Особенности изготовления тонкостенных труб. Состав оборудования стана. Расчет калибровки и энергосиловых параметров. Назначение детали в узле, анализ ее технологичности. Трудоемкость изготовления конструкции. Защита производства в чрезвычайных ситуациях.
При низкой оригинальности работы "Разработка технологического процесса и оборудования для изготовления особо тонких сварных труб", Вы можете повысить уникальность этой работы до 80-100%
Способы производства сварных труб классифицируются также по характеру протекания процесса (непрерывный и дискретный), числу и направлению швов на трубах (одношовные и двухшовные, прямошовные и спиральношовные), способу формовки листа в трубную заготовку (валковая, прессовая, в машинах валковооправочного или полувтулочного типов), способу сварки (печная, дуговая под слоем флюса, электросварка сопротивлением, индукционная сварка, сварка токами высокой частоты, электросварка в среде инертных газов, электроннолучевая сварка, сварка постоянным током, плазменная и ультразвуковая сварка) и количеству слоев в трубе (однослойные и многослойные). По этим причинам был разработан трубоэлектросварочный агрегат ТЭСА 10-20, предназначенный для производства особотонкостенных электросварных труб широкого сортамента в пределах от 10 до 20 мм методом непрерывной формовки трубной заготовки из холоднокатаной ленты в рулонах, сварки ее токами высокой частоты и калибрования или профилирования на заданный размер. Были проанализированы запросы потребителей особотонкостенных профилей (труб), которые нашли широкое применение в строительных конструкциях, практике бытового машиностроения и автомобилестроения, основные технические характеристики стана для производства профилей (труб) данного сортамента должны иметь следующие параметры: Исходная заготовка В случае формовки тонкостенных труб при тех же деформациях изменение толщины заготовки в процентном отношении получается значительным, и на ее кромках образуются гофры, исключающие возможность сварки трубы. Вертикальная клеть, частью которой является направляющий винт, служит для предотвращения провисания ленты при ее формовке в трубу и не является приводной, поэтому она не испытывает сильных нагрузок.Непреднамеренные взрывы на производстве, включающем работу со взрывоопасными газами, жидкостями могут привести к значительным разрушениям и гибели людей, повреждениям соседних зданий и сооружений. Работа на ТЭСА 10-20 характеризуется значительной степенью автоматизации, что освобождает человека от непосредственного участия в производственном процессе. Наибольшую опасность представляют все движущиеся и вращающиеся части оборудования, следовательно, для исключения попаданий человека в рабочие зоны агрегата должны применяться ограждения в виде поручней и щитов. Основными причинами поражения человека электрическим током являются: прикосновение к металлическим частям электрооборудования, оказавшимся под напряжением изза пробоя изоляции; При гигиеническом нормировании ГОСТ 12.1.038-82* устанавливает предельно-допустимые напряжения прикосновения и токи, протекающие через тело человека (рука-рука, рука-нога) при нормальном (неаварийном) режиме работы электроустановок производственного и бытового назначения постоянного и переменного тока частотой 50 и 400 Гц.Учитывая допущение, что фильтр грубой очистки полностью пропускает частицы менее чем 1мкм, а также частицы большего размера, прошедшие через фильтр, проведем расчеты по следующим параметрам. Первоначальную массу деталей проектируемой конструкции G ориентировочно можно определить исходя из массы имеющихся аналогичных деталей в ранее созданных конструкциях и коэффициента использования металла кисп (отношение массы детали к массе заготовки): . Удельная трудоемкость исчисляется в нормо-часах на единицу массы конструкции (т) или на единицу мощности (КВТ) и характеризует трудоемкость единицы массы конструкции (единицы мощности): , Где QH.В - трудоемкость единицы массы, в нормо-часах/т; Более точное определение трудоемкости конструкции может быть произведено на основе полностью разработанных технологических процессов ее изготовления. По данным работы кабельных станов ТЭЖСА 10-30 для сварки труб из алюминиевых сплавов стойкость комплекта валков составляет 15000 км, т.е. при производительности ТЭСА 10-20 8400 км/год комплект валков, поставляемый со станом, работает около двух лет, поэтому в настоящем расчете затраты на валки не учитываются.
План
Среднее массовое содержание твердых примесей газа, прошедших фильтроэлемент без учета q2:
Введение
В зависимости от назначения труб, характеристики и размеров, исходного материала сварные трубы получают несколькими способами, каждому из которых присущи свои технологические недостатки и преимущества.
Способы производства сварных труб можно классифицировать по двум основным отличительным особенностям.
По температуре формуемого металла: формовка холодного листа (все виды современных трубоэлектросварочных агрегатов); формовка горячего (агрегаты непрерывной печной сварки труб);
По способу получения окончательных размеров готовых труб на калибровочных клетях формовочно-сварочных агрегатов; получение на трубосварочных агрегатах ограниченного числа размеров труб-заготовок и окончательное формирование диаметра и толщины стенки на редукционно-растяжных станах горячего и холодного редуцирования.
Способы производства сварных труб классифицируются также по характеру протекания процесса (непрерывный и дискретный), числу и направлению швов на трубах (одношовные и двухшовные, прямошовные и спиральношовные), способу формовки листа в трубную заготовку (валковая, прессовая, в машинах валковооправочного или полувтулочного типов), способу сварки (печная, дуговая под слоем флюса, электросварка сопротивлением, индукционная сварка, сварка токами высокой частоты, электросварка в среде инертных газов, электроннолучевая сварка, сварка постоянным током, плазменная и ультразвуковая сварка) и количеству слоев в трубе (однослойные и многослойные). В последние годы широкое применение получили особотонкостенные (с толщиной стенки 0,15…0,5 мм) сварные профильные трубы (рис.1) (прямоугольные, плоскоовальные и др.) из алюминия, меди, латуни и нержавеющей стали.
Они широко используются в мировой практике бытового машиностроения (кондиционеры, холодильники), производства стеклопакетов оконных рам для жилищного и промышленного строительства, изготовления автомобильных радиаторов, многослойных сильфонов для атомной энергетики и пр. Потребность в таких трубах составляет десятки миллионов погонных метров в год. В России особотонкостенные сварные профильные трубы (прямоугольные, плоскоовальные и др.) не производятся и закупаются по импорту, что резко удорожает стоимость изделий, в которых они применяются.
Для производства стеклопакетов оконных рам только для Москвы требуется в год свыше 10 млн. погонных метров прямоугольных профилей из алюминиевых сплавов. Организация производства таких профилей в Москве позволит отказаться от импорта аналогичной продукции и привести к экономии как минимум 10 млн. рублей в год.
Таким образом, разработка технологического процесса и оборудования для изготовления особо тонких сварных труб является важной задачей металлургического машиностроения. По этим причинам был разработан трубоэлектросварочный агрегат ТЭСА 10-20, предназначенный для производства особотонкостенных электросварных труб широкого сортамента в пределах от 10 до 20 мм методом непрерывной формовки трубной заготовки из холоднокатаной ленты в рулонах, сварки ее токами высокой частоты и калибрования или профилирования на заданный размер.
1. Назначение и техническая характеристика ТЭСА 10-20
Трубоэлектросварочный агрегат ТЭСА 10-20 предназначен для производства точных сварных прямошовных холоднодеформированных труб малого диаметра в бунтах или мерными длинами, используемых при изготовлении различных деталей в автомобильной промышленности и в общем машиностроении.
Были проанализированы запросы потребителей особотонкостенных профилей (труб), которые нашли широкое применение в строительных конструкциях, практике бытового машиностроения и автомобилестроения, основные технические характеристики стана для производства профилей (труб) данного сортамента должны иметь следующие параметры: Исходная заготовка
Размеры профильных труб в пределах периметров свариваемых труб
Длина профилей (труб), м 4…6
Сварка труб высокочастотная с индукционным подводом
Мощность, потребляемая от сети, КВТ 87
Колебательная мощность, КВТ 60
Рабочая частота, МГЦ 0,44
Скорость сварки, м/мин 20…80
Часовая производительность, м/час 650…2500
2. Особенности изготовления тонкостенных труб
Формовка прямошовных труб заключается в том, что металлическая лента вначале изгибается в валках, приобретая форму желоба, а затем сворачивается в цилиндрическую заготовку круглого и овального профиля в сечения с прямолинейным сходом кромок.
Однако, при изготовлении тонкостенных труб известные приемы и оборудование не позволяли добиваться стабильности и высокого качества формовки и сварки.
Было установлено, что вследствие погрешностей изготовления и настройки валков, а также колебаний толщины заготовки, в валках с открытым калибром наряду с пластическими изгибами ленты происходят местные изменения ее толщины. Деформации такого рода, как правило, невелики и практически не оказывают влияния на формовку обычных прямошовных труб с относительно толстыми стенками (> 1 мм).
В случае формовки тонкостенных труб при тех же деформациях изменение толщины заготовки в процентном отношении получается значительным, и на ее кромках образуются гофры, исключающие возможность сварки трубы. Кроме того, вследствие указанных причин, возникают асимметричные нагрузки, которые стремятся вытолкнуть ленту из калибров в сторону. Единственным методом приложения противодействующих сил являются боковые поверхности кромок ленты, поэтому чем тоньше и пластичнее лента, тем труднее удержать ее в калибрах, не повредив при этом кромок.
Было также установлено, что в валках с закрытым калибром цилиндрической заготовке придают в сечении форму круга или овала симметричного относительно горизонтальной оси, которая делит полученный профиль на две неравные по периметру части. Периметр одной из них изза наличия щели между кромками всегда меньше периметра другой. При сдавливании такой трубной заготовки во время сварки валками металл из большой по периметру части перемещается в меньшую для образования сварного соединения кромок.
В результате указанного движения металла, а также неодинаковых условий трения в калибре сварочных валков возникает закручивание трубной заготовки вокруг ее продольной оси и переменной по направлению. Удержать тонкостенную трубную заготовку от закручивания валковой шовонаправляющей клетью обычно не удается.
И, наконец, еще одна особенность характерная для процесса ВЧ сварки тонкостенных прямошовных труб. Вследствие неточностей изготовления инструмента и раскроя полосы давление металла на валки в сварочном калибре меняется от минимума до избыточной величины. Кромки тонкостенной трубной заготовки, разогретые до сварочной температуры, при сдавливании их валками при избыточном давлении, теряют устойчивость. Сварочные клети традиционной конструкции не позволяют решить эту проблему.
Анализ перечисленных особенностей формовки и ВЧ сварки тонкостенных труб позволил сформулировать основные требования к технологии и оборудованию по сварке тонкостенных труб из цветных металлов.
Назначение детали в узле
Винт направляющий является составной частью вертикальной клети формовочного стана трубоэлектросварочного агрегата ТЭСА 10…20. Он предназначен для совмещения оси прокатки с осью валков.
Винт наружной цилиндрической поверхностью диаметром ?13е8 соединяется с внутренней цилиндрической поверхностью втулок, которые являются его опорами. Через соединение « ласточкин хвост», винт вращаясь, придает паре валков поступательное движение в вертикальном направлении.
Вертикальная клеть, частью которой является направляющий винт, служит для предотвращения провисания ленты при ее формовке в трубу и не является приводной, поэтому она не испытывает сильных нагрузок. Следовательно условия работы винта не являются тяжелыми.
Несмотря на нетяжелые условия работы, винт, все же, является ответственной деталью в вертикальной клети. Качество обработки этой детали определяет нормальную работу всего агрегата. От геометрической точности обработки его поверхностей и нарезки трапецеидальной резьбы зависит точная регулировка оси формовки трубы степень ее провисания, а следовательно и качество конечной трубы.
Под точностью в технологии машиностроения понимают степень соответствия производимого изделия его заранее утвержденному эталону. На всех этапах технологического процесса изготовления изделия неизбежны те или иные погрешности, в результате чего достичь абсолютной точности практически невозможно. Поэтому на геометрические размеры детали устанавливаются допуски.
Базой, по отношению к которой задается допуск на точность расположения элементов, является ось вращения. Основным отклонением здесь рассматривается допуск на соосность двух резьбовых элементов винта, которые имеют левую и правую нарезку трапецеидальной резьбы.
Обеспечение заданного качества механизмов и их длительное сохранение во многом зависит от качества поверхностей деталей. Около 80% случаев выхода из строя машин связанно с износом рабочих поверхностей сопряженных деталей. Под качеством поверхности детали понимают состояние ее поверхностного слоя как результат воздействия на него последовательно применяемых технологических методов. Оно характеризуется шероховатостью, волнистостью, а так же физико-механическими свойствами поверхностного слоя.
Шероховатость поверхности влияет на прочность деталей, работающих в условиях циклической нагрузки. Впадины микропрофиля являются своеобразными надрезами на поверхности и в значительной степени влияют на концентрацию напряжений и образование усталостных трещин. Для повышения износостойкости трущихся деталей целесообразно создавать поверхности скольжения, шероховатость которых соответствует шероховатости поверхностей приработанных деталей.
Несущая способность поверхности детали зависит от ее шероховатости и метода обработки: при высоте микронеровностей 2.5…8 мкм после развертывания и шлифования она составит 10%; при высоте микронеровностей 0.8…2.5 мкм для тех же методов обработки она повышается до 40%; в результате тонкого шлифования, тонкой притирки и суперфиниша - 80…90%.
Исходя из вышесказанного назначим следующие шероховатости: поверхность соприкосновения с опорными втулками Ra=1,6мкм;
поверхность резьбы Ra=3,2мкм;
К направляющему винту предъявляем следующие технические требования: 1) Диаметральная точность
Поверхности: IT8 ? 13е8 Ra 1,6;
IT8 Tr16x2Lh-8c Ra 3.2;
Остальные поверхности по IT14
2) Линейные размеры: 10-0.12 Ra 6.3;
29-0.1 Ra 1.6
Технологический анализ конструкции проводится по качественным и количественным показателям. Отработка детали на технологичность по качественным показателям предшествует количественной оценке и подразумевает установление соответствия рабочего чертежа детали требованиям современных заготовительных и механосборочных производств.
Технологичной считают деталь, в которой учтены возможности минимального расхода металла и использование наиболее экономичных и производительных методов изготовления с применением типовых технологических процессов и оснастки при заданном типе производства. Для решения указанных задач необходимо соблюдать следующие требования: - унификация элементов конструкции детали;
- требование точности обработки и шероховатости поверхностей детали должны соответствовать условиям ее эксплуатации, не допускается завышение требований к точности и шероховатости;
- конструктивные формы и размерные соотношения детали должны обеспечивать ее достаточную жесткость и возможность применения жесткого инструмента;
- необходимо обеспечить удобные базирующие поверхности, предусмотреть совмещение технологических, измерительных и конструктивных баз. Размеры необходимо проставлять таким образом, чтобы при обработке и контроле не требовалось дополнительных вычислений;
- целесообразно стремиться к сокращению объема механической обработки;
- необходимо обеспечить свободный подвод и сквозной проход режущего инструмента;
-четко разделить поверхности, обрабатываемые на различных технологических переходах.
Данная деталь технологична по следующим показателям: - конструктивная форма направляющего винта представляет собой сочетание простых геометрических поверхностей, следовательно, существует возможность применения высокопроизводительных методов производства и выбора удобной и надежной базы в процессе обработки.
- метод получения заготовки - отрезание от круглого проката. Этот метод характеризуется невысокой трудоемкостью, поскольку в данном случае мы имеем дело с единичным либо мелкосерийным производством, метод подходит.
Поскольку отношение , то деталь является нежесткой. Для облегчения процесса обработки винта используется ходовой люнет по диаметру ?16 мм.
Выбор метода получения заготовки определяется следующими критериями: а) Размеры и конструктивная форма заготовки. Максимальный размер наружной поверхности - ?16 мм, длина винта - 405 мм; конструктивная форма - цилиндр (простая форма). б) Шероховатость и качество ее поверхностных слоев. Шероховатость поверхности Ra1.6 Ra 3.2. в) Тип производства - единичное, мелкосерийное.
На основании вышесказанного можно заключить, что методом получения заготовки является отрезка от круглого калиброванного профиля диаметром ?20мм ГОСТ 7417-88 40Х ГОСТ1050-88
Выбор маршрута обработки производят, исходя из требований чертежа и точности заготовки. Требуемая точность готовой детали достигается за счет нескольких стадий (переходов) обработки. Причем каждый переход обработки повышает точность детали в среднем на: 1…2 квалитета на стадиях окончательной и чистовой обработки;
2…3 квалитета на стадиях предварительной обработки.
Учитывая это, составим маршрут обработки следующих основных поверхностей: ? 13е8 Ra 1,6;
Tr16x2-8c Ra 3.2;
Tr16x2Lh-8c Ra 3.2;
Это наиболее ответственные поверхности детали. Маршрут будет выглядеть следующим образом: IT 14 - Точение черновое
IT 11 - Точение получистовое
IT 8 - Точение чистовое
Разработка общего маршрута обработки детали с описанием этапов обработки.
При проектировании технологических процессов большое значение, с точки зрения достижения заданной точности, имеет выбор баз. Обработку заготовки следует начинать с выбора баз.
При построении маршрута обработки следует придерживаться принципа постоянства баз, т.е. на всех основных технологических операциях использовать одни и те же поверхности в качестве технологических баз.
В процессе обработки детали необходимо производить контроль точности расположения поверхностей, отклонения формы элементов. Это нужно для своевременного выявления отклонений и последующего их исправления.
Маршрут обработки.
Оп. 005 Заготовительная.
Отрезка круглого проката на круглопильном станке дисковой пилой.
Оп. 010 Правильная.
Выполняется на винтовом прессе.
Оп. 015 Термообработка.
Нормализация до HRC 30…34
Оп. 020 Маркировка.
Оп. 025 Фрезерно-центровальная.
Выполняется на фрезерно-центровальном станке в два установа. Переход 1 включает в себя подрезание торцов (Ra=12.5) и отрезание заготовки в размер L=405мм. В переход 2 входит операция сверления центровых отверстий ?2 мм
Оп. 030 Токарно-винторезная.
Выполняется на токарно-винторезном станке. Включает 7 переходов, в процессе которых обрабатываются различные поверхности с применением упорного и канавочного резцов, а также ходового люнета по ?16мм.
Оп. 035 Токарно-винторезная.
Выполняется на токарно-винторезном станке. Включает 4 перехода, в процессе которых обрабатываются различные поверхности с применением упорного, канавочного и резьбового резцов.
Оп. 040 Фрезерная.
Выполняется на вертикально-фрезерном станке.
Фрезеруется квадрат 10-0,12мм
Оп. 045 Маркировка.
Оп. 050 Контрольная.
Контроль отклонений от соосности и от перпендикулярности.
Тонкостенная труба успешно формуется и сваривается, если полосу не выбрасывает из калибров валков, кромки сформованной трубной заготовки имеют неповрежденную поверхность и прямолинейную форму и крутильные колебания ее в сварочном калибре имеют минимальную величину.
Эти требования можно обеспечить, во-первых, слежением валков за геометрическими и силовыми изменениями, происходящими в открытых калибрах. Слежение осуществляется верхними валками рабочих клетей формовочного стана, установленными относительно нижних с возможностью свободного осевого и упругого радиального перемещения, причем верхние валки под действием пружин поджимаются к нижнему с усилием, которое обеспечивает пластический изгиб ленты и ее продольное перемещение. В течение всего процесса формовки проходные сечения калибров самонастраиваются непосредственно по изгибаемой заготовке, при этом больших усилий, выталкивающих ленту в сторону из калибров, не возникает и дефекты на ее кромках не образуются.
Во-вторых, в закрытом калибре валков последней клети трубную заготовку необходимо формовать в виде профиля овальной формы со щелью, несимметричного относительно горизонтальной оси его сечения и разделенного горизонтальной осью на неравные по периметру части, при этом периметр части со щелью должен превышать периметр другой части на величину, вытесняемую в грат. В этом случае сварное соединение образуется только за счет разницы периметров без перемещения металла из одной части профиля в другую и без сопутствующего такому движению металла в сварочном калибре закручиванию трубы.
Формовка (сворачивание) плоской трубной заготовки (листа, ленты, штрипса) в цилиндрическую заготовку - одна из основных операций всех технологических процессов производства сварных труб. Для осуществления процесса формовки требуются значительно меньшие затраты, чем при прокатке, что оказывает решающее влияние на технико-экономические показатели производства сварных труб.
Непрерывной формовкой, называемой также «роликовой формовкой» из выправленной ленты или толстого листа (в виде отдельных полос или бесконечной заготовки), получают шлицевую трубу с заданной геометрией, предназначенную для сварки.
Процесс непрерывной формовки труб характеризуется рядом особенностей: 1. Проекция кромки полосы на горизонтальную плоскость до точки сварки представляет собой кривую, примерно соответствующую синусоиде.
2. Траектория средней линии полосы в направлении прокатки может проходить как горизонтально, так и под углом к участку формовки.
3. Профили сечений, т. е. геометрическая форма калибров, должны быть последовательными.
4. Отношение длины формовочного участка к диаметру трубы должно быть определенным.
На рис. 2 показан простейший случай формовки труб с непрерывно изменяющимся радиусом, причем средняя линия полосы проходит на неизменной высоте. Проекция кромок полосы на горизонтальную плоскость (кривая а) синусоидальной формы. Ее рассчитывают по формуле
.
Кривая b является проекцией траектории кромок полосы на вертикальную плоскость и определяется из формул: В=r2а, уа =rsina, h=r(1 - cos а). Кривую с находят из равенства ус= .
Рис.2. формовка трубы с непрерывно изменяющимся радиусом
Все эти уравнения связывают между собой ширину полосы В, радиус профиля r, высоту кромок h и величину у для случая синусоидальной траектории кромок. По этим уравнениям для каждой точки формовочного участка можно рассчитать соответствующий радиус профиля.
Имеется ряд других возможных вариантов формовки (рис.3). Например, постепенная гибка от кромок к середине полосы, т.е. сначала и изгибают по радиусу кромки полосы, а затем постепенно захватывают новые участки полосы вплоть до средне линии.
Рис.3. Схемы формовки труб: а - гибка с постоянным радиусом; б - гибка от кромок к середине полосы; в-гибка от середины к кромкам полосы; г -гибка с использованием сопряженных радиусов
Совершенно иным способом формовки является случай, когда кромки полосы остаются прямыми, т.е. не деформируются, а деформация гиба начинается с середины полосы и достигает кромок только в последних клетях.
Еще один вариант формовки можно рассматривать как компромиссное решение, полученное из двух предыдущих. Он состоит в формовке с использованием профилей, описываемых сопрягающимися дугами. Причем меньшим радиусом описываются зоны, прилегающие к кромкам полосы, большие радиусы используются для средних ее участков. Четыре различные системы формовки изображены в виде моделей на рис.4.
Рис. 4. Модели различных схем формовки труб (а-г см. рис.3)
Для стабильности процесса желательно, чтобы продольные деформации кромок полосы, возникающие при формовке труб, не выходили за пределы упругой области. Одновременно для оптимальной формовки труб необходимо, чтобы разность длин всех лучей, проходящих параллельно оси полосы, на участке формовки была минимальной.
Обычно на практике ленту формуют в трубу за 8-10 проходов, т.е. поэтапной формовки профиля.
Формовочный стан включает 6…8 вертикальных холостых валков. Вертикальные валки предназначены для предотвращения распружинивания трубной заготовки, но иногда используются и для увеличения деформации гиба. Последовательность операции формовки на непрерывных валковых станах определяется выбранными условиями изгиба полосы, обеспечивающими технологичность процесса и минимальные напряжения в полосе.
В первых формовочных клетях применяются калибры открытого типа, в последних - закрытого типа. Верхние валки клетей с закрытыми калибрами имеют шовонаправляющие шайбы, которые удерживают трубную заготовку от проворачивания и обеспечивают правильное ее вхождение в сварочную клеть.
При поэтапном процессе формовки полоса после каждого калибра стремится к упругому восстановлению своей формы, т.к. сила прикладывается к полосе в точке или по линии, начиная с кромок полосы. Только в плоскости, проходящей через оси обоих роликов, калибр охватывает все сечение полосы, и формовка осуществляется в новой клети. Сразу после прохождения этой плоскости на полосу снова действуют силы, обуславливающие ее упругое восстановление до тех пор, пока она не попадет в зону влияния следующей формовочной клети. В этом случае всегда имеет место неравномерность деформации продольных элементов полосы, причем, элементы находящиеся у кромок, испытывают максимальное растяжение. Неравномерность деформации продольных элементов уменьшается с увеличением длины переходной зоны, а отсутствовать может лишь при бесконечной длине зоны деформации.
В соответствии с кривизной сечения, в частности в районе кромок полосы, действуют осевые напряжения изгиба и кручения. Определенное влияние оказывают также относительные скорости формующих валков.
Тело сформованной трубной заготовки и свариваемые кромки необходимо с большой скоростью (не менее 5000°С/сек) разогреть, направить в сварочную клеть, удержать точку схождения кромок в зазоре сварочных валков, сдавить дозированным усилием, удалить наружный грат и охладить.
Перечисленные требования определяют состав и конструкцию оборудования сварочного участка, включающего шовонаправляющую клеть, сварочную клеть, гратосниматель и холодильник.
Назначение шовонаправляющей клети - направить разогретые в индукторе кромки сформованной тонкостенной трубной заготовки под определенным углом (2° - 5°) в сварочную клеть и удержать точку схождения кромок в зазоре сварочных валков.
Традиционные валковые шовонаправляющие клети для этой цели малопригодны.
Наиболее полно соответствует назначению шовонаправляющая клеть, рабочий орган которой выполнен в виде профилированной минералокерамической пластины, закрепленной на немагнитной штанге и расположенный в непосредственной близости от очага сварки.
Для обеспечения требуемого качества ВЧ сварки тонкостенных труб необходимо использовать сварочную клеть, отличительные особенности которой заключаются в том, что давление в сварочном калибре, создаваемое упругим элементом, является величиной постоянной, независимой от изменения геометрических размеров заготовки и погрешностей изготовления валков.
Серьезной проблемой производства тонкостенных труб является удаление наружного грата. Наиболее известным дефектом тонкостенных труб является так называемый эффект «яблока», когда при попытке удалить полностью грат стенка трубы проваливается под действием резца или не полностью удаленный грат производит тоже действие в валках калибровочного стана.
Форма резца, опора, по которой двигается труба в гратоснимателе и расположение его относительно очага сварки имеют решающее значение при выполнении этой операции.
Способностью свариваться обладают все металлы, образующие при определенных температурах твердые растворы и механические смеси. Соединение при сварке происходит за счет межатомного воздействия путем сцепления (связи) атомов. Для того чтобы произошла сварка, необходимо соединить кромки трубной заготовки. При достаточно близком сближении внешние электроны атомов металлов соединяемых кромок трубной заготовки образуют общую систему, вследствие чего и достигается сварка. Таким образом, при сварке возникают внутрикристаллические связи между соединяемыми кромками заготовки (или соединяемыми кромками и металлом шва).
Сближению атомов мешают неровности поверхности кромок и наличие на этих поверхностях загрязнений (окислов, органических пленок и др.). В соответствии со способом, применяемым для устранения этих препятствий и обеспечения необходимого для сварки сближения атомов, все существующие методы сварки разделяют на две основные группы: способы сварки совместной пластической деформацией при нагреве выше температуры рекристаллизации (сварка давлением);
Механизм возникновения внутрикристаллической связи между металлом кромок для этих двух групп методов сварки различен.
При сварке плавлением кромки трубы соединяются за счет расплавления металла свариваемых элементов (основного металла по кромкам в местах их соприкосновения или основного металла кромок и дополнительного металла электрода). Расплавленный металл свариваемых кромок самопроизвольно (без приложения внешнего усилия) сливается между собой и дополнительным металлом, образуя так называемую сварочную ванну. После удаления источника тепла металл в ванночке затвердевает (кристаллизуется), образуя сварное соединение.
При сварке труб плавлением для расплавления металла шва используют различные источники нагрева, создающие температуру не ниже 2000° С. В зависимости от источника тепла, используемого для расплавления металла, различают электрическую и химическую сварку.
При электрической сварке плавлением источником нагрева металла шва трубы служит электрическая дуга или электронный пучок (электроннолучевая или плазменная сварка).
При химической сварке плавлением в качестве источника тепла используют реакцию горения газов (газовая сварка).
При сварке труб давлением соединение кромок достигается нагревом их до высокой температуры и последующей совместной пластической деформацией в месте соприкосновения.
Процесс сварки давлением происходит при высоких температурах, когда металл кромок заготовки находится в пластическом состоянии, но не расплавляется. При различных методах производства труб кромки нагреваются за счет тепла пламени (печная сварка); тепла, выделяемого при прохождении электрического тока в контакте кромок (контактная сварка сопротивлением); тепла, выделяемого при прохождении индуктированного тока (индукционная сварка).
Кроме температуры и давления, на прочность сварного соединения влияет также период времени действия необходимой высокой температуры и давления. Чем больше время действия давления, тем выше прочность сварного шва.
Для обеспечения качественного шва сварных труб необходимо создать достаточно высокое сварочное давление на кромках свариваемой заготовки; это давление должно быть обеспечено соответствующей калибровкой рабочего инструмента.
Выбираем сварку труб давлением.
В трубной промышленности получил широкое применение новый способ производства электросварных труб - сваркой токами высокой (радиотехнической) частоты (70-450 кгц).
Этот способ успешно применяют для сварки труб диаметром от 10-12 до 529 мм и более со стенкой толщиной от 0,3 до 10 мм.
Основные преимущества этого способа сварки труб: а) возможность значительного увеличения скорости сварки труб (до 120 м/мин и более) и углеродистых, легированных и высоколегированных сталей, в том числе нержавеющих, цветных и редких металлов и сплавов;
б) возможность получения труб с качественным швом из горячекатаной нетравленой ленты;
в) значительное уменьшение удельного расхода электроэнергии на тонну готовых труб.
Одним из важных преимуществ этого процесса является также возможность применения одного и того же сварочного оборудования для сварки различных металлов. При этом изменяется лишь потребляемая мощность и скорость сварки.
Применяют два способа подвода тока высокой частоты от источника его получения к кромкам трубной заготовки - контактный и индукционный.
В обоих случаях интенсивность нагрева кромок зависит от частоты тока.
Как при контактном, так и при индукционном подводе тока заготовка формуется в трубу в валковых станах, после чего кромки сближаются с помощью обжимных роликов. Перед сваркой сходящиеся кромки образуют острый угол (рис.5,6).
Рис. 5. Схема высокочастотной сварки с контактным подводом тока: 1 токоподводящие контакты; 2 - трубная заготовка; 3 - сжимающие валки; 4 точки схождения кромок; 5 - два возможных пути тока (пунктирные линии)
При индукционном способе передачи энергии свариваемую заготовку помещают в цилиндрический индуктор (рис.5). При этом ток, индуктируемый в заготовке, проходя по ее периметру, достигает максимальной концентрации на свариваемых кромках и замыкается в точке схождения их. Для усиления эффекта внутрь трубы вводят магнитный сердечник, набираемый обычно из ферритных колец.
Нагрев кромок трубной заготовки токами радиочастоты позволяет осуществлять сварку как с оплавлением, так и без оплавления кромок; при этом возможны три режима нагрева кромок.
Разогрев кромок свариваемой заготовки ниже температуры плавления металла с последующим обжатием в опорных валках.
Разогрев кромок свариваемой заготовки с оплавлением в точке схождения кромок с последующим обжатием в опорных валках. При этом жидкий металл с окислами легко удаляется давлением шовсжимающих валков.
Кромки при подходе к точке схождения нагреваются до расплавления, а на стыке дополнительно перегреваются. В дальнейшем при схождении кромок происходит интенсивный выброс оплавленного металла, сопровождающийся разрушением окислов и удалением их из зоны шва.
Выбор того или иного варианта ведения сварочного процесса зависит от свойств металла трубы, качества поверхности заготовки и требований, предъявляемых к внутреннему грату;
При наличии на поверхности металла плотных тугоплавких окислов, например при сварке нержавеющих сталей, для их удаления из зоны шва наиболее эффективен третий способ сварки, с предварительным оплавлением кромок до момента их схождения.
Малоуглеродистые стали хорошо свариваются как при разогреве кромок ниже температуры плавления, так и в расплавленном состоянии.
Однако в первом случае давление на свариваемые кромки должно быть больше, чем в случае сварки с расплавлением, что ведет к образованию ровного, но значительного по величине внутреннего грата. Поэтому целесообразно вести процесс с расплавлением в точке схождения кромок
При изготовлении труб токами радиочастоты качество сварного соединения повышается с увеличением скорости сварки. Это вызвано тем, что сокращается время нагрева и ширины зоны нагрева кромок, а также сокращается период времени интенсивного окисления металла.
Состояние поверхности ленты в значительной степени влияет на качество сварного соединения.
Качество сварного соединения труб, изготовленных радиочастотной сваркой, проверяют стандартными методами: сплющиванием до появления трещины и раздачей конусной оправкой. Результаты испытаний показывают, что механические свойства сварного шва труб, сваренных токами радиочастоты значительно превышают требования ГОСТА, так, при раздаче конусом трубы выдерживают увеличение наружного диаметра до 20-25%. При этом разрушение происходит преимущественно по основному металлу вдали от шва и зоны термического влияния. Трубы выдерживают сплющивание до соприкосновения стенок. Стабильность получаемого качества сварного шва при двухрадиусной калибровке валков формовочного стана выше, чем при однорадиусной. Это объясняется лучшей формовкой трубной заготовки в районе кромок.
При отсутствии фильтра в анодной цепи генераторной лампы значительная амплитуда колебаний выпрямляемого напряжения приводит в ряде случаев к получению не проваренных участков. Установка фильтра позволяет получать трубы с хорошо проваренным по длине швом.
Размеры и форма внутреннего грата при радиочастотной сварке определяется тепловым режимом сварки и давлением в сварочном узле. По внешнему виду различают сплошной каплевидный грат; каплевидный прерывистый; сплошной трапециидального сечения.
Сплошной каплевидный грат получается при сравнительно низких скоростях сварки (38-40 м/мин) и едко при более высоких скоростях. Высота его колеблется в пределах 0,3-0,45 мм.
При скоростях сварки более 0,75 м/сек (45 м/мин) наиболее характерен прерывистый каплевидный грат высотой 0,3 мм. При этих же скоростях реже наблюдается грат трапециидального сечения высотой до 0,15мм. Во всех случаях грат более или менее оплавлен.
Результаты технологических испытаний труб, и металлографических исследований показывают, что качество труб, сваренных токами радиочастоты, выше, чем при сварке труб методом сопротивления и приближается к качеству бесшовных труб.
Имея в виду, что данное оборудование должно быть приспособлено к частой смене выпускаемых труб или профилей, а также значительную длину тонкостенной ленты в рулоне, считаем, что в основном данного типа станы должны иметь прерывистый технологический процесс с остановкой на время стыковки концов рулона.
Однако, это не исключает возможность при больших объемах однотипных профилей (труб) создание станов с непрерывным технологическим циклом.
Прежде чем перейти к составу оборудования собственно стана необходимо отметить, что в объем данной работы не входит оборудование для подготовки рулонов соответствующей ширины, т.е. агрегат продольной резки.
Постоянно расширяющийся рынок различных изделий из тонколистового металла требует создания высокоманевренного оборудования для разделки широкополосового проката на ленты различной ширины. Агрегаты продольной резки предназначены для порулонной обработки в холодном состоянии широкополосового проката из различных металлов включающей операции разматывания рулонов, обрезки боковых кромок, разрезки полосы исходной ширины на более узкие полосы мерной ширины, смотки их в рулоны заданного размера, обвязки по образующей и выдачи порезанных рулонов из зоны агрегата.
Планируемое на стане производство особотонких профилей (труб) требует получения на агрегатах продольной резки получения мерной заготовки особой точности (± 0,02 мм) и без заусенцев.
В настоящее время в России нет агрегатов продольной резки, отвечающих повышенным требованиям к точности исходной заготовки для трубосварочного стана.
3. Состав оборудования стана
Рис. 7. Состав оборудования ТЭСА 10-20
На рис. 7 представлена схема располо
Вывод
Непреднамеренные взрывы на производстве, включающем работу со взрывоопасными газами, жидкостями могут привести к значительным разрушениям и гибели людей, повреждениям соседних зданий и сооружений. Основную опасность представляют детонационные взрывы, при которых скорость распространения ударной волны выше скорости звука, образующиеся избыточные давления очень велики.
Основное направление снижение последствия взрыва на производстве отвод взрывоопасной смеси за пределы помещения с помощью специальных предохранительных конструкции. Был произведен расчет параметров не разрушающейся поворотной предохранительной конструкции с вертикальным шарниром.
При дефлаграционном характере взрыва предохранительные конструкции позволяют снизить ущерб от взрыва до минимума - разрушение остекления здания, легкие степени поражения людей.
Работа на ТЭСА 10-20 характеризуется значительной степенью автоматизации, что освобождает человека от непосредственного участия в производственном процессе. За человеком остается лишь функция наблюдателя за работой оборудования и ремонт. Но для любого производственного цеха характерно наличие опасных производственных факторов, которые должны быть устранены.
Наибольшую опасность представляют все движущиеся и вращающиеся части оборудования, следовательно, для исключения попаданий человека в рабочие зоны агрегата должны применяться ограждения в виде поручней и щитов. У опасных участков имеются предупредительные надписи. Кроме того, все движущиеся и вращающиеся части, а также ограждения, окрашиваются в желтый цвет.
Устранение неисправностей при ремонте должно производиться только при полной остановке работы оборудования.
Опасность для работающих в цехе представляет крановое оборудование и транспортные средства. Все грузоподъемные средства должны быть проверены перед началом работы, и при их работе нельзя находиться под грузом.
Также перед началом движения крановщик должен подавать предупредительный звуковой сигнал. Закреплять грузы, транспортируемые краном, могут только стропальщики. Все тросы грузоподъемных устройств должны проходить испытание.
Так как в цехе имеется большое количество электрооборудования, то это требует принятия особых защитных мероприятий. Основными причинами поражения человека электрическим током являются: прикосновение к металлическим частям электрооборудования, оказавшимся под напряжением изза пробоя изоляции;
прикосновение к открытым токоведущим частям (случайные или в случае ошибочной подачи напряжения при ремонте или осмотре);
поражение электрической дугой при нахождении человека вблизи высоковольтного оборудования.
Для силовой и осветительной сети с напряжением 380/220В применяются системы зануления. Для сети постоянного тока применяются защитные заземления. Для защиты электрической сети от перегрузок используется реле напряжения и плавкие предохранители, отключающие подачу электроэнергии в случае неисправности. Кроме того, используются ограждения и предупредительные знаки.
При гигиеническом нормировании ГОСТ 12.1.038-82* устанавливает предельно-допустимые напряжения прикосновения и токи, протекающие через тело человека (рука-рука, рука-нога) при нормальном (неаварийном) режиме работы электроустановок производственного и бытового назначения постоянного и переменного тока частотой 50 и 400 Гц. Допустимым считается ток, при котором человек может самостоятельно освободиться от электрической цепи. Его величина зависти от скорости прохождения тока через тело человека: при длительности действия более 10 с - 2 МА, при 10 с и менее - 6 МА.
Для создания благоприятных условий труда большое значение имеет рациональное освещение цеха. Неудовлетворительно освещение затрудняет проведение работ, ведет к снижению производительности труда, больше утомляет работающего и может явиться причиной несчастного случая.
Основной задачей производственного освещения является поддержание на рабочем месте освещенности, соответствующей характеру зрительной работы. При организации производственного освещения необходимо обеспечить равномерное распределение яркости на рабочей поверхности и окружающих предметах. Для повышения равномерности естественного освещения больших цехов осуществляется комбинированное освещение. Естественное освещение осуществляется через световые фонари в перекрытиях здания и окна в наружных стенах. Светлая окраска потолка, стен и оборудования способствует равномерному распределению яркостей в поле зрения работающих. Искусственное освещение осуществляется установкой стационарных светильников, одинаковых по типу и мощности. При осмотрах и ремонтах применяется ремонтное освещение - переносные лампы с напряжением 36 В. Сигнальное освещение производится и цветными лампами и специальными установками. В размере 10% от общего искусственного освещения применяется аварийное освещение от независимого источника тока, на случай выхода из строя общего освещения.
Помещение цеха по зрительным условиям относится к IV разряду. Естественное и искусственное освещение в помещениях регламентируется нормами СНИП 23-05-95 в зависимости от характера зрительной работы, системы и вида освещения, фона, контраста объекта с фоном. При организации производственного освещения следует выбирать необходимый спектральный состав светового потока.
Поскольку в цехе, где располагается агрегат ТЭСА 10-20, присутствует ряд других металлургических машин, а также такие механизмы как летучие ножницы и стеллажи, то можно наблюдать некоторый уровень вибрации и шума.
Вибрация относиться к факторам, обладающим высокой биологической активностью. Выраженность ответных реакций обуславливается главным образом силой энергетического воздействия и биомеханическими свойствами человеческого тела как сложной колебательной системы. Мощность колебательного процесса в зоне контакта и время этого контакта являются главными параметрами, определяющими развитие вибрационных патологий, структура которых зависит от частоты и амплитуды колебаний, продолжительности воздействия, места приложения и направления оси вибрационного воздействия, демпфирующих свойств тканей, явлений резонанса и других условий.
Шум определяют как совокупность апериодических звуков различной интенсивности и частоты.
Интенсивный шум на производстве способствует снижению внимания и увеличению числа ошибок при выполнении работы, исключительно сильное влияние шум оказывает на быстроту реакции, сбор информации и аналитические процессы, изза шума снижается производительность труда и ухудшается качество работы. Шум затрудняет своевременную реакцию работающих на предупредительные сигналы внутрицехового транспорта, что способствует возникновению несчастных случаев на производстве.
Согласно ГОСТ 12.1.003-83* и Санитарным нормам 2.2.4/2.1.8.562-96 «Шум на рабочих местах, в помещениях жилых, общественных зданий и на территории жилой застройки» для нормирования постоянных шумов, которые присутствуют в месте расположения агрегата ТЭСА 10-20, применяют допустимые уровни звукового давления в девяти октавных полосах частот в зависимости от вида производственной деятельности.
Рабочие места Уровни звукового давления, ДБ, в октавных полосах со среднегеометрическими частотами, Гц Уровни звука и эквивалентные уровни звука, ДБ А 31,5 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000
Постоянные рабочие места и рабочие зоны в производственных помещениях и на территории предприятий 110 99 92 86 83 80 78 76 74 85
Для ориентировочной оценки в качестве характеристики постоянного широкополосного шума на рабочих местах допускается принимать уровень звука (ДБ А), определяемый по шкале А шумомера с коррекцией низкочастотной составляющей по закону чувствительности органов слуха и приближением результатов объективных измерений к субъективному восприятию.
Повышение электробезопасности в установках достигается применением систем защитного заземления, зануления, защитного отключения и методов защиты, в том числе знаков безопасности и предупредительных плакатов и надписей. В системах местного освещения, в ручном электрофицированном инструменте и в некоторых других случаях применяют пониженное напряжение.
Требования к устройству защитного заземления и зануления электрооборудования определены ПУЭ (Правила устройства электроустановок), в соответствии с которыми они должны устраиваться при номинальном напряжении 380 В и выше переменного и 440 В и выше постоянного тока. В условиях работ в помещениях с повышенной опасностью и особо опасных они должны выполняться в установках с напряжением питания > 42 В переменного и > 110 В постоянного тока. Защитному заземлению или занулению подлежат металлические части электроустановок, доступные для прикосновения человека, которые могут оказаться под напряжением в результате повреждения изоляции.
Защитное заземление представляет собой преднамеренное электрическое соединение металлических частей электроустановок с землей или ее эквивалентом (водопроводными трубами и т.д.).
При пробое изоляции токоведущих частей на корпус, изолированный от земли, он оказывается под фазовым напряжением Uф. В этом случае ток, проходящий через человека, где Rч - сопротивление тела человека, RСИЗ - сопротивление средств индивидуальной защиты, при их отсутствии RСИЗ = 0.
При наличии заземления вследствие стекания тока на землю напряжение прикосновения уменьшается и, следовательно, ток, проходящий через человека, оказывается меньше, чем в незаземленной установке. Чтобы напряжение на заземленном корпусе оборудования было минимальным, ограничивают сопротивление заземления. В установках 380/220 В оно должно быть не более 4 Ом, в установках 220/127 В - не более 8 Ом. Если мощность источника питания не превышает 100 КВА, сопротивление заземления может быль в пределах 10 Ом.
В качестве заземляющих устройств электроустановок в первую очередь должны быть использованы естественные заземлители. Возможно применение железобетонных фундаментов промышленных зданий и сооружений. При отсутствии естественных заземлителей допускается применение переносных заземлителей, например, ввинчиваемых в землю стержней, стальных труб, уголков. После заглубления в землю они должны иметь концы длиной 100…200 мм над поверхностью земли, к которым привариваются соединительные проводники. Категорически запрещается использовать в качестве заземлителей трубопроводы с горючими жидкостями и газами. Зануление состоит в преднамеренном соединении металлических нетоковедущих частей оборудования, которые могут оказаться под напряжением вследствие пробоя изоляции, с нулевым защитным проводником. При замыкании любой фазы на корпус образуется контур короткого замыкания, характеризуемый силой тока весьма большой величины, достаточной для «выбивания» предохранителей в фазных питающих проводах. Таким образом, электроустановка обесточивается. Предусматривается повторное заземление нулевого проводника на случай обрыва нулевого провода на участке, близком к нейтрали. По этому заземлению ток стекает на землю, откуда попадает в заземление нейтрали, по нему во все фазные провода, включая имеющий пробитую изоляцию, далее на корпус. Таким образом, образуется контур короткого замыкания.
Защитное отключение электроустановок обеспечивается путем введения устройства, автоматически отключающего оборудование - потребитель тока при возникновении опасности поражения током. Схемы отключающих автоматических устройств весьма разнообразны. Во всех случаях система срабатывает на превышение какого-либо параметра в электрических цепях технологического оборудования.
Повышение электробезопасности достигается также путем применения изолирующих, ограждающих, предохранительных и сигнализирующих средств защиты.
Изолирующие электрозащитные средства делятся на основные и дополнительные. Основные изолирующие электрозащитные средства способны длительное время выдерживать рабочее напряжение электроустановки, и поэтому ими разрешается касаться токоведущих частей, находящихся под напряжением, и работать на этих частях. К таким средствам относятся: в электроустановках до 1000 В - диэлектрические резиновые перчатки, инструмент с изолирующими рукоятками и указатели напряжения до 1000 В; в электроустановках выше 1000 В - изолирующие штанги, изолирующие и электроизмерительные клещи, а также указатели напряжения выше 1000 В.
Дополнительные изолирующие электрозащитные средства обладают недостаточной электрической прочностью и поэтому не могут самостоятельно защищать человека от поражения током. Их назначение - усилить защитное действие основных изолирующих средств, вместе с которыми они должны применяться. К дополнительным изолирующим средствам относятся: в электроустановках напряжением до 1000 В - диэлектрические галоши, коврики, изолирующие подставки; в электроустановках выше 1000 В - диэлектрические перчатки, боты, коврики, изолирующие подставки. Ограждающие средства защиты предназначены для временного ограждения токоведущих частей. Сигнализирующие средства включают запрещающие и предупреждающие знаки безопасности, а также плакаты: запрещающие, предостерегающие, разрешающие, напоминающие.
Предохранительные средства защиты предназначены для индивидуальной защиты работающего от световых, тепловых и механических воздействий. К ним относят: защитные очки, противогазы, специальные рукавицы т.п. Расчет защитного заземления сводится к определению сопротивления растеканию тока заземления, которое зависит от проводимости грунта, конструкции заземлителя и глубины его заложения.
Проводимость грунта характеризуется его удельным сопротивлением r (Ом?см): сопротивление между противоположными сторонами кубика грунта с ребрами 1 см. Удельное сопротивление зависит от характера и строения грунта, его влажности, глубины промерзания и может колебаться в широких пределах. В расчетах принимают следующие средние значения удельных сопротивлений грунта (Ом?см).
Таблица
Глина, садовая земля 0,4?104 чернозем 0,5?104
Суглинок, каменистая глина 1,0?104
Щебень с песком, каменистая почва 2,0?104
Супесь 3,0?104
Песок с галькой 8,0?104
При промерзании грунта электропроводимость его ухудшается и удельное сопротивление возрастает. Поэтому в расчет нужно вводить поправку КМ - коэффициент сезонности, величина которого определяется в зависимости от климатической зоны.
Таблица Значение коэффициента сезонности
Климатические зоны Признаки зон Коэффициент КМ
Средняя многолетняя температура, С° Продолжительность замерзания вод, сутки
Низшая (январь) Высшая (июль)
I От -20 до -15 От 16 до 18 170-190 1,9/5,8
II « -15 « -10 « 18 « 22 ~150 1,7/4,0
III « -10 « 0 « 22 « 24 ~100 1,5/2,3
IV « 0 « 5 « 24 « 26 0 1,3/1,8
Примечание. Числитель - для вертикальных заземлителей с заложением их вершин на глубине 0,5-0,7 м от поверхности земли; знаменатель - для горизонтальных заземлителей при глубине заложения 0,3-0,8 м
Сопротивление (ом) одиночного вертикального заземлителя (из круглого стержня) растеканию тока определяется по формуле где r - удельное сопротивление грунта, Ом?см;
КМ - коэффициент сезонности;
l - длина заземлителя, см;
d - диаметр стержня, см;
t - глубина заложения (от поверхности земли до середины стержня), см.
Если вместо круглого стержня используется угловая сталь, то d = 0,95b (b - ширина полок уголка). При ориентировочных расчетах сопротивление одиночного заземлителя можно с достаточной точностью определять как RO.В.»0,003RKM.
Сопротивление горизонтального заземлителя где LГ - длина заземлителя, см;
b - ширина полосового заземлителя, см;
t - глубина его заложения, см.
Сопротивление заземлителя из нескольких электродов, соединенных полосой,
Суммарное сопротивление всех вертикальных электродов составит:
где n - число электродов;
hв - коэффициент использования электрода, характеризующий степень использования его поверхности изза экранирующего влияния соседних электродов.
Для горизонтальных полос, связывающих вертикальные электроды, сопротивление растеканию тока с учетом экранирования определяется по формуле:
где hг - коэффициент использования горизонтальной полосы с учетом экранирующего влияния вертикальных электродов.
Ток однофазного короткого замыкания (о.к.з.) на напряжении 10 КВ: А, где l =18 км - протяженность предприятия.
Сопротивление заземлителя растеканию тока на напряжении 10 КВ: Ом.
В соответствии с ПУЭ сопротивление заземлителей у электроустановок на напряжение 10 КВ должно быть не более 10 Ом, на напряжении 0,4/0,23 КВ - не выше 4 Ом. Принимаем сопротивление заземлителя Rз = 4 Ом.
Выполняем заземлитель из круглых стальных элементов диаметром 12 мм и длиной 5 м. Размещаем электроды в ряд и соединяем их полосой из круглой стали диаметром 12 мм. Глубина заложения полосы 0,6 м. Грунт - суглинок, климатическая зона - третья.
Сопротивление одного электрода
Ом, r =1?104 Ом ?см (таб.)
КМ = 1,5 (таб.2).
Суммарное сопротивление всех электродов: Ом, n =20 - число электродов, hв=0,47 - коэффициент использования электродов.
Протяженность заземлителя м, a =5 м - длина электродов.
Сопротивление соединительной полосы с учетом экранирования
Ом.
Сопротивление заземлителя растеканию тока
Ом что меньше допускаемой величины 4 Ом.
Работа трубоэлектросварочного агрегата ТЭСА 10-20 связана со сваркой металлической ленты, сформованной в трубу, которая в свою очередь разматывается из рулона. На ленте находится некоторый слой масла и пыли (после поступления со склада рулон ленты не проходит какой-либо специальной очистки). При сварке такой ленты происходит выделение загрязненных паров, которые являются продуктами горения масла. Все эти пары поступают в систему местной вытяжной вентиляции.
На участках сварки и резки металлов состав и масса выделяющихся вредных веществ зависит от вида и режимов технологического процесса, свойств применяемых сварочных и свариваемых материалов.
Сварочная пыль на 99% состоит из частиц размером 10-3 …1 мкм, около 1% - 1…5 мкм, частицы размером более 5 мкм составляют всего десятые доли процента.
Поэтому средства защиты атмосферы должны ограничивать наличие вредных веществ в воздухе в среде обитания человека на уровне не превышающем ПДК. Во всех случаях должно соблюдаться условие
С сф ? ПДК по каждому вредному веществу (сф - фоновая концентрация).
На практике реализуют следующие варианты защиты атмосферного воздуха: вывод токсичных веществ из помещений общеобменной вентиляцией;
локализация токсичных веществ в зоне их образования местной вентиляцией, очистка загрязненного воздуха в специальных аппаратах и его возврат в производственное или бытовое помещение, если воздух после очистки в аппарате соответствует нормативным требованиям к приточному воздуху;
локализация токсичных веществ в зоне их образования местной вентиляцией, очистка загрязненного воздуха в специальных аппаратах, выброс и рассеивание в атмосфере;
очистка технологических газовых выбросов в специальных аппаратах, выброс и рассеивание в атмосфере; в ряде случаев перед выбросом отходящие газы разбавляют атмосферным воздухом;
очистка отработавших газов электроустановок в специальных агрегатах, выброс в атмосферу или производственную зону.
Аппараты очистки вентиляционных и технологических выбросов в атмосферу делятся на: пылеуловители (сухие, электрические, фильтры, мокрые);
туманоуловители (низкоскоростные и высокоскоростные);
аппараты для улавливания паров и газов (абсорбционные, хемосорбционные, адсорбционные и нейтрализаторы);
аппараты многоступенчатой очистки (уловители пыли и газов, уловители туманов и твердых примесей, многоступенчатые пылеуловители);
Широкое применение для очистки газов от частиц получили сухие пылеуловители - циклоны. Газовый поток по касательной вводится в циклон, в результате соударения пылинок сила инерции становится равной нулю и на пылинку действует вес, под действием которого она выпадает в осадок.
Электрическая очистка (электрофильтры) - один из наиболее совершенных видов очистки газов от взвешенных в них частиц пыли и тумана. Этот процесс основан на ударной ионизации газа в зоне коронирующего разряда, передаче заряда ионов частиц примесей и осаждении последних на осадительных и коронирующих электродах. Для этого применяют электрофильтры.
Аппараты мокрой очистки газов - мокрые пылеуловители - имеют широкое распространение, т.к. характеризуются высокой эффективностью очистки от мелкодисперсных пылей с dч? 0,3мкм, а также возможностью очистки нагретых и взрывоопасных газов. Однако мокрые пылеуловители обладают рядом недостатков, ограничивающих область их применения: образование в процессе очистки шлама, что требует специальных систем для его переработки; вынос влаги в атмосферу и образование отложений в отводящих газоходах при охлаждении газов до температуры точки росы; необходимость создания оборотных систем подачи воды в пылеуловитель.
Аппараты мокрой очистки работают по принципу осаждения частиц пыли на поверхность либо капель, либо пленки жидкости. Осаждение частиц пыли на жидкость происходит под действием сил инерции и броуновского движения.
Для очистки воздуха от туманов кислот, щелочей, масел и других жидкостей используют волокнистые фильтры - туманоуловители. Принцип их действия основан на осаждении капель на поверхности пор с последующим стеканием жидкости по волокнам в нижнюю часть туманоуловителя.
Метод абсорбции - очистка газовых выбросов от газов и паров - основан на поглощении последних жидкостью. Для этого используют абсорберы. Решающим условием для применения метода абсорбции является растворимость паров или газов в абсорбенте.
Работа хемосорберов основана на поглощении газов и паров жидкими или твердыми поглотителями с образованием малорастворимых или малолетучих химических соединений. Хемосорбция - один из распространенных методов очистки отходящих газов от оксидов азота и паров кислот.
Метод адсорбции основан на способности некоторых тонкодисперсных твердых тел селективно извлекать и концентрировать на своей поверхности отдельные компоненты газовой смеси. Для этого метода используют адсорбенты. В качестве адсорбентов, или поглотителей, применяют вещества, имеющие большую площадь поверхности на единицу массы.
Термическая нейтрализация основана на способности горючих газов и паров, входящих в состав вентиляционных или технологических выбросов, сгорать с образованием менее токсичных веществ. Для этого метода используют нейтрализаторы.
Для высокой эффективности очистки выбросов необходимо применять аппараты многоступенчатой очистки. В этом случае очищаемые газы проходят несколько автономных аппаратов очистки или один агрегат, включающий несколько ступеней очистки. Такие решения находят применение при высокоэффективной очистке газов от твердых и газообразных примесей; при очистке от твердых примесей и капельной жидкости и т.п. многоступенчатую очистку широко применяют в системах очистки воздуха с его последующим возвратом в помещение.
При сваривании трубы на агрегате ТЭСА 10-20 происходит выделение газов и сварочной пыли. Их основные источники - электроды, флюсы, наплавочные смеси. Пробы на состав аэрозолей показали, что пыль состоит из окислов железа, марганца, кремния и т.д.
Для очистки таких аэрозолей применяются фильтры грубой и тонкой очистки при их последовательном соединении.
Фильтр грубой очистки. Фильтроэлементами такого фильтра могут служить пористые материалы из порошковых металлов или пористые сетчатые металлы. Расчет фильтроэлемента грубой очистки из порошкового пористого металла производят при следующих данных: расход фильтруемого газа Q, нм3/ч и его физические характеристики;
концентрация пыли до фильтроэлемента q1, мг/м3;
средний размер частиц dcp, мкм;
тонкость очистки dt.о. абс., мкм;
начальное гидравлическое сопротивление фильтроэлемента Dpнач, Па;
конечное допустимое гидравлическое сопротивление фильтра из условий работы общей пневмосистемы (Dpкон)доп, Па;
время непрерывной работы фильтра тк, плотность вещества высокодисперсных аэрозолей r1, г/см3.
Фильтр тонкой очистки. Расчет проводится по методике расчета для волокнистых фильтрующих материалов, а в качестве фильтроматериала тонкой очистки рассмотрим материал ФПП - 25 - 3,0. исходные данные для расчета: расход фильтруемого газа Q, нм3/ч;
допустимый коэффициент проскока по наиболее проникающим частицам Кдоп.
Учитывая величину средних размеров частиц загрязнителя, назначаем абсолютную тонкость очистки фильтром 8 мкм, тогда максимальный размер пор равен: dп.max=3?3=9 (мкм);
Задавая пористость П=0,45 находим средний размер пор фильтроэлемента: dп ср=dп мах/(0,8?П-0,3)=9/(0,8?0,45-0,3)=8,85 (мкм);
Выбираем материал сталь 50Х (форма частиц - лепестковая), тогда средний размер частиц порошка равен: dчср=dпср/П2=43,7 (мкм);
Выбираем толщину фильтроматериала из условий прочности и технологичности h=1 мм;
По заданному начальному перепаду давления на фильтроэлементе и критериальной зависимости, определяем скорость движения газа в порах: Wп=0,257 (м/с);
Площадь фильтроэлемента: Fф=Q/(Wп? П)=4,804 (м2);
Конечное сопротивление фильтроэлемента: Dpкон=Dpнач=[(1-e-A1?B?h)?({EA1?q1?tk-1}/A1?B) h]/h=0.576?105 (Па), В=1,946 - скорость газа перед фильтроэлементом, тк=100 ч - время работы фильтра, q1=1,8?10-9 г/см3 - объемное содержание твердых частиц;
Среднее за время работы фильтра объемное содержание твердых примесей в потоке газа за фильтром грубой очистки: q’1cp={ln[(EA1?q1?t1-1 EA1?B?h)/EA1?B?h]}/A1?tk=5.604?10-13;
Список литературы
1. В.Я. Осадчий, А.С. Вавилин «Технология и оборудование трубного производства». М., изд-во «Интермет инжиниринг»,2001.
