Обзор переносных машин для термической резки труб

Трубы и трубные изделия

Трубы и различные изделия из них занимают важное место в жизни современной цивилизации. Трубопроводы стали основными связующими сетями для многих отраслей промышленности и служат средствами транспортировки разнообразных жидких, газообразных и сыпучих сред, обеспечивая быструю и дешёвую доставку разнообразных веществ на большие расстояния. При этом используется свойство труб выдерживать давление рабочей среды (как внутри, так и снаружи), а одним из основных рабочих параметров конструкции является ее герметичность.

Кроме того, различные трубные детали и узлы всё чаще применяют и в качестве силовых элементов различных строительных конструкций, в которых оказываются важными ме-ханическая прочность и устойчивость труб. Это возможно потому, что с точки зрения сопротивления материалов и строительной механики кольцевое сечение оказывается практически идеальным: при минимальной массе (определяемой толщиной стенки) за счет максимального удаления стенок от геометрического центра труба имеет момент инерции, позволяющий легко выдерживать сжимающие, растягивающие (в том числе внецентренные) и изгибные нагрузки (особенно знакопеременные). При этом только лишь подбором геометрических размеров (диаметр и толщина стенки) можно предотвратить такое неприятное явление, как потеря устойчивости.

Распространению трубных конструкций способствует также широкий спектр фасонных трубных деталей, изготавливаемых на специализированных предприятиях – приварных фланцев различных типов, отводов, конических переходов и т.д.

Виды соединений и резов труб

Соединения труб и трубных деталей весьма разнообразны и требуют тщательной подготовки. Особую роль в подготовке трубных соединений играет резка труб. Среди резов труб выделяют резку концов труб и вырезку отверстий в трубах.

Резы концов труб можно классифицировать следующим образом:

• Прямые резы – плоскость реза перпендикулярна продольной оси трубы.
• Косые резы (резы под углом) – плоскость реза образует угол с продольной осью трубы.
• Криволинейные резы – плоскость реза образует криволинейный контур, повторяющий форму боковой поверхности трубы (применяются в основном при изготовлении патрубков для Т-образных соединений).

Все эти резы могут выполняться без скоса кромки или с прямым скосом кромки постоянного или переменного сечения.

Прямолинейные прямые резы составляю самую большую часть выполняемых на трубах резов. При выполнении этих резов обязательными условиями являются соблюдение перпендикулярности плоскости реза по отношению к продольной оси трубы и прямолинейность самого реза. Прямолинейность реза определяется выбором метода резки, перпендикулярность плоскости реза – конструкцией режущего оборудования или инструмента.

Методы резки труб

Для резки труб применяют как механические, так и термические методы резки. Из методов механической резки наиболее распространены резка отрезными кругами, дисковыми фрезами и резка на ленточнопильных станках. Механическая резка позволяет получить рез высокого качества, при некоторых методах обработки одновременно можно делать разделку кромок, в том числе сложной формы (U-образную, с двойным сломом, с внутренней расточкой). Однако оборудование для механической резки труб сложное, довольно дорогое и производительность механической резки невысока.

Термические методы позволяют выполнять резку за один проход и поэтому используются достаточно часто. Плазменная и лазерная резка в основном реализуется на сложных стационарных комплексах, управляемых системами ЧПУ и предназначенных для использования в цехах в качестве оборудования трубозаготовительного производства.

Не следует забывать о большом объёме резки, которую необходимо производить при монтаже различных трубопроводов на промышленных объектах и при строительстве магистральных трубопроводов, а также при изготовлении и монтаже трубных строительных кон-струкций (ферм). Монтажные работы, выполняемые в «полевых» условиях, требуют совер-шенно иного оборудования – простого, компактного, лёгкого. Поэтому монтажники чаще всего используют газокислородную резку и оборудование совершенно иного типа, о котором и пойдёт речь.

Переносные машины термической резки труб

Переносные машины термической резки труб, называемые иногда не совсем правильно общим словом «труборезы», предназначены для выполнения наиболее простых видов резов, то есть прямых резов труб.  Основное применение таких машин – разделительная резка труб в монтажных условиях, хотя также их применяют и в цеховых условиях.

Переносные машины относятся к двухосевому типу машин для резки труб и являются самым простым типом оборудования для термической резки труб. Первой основной осью системы координат является перемещение режущей горелки по окружности вокруг трубы, второй – наклон горелки по отношению к продольной оси трубы (прямой угол – резка без скоса кромки, отклонение горелки от прямого угла – резка со скосом кромки с постоянным углом). Угол наклона горелки устанавливается вручную и обычно не меняется на протяжении всего реза.

Переносные машины представляют собой самодвижущиеся каретки, на которых размещается режущая горелка, закреплённая в держателе, и привод перемещения. Каретка перемещается вокруг трубы со скоростью, равной скорости резки. Держатель горелки позволяет выполнять следующие перемещения:

1. Вертикальное перемещение горелки для регулировки дистанции резки – для этого на корпусе резака установлена зубчатая рейка и перемещение осуществляется при помощи приводной шестерни.
2. Поворот горелки практически на угол ±45° в плоскости продольной оси разрезаемой трубы для резки со скосом кромки.
3. Горизонтальное перемещение горелки вдоль продольной оси разрезаемой трубы, для чего держатель горелки устанавливается на выдвижной штанге, перемещаемой при помощи зубчатой рейки и приводной шестерни; таким образом можно точно установить горелку над линией реза и вывести точку пробивки с неизбежным кратером с линии реза в сторону.

Необходимо отметить, что вертикальное и горизонтальное перемещение горелки являются именно регулировочными, выполняются вручную до начала процесса резки и, следова-тельно, не могут считаться управляемыми перемещениями в системе координат резки. Часто при резке труб с большой овальностью на суппорте крепления режущей горелки устанавливают простейшие контактные системы отслеживания дистанции резки.

Перечислим общие преимущества переносных машин:

• Простота и надёжность конструкции;
• Производство полной отрезки за один оборот вокруг трубы;
• Широкий диапазон диаметров разрезаемых труб;
• Малая масса, компактные размеры;
• Простая и быстрая установка на трубе в любом месте при любом положении оси трубы – горизонтальном, вертикальном, наклонном.

Переносные машины могут иметь как ручной привод перемещения вокруг трубы, так и механизированный – в основном электрический, хотя встречаются модели с гидравлическими или пневматическими приводами.

Режущее оснащение – обычно стандартные машинные газокислородные резаки с внутрисопловым смешением. Плазмотроны на машины для резки труб устанавливаются редко, так как плазменная резка требует большей скорости резки по сравнению с газокислородной и может использоваться только на машинах с электрическим приводом перемещения. Резаки чаще всего оснащены зубчатой рейкой для плавной регулировки дистанции резки, вентиль-ная группа обычно выносится на колодку газового коллектора. Практически все производители устанавливают на газовом коллекторе отсечной клапан, перекрывающий одновременно подачу горючего газа и подогревающего кислорода.

Основное различие различных типов переносных машин термической резки труб заключается как раз в принципе перемещения вокруг трубы. Также необходимо отметить, что принцип перемещения в данном случае определяет траекторию перемещения, то есть направ-ление машины по линии реза и, в конечном итоге, точность резки. Таким образом, поскольку при выборе машины для резки труб руководствуются именно необходимой точностью рез-ки, на тип перемещения машины необходимо обращать первостепенное внимание.

  Можно выделить следующие виды перемещения машин:

• с перемещением по цепи,
• самоходные на магнитных колёсах,
• седельные (с перемещением по жёстким зубчатым полукольцам),
• с перемещением по жёстким бандажам,
• с перемещением по гибким бандажам.

Рассмотри различные типы машин более подробно.

Машины для резки труб с перемещением по цепи

Самый распространённый вид машин для термической резки труб. Сама машина представляет собой каретку с четырьмя металлическими роликами, опирающимися непосред-ственно на разрезаемую трубу. На каретке установлены суппорт с держателем режущей горелки и механизм перемещения – с ручным или электрическим приводом. Сам механизм перемещения представляет собой червячный редуктор, на выходную шестерню которого за-ведена цепь, натягиваемая вокруг трубы.

Цепь обычно набирается из отдельных рамок-звеньев, соединяющихся на замках. Соединить звенья можно без применения какого-либо инструмента, пользователь может сам удалять или добавлять звенья, обеспечивая точное соответствие длины цепи окружности разрезаемой трубы и позволяя разрезать трубы любого размера без ограничения максималь-ного диаметра. Производители машин обозначают это как преимущество оборудования. Но в такой простоте таится существенный недостаток – соединения цепи недостаточно прочные и могут раскрыться во время резки в самый неподходящий момент и это приведёт к падению машины.

Кроме того, составную цепь из-за её непрочности трудно натянуть на трубе с большим усилием и она неизбежно будет ослабевать из-за вибрации, появляющейся во время работы машины. Неплотное прилегание цепи к трубе вызывает неизбежное проскальзывание цепи и появляется возможность поперечных отклонений машины, то есть траектория режущей горелки не будет совпадать с линией резки и рез не будет перпендикулярным оси трубы. Также существует возможность появления колебаний машины поперёк реза, что приводит к тому, что линия реза будет неровной. По этой же причине из-за сползания цепи возникают сложно-сти при резке труб, расположенных вертикально или наклонно.

Производителям машин с перемещением по цепи, безусловно, это известно и они рекомендуют при резке труб диаметром свыше 600 мм (у некоторых производителей – 800 мм) использовать специальные гибкие кольцевые направляющие бандажи, которые устанав-ливаются на трубе через проставки. Машина термической резки оснащается парой дополнительных боковых роликов, которые прокатываются по направляющему бандажу и обеспечи-вают прямолинейность траектории резки и перпендикулярность плоскости реза оси трубы.
Совершенно очевидно, что установка и выравнивание гибкой направляющей, что необходимо делать с высокой точностью, занимают много времени. Поэтому такое преимуще-ство цепных машин, как быстрота установки, в этом случае просто пропадает.

Существуют также машины с цепным перемещением, использующие не составную цепь, а стандартные роликовые приводные цепи. Жёсткость роликовой цепи выше, чем у со-ставной, однако всё равно недостаточна для исключения возможности получения неперпендикулярного реза. Так же, как и для машин с перемещением по составной цепи, производи-тели рекомендуют использовать гибкие кольцевые направляющие бандажи при резке труб диаметром более 1.000 мм. Кроме того, изменять длину роликовых приводных цепей труднее, требуется специальная подготовка персонала и тонкие слесарные операции.

          

                  а)                                                                 б)                                                                      в)

Рис. 1. Машины для резки труб с перемещением по цепи:

а – машина с ручным приводом с перемещением по составной цепи; б – машина с электрическим приводом перемещением по роликовой цепи; в – позиционирование машины с перемещением по цепи на гибком кольцевом направляющем бандаже.

Машины с перемещением по цепи как самый простой вид выпускаются практически всеми производителями и могут применяться в случае необходимости производить быструю резку и перестановку машины на новое место резки – например, при вырезке дефектных участков трубопровода при ремонте. Также они могут применяться в трубозаготовительном производстве при низких требованиях к качеству и точности резки или при вырезке трубных заготовок для последующей обработки.

На Российском рынке машины для резки труб с цепным перемещением представлены наиболее широко. В первую очередь, это широко известная машина «Орбита», выпускавшаяся ещё в Советские времена Ванадзорским заводом «Автогенмаш». Сейчас «Орбиту» в многочисленных вариантах (с ручным и электрическим приводом, с перемещением по составной цепи и по роликовой цепи) предлагают несколько производителей. Также на рынке предлагается несколько машин, представляющих собой копии «Орбиты» («Орбита-Р», «Орбита-БМ», «Спутник» и т.д.). Иностранные производители представлены машинами компаний «Koike» (Япония), «Mathey Dearman» (США) и многочисленными копиями машин «Koike» китайского производства.

Модели китайского оборудования производится под одними и теми же названиями на различных предприятиях, при этом у китайских производителей очень высокая степень внутренней кооперации, то есть несколько заводов объединяют свои усилия в производстве всего модельного ряда продукции, но каждый завод изготавливает только одну или несколько моделей. То есть определить конкретного производителя конкретной модели оборудования не всегда представляется возможным. Единственный способ застраховаться от покупки некачественного китайского оборудования – приобретать его у проверенных Российских поставщиков, которые давно работают на рынке, дорожат собственной репутацией и смогут обеспечить ремонт оборудования или его замену в случае неустранимого брака. При покупке желательно поинтересоваться действительным производителем оборудования (хороший поставщик, дорожащий репутацией, вряд ли будет скрывать эту информацию) – если это такие заводы как «GazCut», «Huawei», «Huayuan», «Zhaoshan» или «Huaheng», то можно смело говорить, что оборудование имеет достаточный уровень качества и вполне соответствует своим задачам и своей цене.

Машины для резки труб на магнитных колёсах

Машины для резки труб на магнитных колёсах представляют собой разновидность переносных машин термической резки, применяемых обычно для резки листовых деталей, с незначительными отличиями, касающимися в основном роликов для перемещения:

• ролики не имею профильной канавки для установки по направляющие рельсы;
  
• отсутствуют поворотные ролики;
  
• часто ролики имеют поперечные насечки для лучшего сцепления с криволинейной поверхностью;
  
• ролики оснащены системой подмагничивания на основе постоянных магнитов.
  

Такие машины оснащаются электрическим приводом перемещения с широким диапазоном скоростей резки, поэтому могут применяться как для газокислородной, так и для плазменной резки труб и листовых деталей, а также для механизированной сварки MIG/MAG. 

            

                                         а)                                                                                                  б)

         

                                                                 в)

Рис. 2. Машины для резки труб на магнитных колёсах:

 а – машина MagaPipe («GazCut», Китай); б – машина MiniMagXM («Mathey Dearman», США); в – позиционирование машин на магнитных колёсах на гибком кольцевом направляющем бандаже

Большим недостатком машин на магнитных колёсах является небольшая точность резки, сильно зависящая от первоначальной установки, и связанная в том числе с неровностями поверхности трубы. При резке труб диаметром свыше 600 мм также, как и для машин с перемещением по цепи, рекомендуется применение гибких кольцевых бандажей в качестве направляющих.

Масса машин за счёт наличия электропривода и массивной магнитной системы достаточно велика и существует вероятность падения машины с трубы при уменьшении усилия удержания магнитов; производители комплектуют самоходные машины удерживающим тросиком, крепящимся за карабин на корпусе машины. 

Машины для резки труб седельного типа

Ведущим мировым производителем машин такого типа является компания «Mathey Dearman» (США), выпускающая такие машины как с ручным, так и с электрическим приводом. Эти машины также получили название седельных (saddle); очевидно название связано с тем, что основным опорным элементом машины является полукольцо с окружностью примерно 270°, которое при установке на трубу напоминает седло, одетое на лошадь.

Опорное седло машины неподвижно устанавливается на трубе на специальных проставках с использованием регулировочных винтов. На опорном седле смонтировано скользящее полукольцо с установленным суппортом для режущей горелки. Перемещение резака вокруг трубы производится вращением скользящего полукольца по опорному седлу.

  

Рис. 3. Машины для резки труб седельного типа («Mathey Dearman», США)

   Машины седельного типа позволяют получить рез хорошего качества и высокой точности, но обладают несколькими существенными недостатками:

• малый охват диаметров разрезаемых труб (диапазон диаметров для каждой модели составляет обычно не более 200-250 мм),
  
• большая масса машины,
  
• необходимое большое количество монтажных деталей – установочные планки (проставки), регулировочные винты, соединительные детали, 
  
• длительное время для монтажа и выравнивания машины на трубе,
  

• необходимая высокая точность установки машины на трубе, которая должна обеспечиваться высокой квалификацией обслуживающего персонала.

Седельные машины могут быть рекомендованы потребителям, работающим с узким диапазоном диаметров разрезаемых труб в условиях, когда время обработки не имеет существенного значения, и организация располагает рабочими с необходимым уровнем квалификации и аккуратности. 

Машины для резки труб с перемещением по жёстким бандажам

Жёсткие бандажи по своей конструкции напоминают такие же бандажи, используемые для сборки трубных стыков – два стальных полукольца с замыкающим замком. Однако это лишь внешнее сходство. Бандажи крепятся к каретке машины для резки так, чтобы ходовые ролики каретки сохраняли контакт с поверхностью разрезаемой трубы. на бандажах установлены дополнительные ролики на поворотных кронштейнах для установки на трубы меньшего диаметра.

Машины с жесткими бандажами по системе крепления схожи с машинами седельного типа, поэтому преимущества и недостатки у них практически одинаковые: с одно стороны – высокая точность реза, с другой – необходимая для этого высокая точность установки бандажа на трубе, требующая длительного времени и квалификации рабочего, большая масса и габаритные размеры (диаметр бандажа), малый диапазон диаметров разрезаемых труб.

                   

Рис. 4. Машины для резки труб с перемещением пожёстким бандажам

Машины с перемещением пожёстким бандажам не получили широкого распространения; на Российском рынке они представлены машинами серии RSVпроизводства компании «Zinser Schweißtechnik» (Германия) и машинами моделей Tubocut II и Tubocut III, выпускаемых компанией «Gloor» (Швейцария). 

Машины для резки труб с перемещением по гибким бандажам

Для позиционирования на трубе и перемещения вокруг трубы этих машин используются так называемые гибкие направляющие или гибкие бандажи. На первый взгляд, они аналогичны гибким направляющим бандажам, применяемым совместно с цепными машинами для резки труб, однако это не совсем так. Основных отличий два: во-первых, цель установки бандажа, во-вторых, система взаимодействия машины с бандажом. Остановимся на этих вопросах подробнее.

В данном случае (мы говорим о машинах для резки труб с цепным перемещением), направляющий бандаж (гибкий или жёсткий) служит только для определения траектории перемещения оборудования (это цель его установки) и не связан ни с позиционированием машины на трубе, ни с её перемещением вокруг трубы, для которого служит цепь.

У машин с перемещением по гибким бандажам бандажи предназначены одновременно для крепления машины на разрезаемой трубе и определения траектории перемещения. Бандажи могут быть двух типов:перфорированные или гладкие. Бандаж плотно натягивается на трубу и этим натяжением надёжно фиксируют траекторию перемещения каретки машины с режущей горелкой.

Некоторые машины этого типа имеют приводное зубчатое колесо, установленное на выходном валу редуктора привода, и для установки и перемещения машины служит перфорированный бандаж. Такие бандажи либо устанавливаются через проставки небольшой высоты, либо бандаж проводится через каретку машины с зацеплением зубьев приводного колеса через отверстия бандажа. То есть, фактически бандаж в данном случае выполняет роль цепи, только очень широкой. Естественно, обеспечить достаточную плотность натяжения бандажа в этом случае не удаётся, и неизбежно выявляются все недостатки машин с цепным перемещением: проскальзывание на трубе, неровность линии реза, неперпендикулярность реза оси трубы.

     

Рис. 5. Машины для резки труб с перемещением гибким бандажам:

а – машина с бандажом на проставках (модель Monrch Band Crawler с ручным приводом перемещения – компания «Mathey Dearman», США); б – машина с гладким бандажом (модель Tubocut IV – компания «Gloor», Швейцария).

Гладкие бандажи также могут устанавливаться на проставки, если машина термической резки перемещается по бандажу за счёт зажима бандажа своими роликами, как, например, машина модели Monrch BandCrawler, выпускаемая компанией «Mathey Dearman» (США), показанная на Рис. 4, а.

Позиционирование, реализуемое для модели Tubocut IV швейцарской компании «Gloor» (Рис. 4, б), представляется наиболее простым, быстрым и надёжным. Бандаж представляет собой гибкую стальную ленту шириной 120 мм; ширина бандажа такова, что гарантирует отсутствие перекоса при установке и кольцо бандажа всегда ложится перпендикулярно оси трубы. На одном конце бандажа выбиты фигурные отверстия, на другом установлены специальные винты, которые крепятся в отверстиях при замыкании бандажа в кольцо. Бандажи производятся разной длины для пяти диапазонов диаметров труб: 400 - 600 / 600 - 1000 / 800 - 1200 / 1200 - 1500 / 1400 - 1600 мм. Конструкция бандажей позволяет соединять их друг с другом при необходимости производить резку труб или ёмкостей большого диаметра.

Для установки машины на трубу достаточно продеть гибкий бандаж (ленту) между прижимными и натяжными роликами машины, проведя его под днищем каретки. Бандаж замыкается вокруг трубы и крепится винтами через фигурные отверстия. Затем винтом натяжного устройства крайние натяжные ролики поднимаются над поверхностью трубы, плотно натягивая бандаж. Неправильная траектория резки при таком позиционировании полностью исключена. Колёса каретки машины опираются на поверхность трубы; их вращение позволяет равномерно и плавно перемещать машину, протягивая гибкий бандаж через ролики.

Подведение итогов

Безусловно, приведённый выше анализ не является достаточно полным – количество различных моделей машин термической резки труб на рынке достаточно велико. В обзоре приведены только наиболее типичные представители различных типов машин, наиболее известные и чаще всего используемые предприятиями и организациями. В обзоре не упомянуты модели машин, которые появились в результате явного копирования известных моделей: например, машины «Комета» и «Сфера», предлагаемые под многими брендами, и являющиеся копиями машины Tubocut IV компании «Gloor» (при этом оригинальная швейцарская машина почему-то оказывается дешевле).

Представляется, что упомянутая модель Tubocut IV является на сегодняшний день самой удачной машиной для термической резки труб в силу следующих причин:

• простая конструкция с отсутствием сложных узлов и минимумом регулировок режущей горелки: регулировка наклона горелки на ±45° и перемещение горелки вдоль оси трубы на 230 мм;
  
• широкий диапазон диаметров разрезаемых труб: 400 - 1600 мм и более;
  
• возможность соединения нескольких бандажей для резки труб и ёмкостей диаметром более 1800 мм;
  
• возможность поставки с ручным или электрическим приводом перемещения (причём электрический привод может быть установлен на ручную машину впоследствии);
  
• надёжная система позиционирования на гибком стальном бандаже, гарантирующая точность резки и перпендикулярность реза;
  
• возможность использования плазменной резки (для машин с электрическим приводом перемещения);
  
• отсутствие необходимости в специальном обучении рабочих;
  
• малая масса – всего 9,8 кг в версии с ручным приводом;
  
• малое время установки на трубе (минимальный достигнутый результат составляет всего 45 сек.);
  
• простое обслуживание и отсутствие необходимости в сложном ремонте.
  

Эти преимущества сделали машину Tubocut IV незаменимым видом простого и недорогого оборудования для термической резки труб.

Автор статьи - Международный инженер по сварке (IWE)  © Райский В.Г., 2017 г.