толщинам стенки на выходной стороне, благодаря учету колебаний толщины стенки на входной стороне обеспечивает компромисс между капитальными затратами и расходами на эксплуатацию редукционно-растяжного прокатного стана и желаемым повышением точности прокатки. Теоретически определенные толщины s_{l_t} стенки на входной стороне не должны точно совпадать с фактическими толщинами s_l стенки на входной стороне. Является достаточным, если их использование приводит к повышению качества прокатки.

Описанный обратный расчет может иметь смысл также тогда, когда имеются технические средства для измерения толщины стенки трубы на входной стороне. С одной стороны, в этом случае без необходимости прерывания или прекращения эксплуатации установки могут быть преодолены аварийные ситуации при возможном отказе от измерения толщины стенки на входной стороне. С другой стороны, на основе сравнения между толщинами стенки трубы, рассчитанными путем обратного расчета, и толщинами стенки трубы, измеренными на входной стороне, может быть проведена подстройка модели управления и/или обнаружение неисправности.

Ниже со ссылкой на фиг.2 описывается способ расчета профиля стенки трубы на входной стороне. С этой целью управляющее устройство выполнено с возможностью соотнесения измеренной толщины стенки трубы на выходной стороне с толщиной стенки трубы на входной стороне. При этом краевыми условиями является регулировка частоты вращения прокатных клетей 10 редукционно-растяжного прокатного стана 1, поскольку они определяют натяжение прокатки и растяжение. Ниже для различия труба R на входной стороне называется «трубной заготовкой».

Известны методы вычислений, с помощью которых могут быть вычислены частоты вращения редукционно-растяжного прокатного стана, чтобы посредством прокатки из заданной толщины стенки трубной заготовки на входной стороне получить желаемую толщину стенки трубы, ср., например: H. Biller, «Das Reduzieren von Rohren, Theorie und Anwendung» (Редуцирование труб - теория и практика) в книге "Herstellung von Rohren" (Производство труб), Düsseldorf 1975, Seiten 48 - 63 (Дюссельдорф, страницы 48-63).

Указанные методы вычислений обратимы, т.е. по заданной толщине стенки трубы и известным частотам вращения может быть рассчитана соответствующая толщина стенки трубной заготовки на входной стороне. В упрощенной записи выполняется обратная функция, позволяющая по частотам вращения валков и толщине стенки трубы вычислить толщину стенки трубной заготовки на входной стороне:

Эдесь s_l обозначает толщину стенки трубной заготовки на входной стороне, n_i - частоту вращения валков i-й прокатной клети 10, а s_r - толщину стенки трубы R на выходной стороне.

В простейшем случае обратную функцию решают методом проб и ошибок, т.е. посредством задания в опытном порядке толщины стенки трубной заготовки. Это позволяет вычислить ряд частот вращения, чтобы на основании указанной принятой толщины стенки трубной заготовки получить толщину стенки трубы. Если определенные частоты вращения отклоняются от целевых частот вращения, толщину стенки трубной заготовки изменяют до тех пор, пока не будет достигнут желаемый ряд частот вращения, или по меньшей мере отклонения между заданными значениями и вычисленным рядом частот вращения не будут лежать ниже порога ошибки.

Однако для вычисления локального профиля толщины стенки указанный сравнительно простой метод подходит не безоговорочно. Это, в частности, связано с тем, что частоты вращения в редукционно-растяжном прокатном стане 1, как правило, не постоянны во времени, а подвергаются временным вариациям для достижения целевого воздействия на растяжение в редукционно-растяжном прокатном стане 1, например, для регулирования утолщения концов труб или локального регулирования толщины стенки. Таким образом, указанная выше инверсия расчета частот вращения не обязательно может быть осуществлена непосредственно, без возможного получения больших погрешностей расчетной толщины стенки трубной заготовки.

Однако расчет профиля толщины стенки трубной заготовки по измеренному профилю толщины стенки трубы R может быть усовершенствован с помощью итеративной процедуры и простых метрологических мер. Согласно одному из вариантов осуществления в дополнение к прибору для измерения толщины стенок на выходной стороне непосредственно перед и после редукционно-растяжного прокатного стана 1 установлено два предпочтительно бесконтактных прибора 21, 22 для измерения скорости - во-первых, на входной стороне редукционно-растяжного прокатного стана 1, а во-вторых, на выходной стороне, см. фиг.1. Такие измерительные приборы сравнительно дешевы и просты в техническом обслуживании и ремонте. Измеренные значения обоих приборов 21, 22 для измерения скорости подаются синхронно в память данных измерений управляющего устройства 2. Приборы 21, 22 для измерения скорости предназначены для точного измерения потока материала через редукционно-растяжной прокатный стан 1.

Прибор 20 для измерения толщины стенки на выходной стороне, в свою очередь, предоставляет в распоряжение управляющего устройства 2 профиль толщины стенки на участках трубы R посредством того, что для небольших участков j трубы длиной l_j задается средняя толщина s_j стенки, которая в пределах участка j принимается постоянной, см. фиг.2.

Согласно предлагаемому способу сначала исследуют постоянство во времени частот вращения валков. Для каждой прокатной клети 10 во время прокатки трубы R определяют среднюю частоту вращения валков:

Здесь означает среднюю частоту вращения i-й прокатной клети 10 во время прокатки, n_i(t) - частоту вращения i-й прокатной клети 10 в момент времени t, а t_ges - общее время прокатки трубы R.

Текущие частоты вращения валков, необходимые для образования среднего значения, управляющее устройство 2 получает, например, из памяти данных регулирования приводного двигателя.

В качестве следующего этапа система исследует наибольшие отклонения частот вращения валков прокатной клети 10 от соответствующего среднего значения:

Если указанное значение меньше нижней границы допуска, например, 1%, то делают допущение, что частоты вращения валков во время прокатки были достаточно постоянными, и для каждого участка трубы, имеющего длину l_j и толщину s_rj стенки, начинают обратный расчет толщины s_lj стенки трубной заготовки:

Если частоты вращения валков имели недопустимый диапазон изменения, производят поэтапное разделение кривой частоты вращения на временные отрезки, а именно до тех пор, пока в подобластях текущие частоты вращения не будут отклоняться от средней частоты вращения только незначительно, т.е. пока не будет выполняться, насколько это возможно, предложенный выше критерий согласно уравнению (3).

Для этого действуют следующим образом.

- По профилю толщины стенки трубы образуют среднюю толщину стенки трубы для всей трубы R, например, в соответствии со следующим выражением:

Здесь l_j обозначает длину измеренного участка j трубы, имеющего толщину s_rj стенки, а l_r^ges - общую длину трубы.

Поставляя указанную среднюю толщину стенки трубы в первое выражение, с помощью указанной обратной функции и средних частот вращения валков образуют среднюю толщину стенки трубной заготовки:

Хотя указанная средняя толщина стенки трубной заготовки может иметь погрешности, ее используют в качестве начального значения для дальнейшего усовершенствования решения.

- Как трубу R, так и трубную заготовку подразделяют на одинаковое количество эквивалентных частичных объемов. Для трубы R могут применяться непосредственно средние значения измерения толщины стенки на выходной стороне:

Здесь V_k обозначает k-й частичный объем между участками измеренных значений от m до n, а D_r - диаметр трубы.

Для трубной заготовки соответствующий частичный объем образуют с помощью толщины стенки трубной заготовки, приблизительно определенной на первом этапе:

Здесь x_n, x_m представляют собой продольные координаты на трубной заготовке, D_l - диаметр трубной заготовки.

При помощи прибора 21 для измерения скорости на входной стороне теперь можно определить момент t_m времени, когда отрезок трубной заготовки или, соответственно, частичный объем V_k между продольными координатами x_n - x_m вошел в редукционно-растяжной прокатный стан 1. Кроме того, с помощью измеренных значений прибора 20 для измерения толщины стенок на выходной стороне и прибора 22 для измерения скорости на выходной стороне можно определить момент t_n времени, когда частичный объем V_k вышел из редукционно-растяжного прокатного стана. Поскольку при пластическом деформировании металлических материалов действует закон постоянства объема, посредством рассмотрения объемов с отрезком трубной заготовки на входной стороне можно однозначно сопоставить отрезок трубы на выходной стороне.

На следующем этапе определяют среднюю толщину стенки трубы R в частичном объеме:

Затем для каждой прокатной клети 10 определяют ее среднюю частоту вращения во время прохода частичного объема V_k:

Для каждого из участков k проверяют, были ли частоты вращения на этом участке достаточно постоянными. Указанную процедуру выполняют аналогично критерию ошибки из уравнения (3), но только для отклонений частоты вращения во временном интервале от t_m до t_n. Временные интервалы, в которых отклонения от соответствующих средних частот вращения слишком велики, дополнительно подразделяют согласно процедуре, показанной посредством соотношений (7) - (10.) Указанное подразделение могут повторять до тех пор, пока улучшение результата не будет больше ожидаться.

Затем получают соотнесение каждой толщины стенки трубы, измеренной на выходной стороне, с набором соответствующих усредненных частот вращения валков, которые либо представляют собой фактическую кривую частоты вращения в момент прокатки отрезка трубы в соответствии с критерием (3) ошибки в пределах допустимого интервала отклонений, либо отклонение которых от фактической кривой частоты вращения уже не могут быть уменьшены:

При помощи указанного соотнесения посредством обратной функции рассчитывают кривую толщины стенки трубной заготовки:

Представленный способ приведен только в качестве примера и может быть модифицирован, поскольку он делает возможным управления одной или множеством прокатных клетей 10 с учетом определенных толщин стенки на входной стороне.

Там, где это применимо, все отдельные признаки, показанные в примерах осуществления, могут комбинироваться друг с другом и/или взаимозаменяться без выхода за рамки объема изобретения.Перечень ссылочных обозначений

1 - редукционно-растяжной прокатный стан

2 - управляющее устройство

10 - прокатная клеть

20 - прибор для измерения толщины стенок

21 - прибор для измерения скорости на входной стороне

22 - прибор для измерения скорости на выходной стороне

R - труба

F - направление подачи

s_l - толщина стенки трубы на входной стороне

s_{l_t} - теоретически определенная толщина стенки трубы на входной стороне

s_r - толщина стенки трубы на выходной стороне.

Изобретение относится к управляющему устройству для управления редукционно-растяжным прокатным станом для прокатки труб. Устройство содержит множество прокатных клетей, расположенных друг за другом в направлении подачи труб, и по меньшей мере один прибор для измерения толщины стенок на выходной стороне и управляющее устройство. Прибор для измерения толщины стенок на выходной стороне выполнен с возможностью измерения на выходной стороне толщин стенок труб, выходящих из последней прокатной клети. Управляющее устройство выполнено с возможностью получения от прибора для измерения толщины стенок данных измерений, характеризующих одну или множество толщин стенки на выходной стороне трубы, выходящей из последней прокатной клети, определения по принятым данным измерений одной или множества толщин стенки на входной стороне трубы в состоянии перед поступлением в первую прокатную клеть и управления одной или множеством прокатных клетей с учетом определенных толщин стенки на входной стороне. В результате улучшается контроль толщины стенки в редукционно-растяжном прокатном стане. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Управляющее устройство (2) для управления редукционно-растяжным прокатным станом (1) для прокатки труб (R), содержащим множество прокатных клетей (10), расположенных друг за другом в направлении (F) подачи труб (R), и по меньшей мере один прибор (20) для измерения толщины стенок на выходной стороне, выполненный с возможностью измерения на выходной стороне толщин (s_r) стенок труб (R), выходящих из последней прокатной клети (10), причем управляющее устройство (2) выполнено с возможностью:

получения от прибора (20) для измерения толщины стенок данных измерений, характеризующих одну или множество толщин (s_r) стенки на выходной стороне трубы (R), выходящей из последней прокатной клети (10),

определения по принятым данным измерений одной или множества толщин (s_{I_t}) стенки на входной стороне трубы (R) в состоянии перед поступлением в первую прокатную клеть (10) и

управления одной или множеством прокатных клетей (10) с учетом определенных толщин (s_{I_t}) стенки на входной стороне.

2. Управляющее устройство (2) по п. 1, отличающееся тем, что оно выполнено с возможностью определения отклонения от одного или множества заданных значений на основании определенных толщин (s_{I_t}) стенки на входной стороне.

3. Управляющее устройство (2) по п. 1 или 2, отличающееся тем, что управление указанной одной или множеством прокатных клетей (10) включает по меньшей мере регулирование частоты вращения ее рабочих валков.

4. Управляющее устройство (2) по пп. 1-3, отличающееся тем, что оно выполнено с возможностью использования определенных толщин (s_{I_t}) стенки на входной стороне для регулирования толщины стенки одной или множества последующих труб (R).

5. Управляющее устройство (2) по пп. 1-4, отличающееся тем, что оно выполнено с возможностью составления на основании определенных толщин (s_{I_t}) стенки на входной стороне прогноза относительно толщин стенки, предпочтительно профиля толщины стенки, последующих труб (R), причем составление прогноза предпочтительно включает анализ на циклически повторяющиеся и/или статистические закономерности.

6. Управляющее устройство (2) по пп. 1-5, отличающееся тем, что оно выполнено также с возможностью сравнения определенных толщин (s_{I_t}) стенки на входной стороне с измеренными толщинами (s_r) стенки на выходной стороне.

7. Управляющее устройство (2) по пп. 1-6, отличающееся тем, что оно выполнено с возможностью коррекции определенных толщин (s_{I_t}) стенки на входной стороне посредством измеренного среднего значения толщины стенки на входной стороне, причем определение такого среднего значения толщины стенки предпочтительно обеспечено путем измерения веса и/или длины, и/или диаметра одной или множества поступающих труб (R).

8. Редукционно-растяжной прокатный стан (1) для прокатки труб (R), содержащий множество прокатных клетей (10), расположенных друг за другом в направлении (F) подачи труб (R), по меньшей мере один прибор (20) для измерения толщины стенок на выходной стороне, выполненный с возможностью измерения на выходной стороне толщин (s_r) стенок труб (R), выходящих из последней прокатной клети (10), и управляющее устройство (2) по пп. 1-7.

9. Редукционно-растяжной прокатный стан (1) по п. 8, отличающийся тем, что редукционно-растяжной прокатный стан (1) также содержит прибор для измерения толщины стенок на входной стороне, выполненный с возможностью измерения толщин (d1) стенки на входной стороне труб (R), поступающих в первую прокатную клеть (10), причем

управляющее устройство (2) выполнено с возможностью сравнения одного или множества измеренных толщин (s_I) стенки на входной стороне с определенными толщинами (s_I) стенки на входной стороне и предпочтительно также с возможностью управления одной или множеством прокатных клетей (10) с учетом результата указанного сравнения и/или с возможностью обнаружения сбоя редукционно-растяжного прокатного стана (1).

10. Способ управления редукционно-растяжным прокатным станом (1) для прокатки труб (R), содержащим множество прокатных клетей (10), расположенных друг за другом в направлении (F) подачи труб (R), и по меньшей мере один прибор (20) для измерения толщины стенок на выходной стороне, выполненный с возможностью измерения на выходной стороне толщин (s_r) стенок труб (R), выходящих из последней прокатной клети (10), включающий:

измерение одной или множества толщин (s_r) стенки трубы (R) на выходной стороне посредством прибора (20) для измерения толщины стенок;

определение на основании измеренных толщин (s_r) стенки на выходной стороне одной или множества толщин (s_{I_t}) стенки на входной стороне трубы (R) в состоянии перед поступлением в первую прокатную клеть (10); и

управление одной или множеством прокатных клетей (10) с учетом определенных толщин (s_{I_t}) стенки на входной стороне.

11. Способ по п. 10, отличающийся тем, что на основании определенных толщин стенки (s_{I_t}) на входной стороне определяют отклонение от одного или множества заданных значений.

12. Способ по п. 10 или 11, отличающийся тем, что определенные толщины (s_{I_t}) стенки на входной стороне используют для регулирования толщины стенки одной или множества последующих труб (R).

13. Способ по одному из пп. 10-12, отличающийся тем, что на основании определенных толщин (s_{I_t}) стенки на входной стороне составляют прогноз относительно толщин стенки, предпочтительно профиля толщины стенки, последующих труб (R), и составление прогноза предпочтительно включает анализ на циклически повторяющиеся и/или статистические закономерности.

14. Способ по одному из пп. 10-13, отличающийся тем, что определенные толщины (s_{I_t}) стенки на входной стороне сравнивают с измеренными толщинами (s_r) стенки на выходной стороне.

15. Способ по одному из пп. 10-14, отличающийся тем, что определенные толщины (s_{I_t}) стенки на входной стороне корректируют посредством измеренного среднего значения толщины стенки на входной стороне, причем такое среднее значение толщины стенки предпочтительно определяют путем измерения веса и/или длины, и/или диаметра одной или множества поступающих труб (R).