устройство для определения средней толщины стенки трубы

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СРЕДНЕЙ ТОЛЩИНЫ СТЕНКИ ТРУБЫ, содержащее измеритель толщины заготовки, первый блок запаздывания, датчик перемещения холодной трубной заготовки, датчик перемещения готовой трубы, блок определения суммарной вытяжки, входы которого подсоединены к выходам датчика перемещения холодной трубной заготовки и датчика перемещения готовой трубы, первый и второй вычислительные блоки, второй блок запаздывания, первый вход которого подсоединен к выходу блока определения суммарной вытяжки и первому входу второго вычислительного блока, а выход подсоединен к первому входу первого вычислительного блока, задатчик ширины заготовки, задатчик среднего между наружным и внутренним диаметра готовой трубы, выходы которых подсоединены к вторым и третьим входам первого и второго вычислительных блоков, отличающееся тем, что оно снабжено датчиком перемещения горячей трубной заготовки, размещенным перед редукционным станом, блоком определения межстановой вытяжки, первым и вторым блоками деления, входы которых подсоединены к выходу датчика перемещения горячей трубной заготовки и первому входу блока определения межстановой вытяжки, третьим блоком деления, вход которого подсоединен к выходу датчика перемещения холодной трубной заготовки и второму входу блока определения межстановой вытяжки, а выход подсоединен к выходу первого блока деления, четвертым блоком деления, вход которого подсоединен к выходу датчика перемещения готовой трубы, а выход подсоединен к выходу второго блока деления и второму входу второго блока запаздывания, блоком определения поперечного шва, причем первый блок запаздывания состоит из трех блоков сопровождения, при этом первый вход первого блока сопровождения подсоединен к выходу измерителя толщины заготовки, второй вход подсоединен к выходу датчика перемещения холодной трубной заготовки, первый вход второго блока сопровождения подсоединен к выходу первого блока сопровождения, второй вход подсоединен к выходам первого и третьего блоков деления, второй выход подсоединен к четвертому входу второго вычислительного блока и блоку определения поперечного шва, первый вход третьего блока сопровождения подсоединен к первому выходу второго блока сопровождения, второй вход подсоединен к выходам второго и четвертого блоков деления, а выход подсоединен к четвертому входу первого вычислительного блока.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к прокатному производству, в частности к непрерывной прокатке труб на трубосварочных агрегатах с горячим редуцированием и межстановой вытяжкой, преимущественно к контролирующим устройствам, являющимся составной частью регуляторов толщины стенки трубы.

Известно устройство для косвенного определения средней толщины стенки трубы, содержащее датчики перемещения заготовки и готовой трубы, блок запаздывания, задатчики ширины заготовки и среднего диаметра готовой трубы и два вычислительных блока [1]

Недостатком известного устройства является следующее: значение толщины стенки готовой трубы, определенное вычислительным блоком во время переходного процесса в стане, отличается от фактического значения толщины стенки готовой трубы из-за динамической ошибки при вычислении толщины стенки в процессе регулирования вытяжки трубы, вызванной путевым запаздыванием вытяжки в сечениях трубы, распределенной по клетям стана, по сравнению с вытяжкой, вычисленной по соотношению скоростей или перемещений трубы на входе и выходе стана.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство, содержащее первый блок запаздывания толщины заготовки, измеритель толщины заготовки и датчики перемещения холодной трубной заготовки и готовой трубы, блок определения суммарной вытяжки, задатчик ширины заготовки и задатчик среднего между наружным и внутренним диаметрами готовой трубы, первый вычислительный блок определения толщины стенки, второй вычислительный блок регулирования толщины стенки трубы, второй блок запаздывания [2]

Информация о толщине штрипсовой заготовки по сигналам с датчика перемещения холодной трубной заготовки сопровождается через первый блок запаздывания и поступает на первый вычислительный блок в момент нахождения замеренного участка на выходе редукционного стана, а на вход второго вычислительного блока эта информация поступает раньше, чем эта же информация поступает в район участка регулирования натяжения. По сигналам с датчиков перемещения холодной трубной заготовки и готовой трубы определяется суммарная вытяжка в формовочно-сварочном и редукционном станах, которая непрерывно вводится во второй блок запаздывания и сопровождается в нем по сигналам датчика перемещения готовой трубы. Эта суммарная вытяжка относится к сечению проката, находящемуся в данный момент в валках условной эквивалентной клети, действие которой эквивалентно действию участка стана, на котором осуществляется регулирование натяжения трубы. Место нахождения эквивалентной клети в линии агрегата находится расчетным путем или экспериментально.

Удовлетворительного регулирования толщины стенки трубы добиваются путем подбора величины задержки информации о толщине заготовки на участке регулирования натяжения и суммарной вытяжки от эквивалентной клети до выхода из редукционного стана для каждого конкретного типоразмера труб.

Недостатком известного устройства является неправильное сопровождение толщины штрипсовой заготовки и вытяжки полосы в блоках запаздывания, что приводит к динамической ошибке в определении средней толщины стенки трубы в контрольных сечениях (в валках условной эквивалентной клети) и на выходе редукционного стана.

Технология прокатки обуславливает плавное нарастание скорости трубы при прохождении ею всего агрегата.

Реально при прокатке даже одного типоразмера труб скорость датчика перемещения готовой трубы значительно изменяется при практически неизменной скорости датчика перемещения холодной трубной заготовки, а значит информации о толщине заготовки и суммарной вытяжке, сопровождаемые от участка регулирования вытяжки и эквивалентной клети до выхода редукционного стана по сигналам со своих датчиков перемещения, придут в разные моменты времени. Этот недостаток снижает точность определения толщины стенки готовой трубы и эффективность работы регулятора толщины.

Если взять конкретную точку на трубной заготовке в районе регулирования натяжения трубы на межстановом участке и находящуюся на фиксированном расстоянии до выхода редукционного стана и поручить ей нести информацию о толщине заготовки со скоростью датчика перемещения холодной трубной заготовки, а информацию о суммарной вытяжке со скоростью датчика перемещения готовой трубы, то эти информации поступят на выход редукционного стана в разные моменты времени. Скорость конкретной точки на трубной заготовке изменяется прямо пропорционально изменению вытяжки как на межстановом участке, так и в редукционном стане.

На фиг.1 показан график изменения скорости трубы на участке агрегата от измерителя толщины заготовки (момент времени t_o) до начала участка активной деформации (участок агрегата, на котором начинают изменяться стенка и диаметр нагретой трубы под воздействием межстанового натяжения и температуры), (момент времени t₁) до первой клети редукционного стана (момент времени t₂). На фиг. 2 блок-схема предлагаемого устройства. Если предположить, что на агрегате отсутствует вытяжка, то труба пройдет весь путь от измерителя толщины заготовки до выхода из редукционного стана со скоростью V_a (скорость датчика перемещения холодной трубной заготовки) за время t_o-t₄. Так как любой участок трубы пройдет расстояние от измерителя толщины заготовки до выхода редукционного стана, то путь от момента времени t₁ до t₃ (площадь фигуры t₁, V_a, V_b, V_с, t₃) будет равен пути от момента времени t₁ до момента времени t₄ (площадь фигуры t₁, V_a, V_d, t₄).

Так как сопровождение измеренной толщины заготовки ведется по датчику перемещения холодной трубной заготовки со скоростью V_a, а суммарной вытяжки по датчику перемещения готовой трубы со скоростью V_c, то очевидно, что синхронное появление информации, сопровождаемой от района регулирования натяжения трубы на межстановом участке, о толщине заготовки и суммарной вытяжке возможно только при искусственном подборе количества элементов памяти в блоках запаздывания для конкретного скоростного режима прокатки, что снижает точность определения толщины стенки готовой трубы и эффективность работы регулятора толщины.

Цель изобретения повышение точности измерения толщины стенки трубы и обеспечение работы регулятора толщины стенки готовой трубы во всем диапазоне изменения скоростных режимов прокатки.

Цель достигается тем, что в устройстве для определения средней толщины стенки трубы, содержащем измеритель толщины заготовки, первый блок запаздывания, датчик перемещения холодной трубной заготовки, датчик перемещения готовой трубы, блок определения суммарной вытяжки, входы которого подключены к выходам датчика перемещения холодной трубной заготовки и датчика перемещения готовой трубы, второй вычислительный блок, второй блок запаздывания, первый вход которого подключен к выходу блока определения суммарной вытяжки и к первому входу первого вычислительного блока, задатчика ширины заготовки, задатчика среднего между наружным и внутренним диаметрами готовой трубы, выходы которых подключены к вторым и третьим входам первого и второго вычислительных блоков, дополнительно включен датчик перемещения горячей трубной заготовки, размещенный перед редукционным станом, блок определения межстановой вытяжки, первый и второй блоки деления, входы которых подключены к выходу датчика перемещения горячей трубной заготовки и первому входу блока определения межстановой вытяжки, третий блок деления, вход которого подключен к выходу датчика перемещения холодной трубной заготовки и к второму входу блока определения межстановой вытяжки, а выход подключен к выходу первого блока деления, четвертый блок деления, вход которого подключен к выходу датчика перемещения готовой трубы, а выход подключен к выходу второго блока деления и второму входу второго блока запаздывания, первый блок запаздывания, блок определения поперечного шва.

Кроме того первый блок запаздывания состоит из первого блока сопровождения, первый вход которого подключен к выходу измерителя толщины заготовки, второй вход подключен к выходу датчика перемещения холодной трубной заготовки второго блока сопровождения, первый вход которого подключен к выходу первого блока сопровождения, второй вход подключен к выходам первого и третьего блоков деления, второй выход подключен к четвертому входу второго вычислительного блока и блоку определения поперечного шва третьего блока сопровождения, первый вход которого подключен к первому выходу второго блока сопровождения, второй вход подключен к выходам второго и четвертого блоков деления, выход подключен к четвертому входу первого вычислительного блока.

Отличиями предлагаемого изобретения от прототипа являются следующие.

На участке регулирования вытяжки дополнительно устанавливается датчик перемещения горячей трубной заготовки.

Общее количество элементов памяти прямо пропорционально линейному пути от измерителя толщины до выхода редукционного стана, исчисляемому в путевых дискретах, прохождение которых контролируется датчиками перемещения, расположенными по линии прокатки.

Блоки запаздывания разбиты на блоки сопровождения, количество элементов памяти в которых определяется путевыми дискретами на определенных путевых зонах агрегата. Границы этих зон характеризуются скоростями датчиков перемещения прокатываемой трубы. Сопровождение информации в зонах происходит в функции полусуммы скоростей трубы, соответствующих границам данной зоны.

Устройство содержит измеритель 1 толщины (например, ИТХ 5736) непрерывной штрипсовой заготовки 2, из которой в линии агрегата, состоящей из формовочно-сварочного стана 3, нагревательной секционной печи 4 и редукционного стана 5, прокатывается готовая труба 6, датчик 7 перемещения холодной трубной заготовки 8, датчик 9 перемещения горячей трубной заготовки 10, датчик 11 перемещения готовой трубы, блок 12 определения межстановой вытяжки, первый, второй, третий и четвертый блоки 13, 14, 15, 16 деления с коэффициентом деления два, блок 17 определения суммарной вытяжки, первый блок 18 запаздывания, состоящий из блоков 19, 20, 21 сопровождения, блок 22 определения поперечного шва, второй блок 23 запаздывания, первый и второй вычислительные блоки 24 и 25, задатчик 26 ширины заготовки, задатчик 27 среднего между наружным и внутренним диаметрами готовой трубы.

Предлагаемое устройство может быть реализовано на комплектах технических средств как отечественных, например "Микролат", так и зарубежных, например фирмы "Сименс", ФРГ.

Выходами устройства являются: выход первого вычислительного блока 24, несущий информацию об измеренной толщине стенки трубы на выходе редукционного стана, выход второго вычислительного блока 25, выход блока 22 определения поперечного шва, выходы блоков определения межстановой 12 и суммарной 17 вытяжек используются для регулирования толщины стенки трубы.

Устройство работает следующим образом.

Вся линия агрегата разбита на три зоны сопровождения. Первая зона сопровождения лежит в интервале времени t_o-t₁ (фиг.1) на участке L1 (фиг.2), от измерителя 1 толщины непрерывной штрипсовой заготовки 2 до начала участка активной деформации горячей трубной заготовки 10. Начало участка активной деформации, исходя из опыта прокатки, располагается за последними секциями нагревательной печи 4 и при прокатке разных типоразмеров труб меняется незначительно. Вторая зона сопровождения лежит в интервале времени t₁-t₂ (фиг. 1) на участке L2 (фиг.2) от начала участка активной деформации до датчика 9 перемещения горячей трубной заготовки 10. Третья зона сопровождения лежит в интервале времени t₂-t₃ (фиг.1) на участке L3 (фиг.2) от датчика 9 перемещения горячей трубной заготовки 10 до датчика 11 перемещения готовой трубы 6, расположенного на выходе редукционного стана 5.

Сигналы с датчиков 7, 9, 11 перемещения холодной трубной заготовки 8, горячей трубной заготовки 10 и готовой трубы 6 при прохождении ими заданного путевого дискрета поступают на блоки 15, 13, 14, 16 деления соответственно, коэффициент деления которых равен двум. Первый блок 18 запаздывания, состоящий из трех блоков 19, 20, 21 сопровождения, соединенных между собой таким образом, что информация о толщине заготовки 2 с измерителя 1 продвигается в них от входа к выходу, последовательно переписываясь из предыдущих в последующие элементы памяти и с выхода предыдущего блока на вход последующего. Количество элементов памяти в блоке 19 равно количеству путевых дискретов, укладывающихся в первой зоне, на пути L1, в блоке 20, во второй зоне, на пути L2, в блоке 21, в третьей зоне, на пути L3. Количество элементов памяти второго блока 23 запаздывания равно количеству путевых дискретов, укладывающихся на пути от эквивалентной клети до выхода редукционного стана. Последовательная перепись из предыдущих в последующие элементы памяти в блоке 19 сопровождения происходит по сигналам с датчика 7 перемещения и пропорциональна скорости холодной трубной заготовки на пути L1. Последовательная перепись из предыдущих в последующие элементы памяти в блоке 20 сопровождения происходит по сигналам с блоков 15 и 13 деления и пропорциональна полусумме скоростей трубной заготовки в начале и конце пути L2. Последовательная перепись из предыдущих в последующие элементы памяти в блоке 21 сопровождения и втором блоке 23 запаздывания происходит по сигналам с блоков 14, 16 деления и пропорциональна полусумме скоростей трубной заготовки 10 и готовой трубы 6 в начале и конце пути L3. Таким образом информация о толщине заготовки с измерителя толщины поступает на вход первого блока 18 запаздывания и сопровождается в нем в функции изменения скорости трубной заготовки на линии прокатки от измерителя толщины до выхода из редукционного стана. Выходные сигналы датчиков 7 и 9 перемещения поступают на вход 12 определения межстановой вытяжки. Выходные сигналы датчиков 7, 11 перемещения поступают на входы блока 17 определения суммарной вытяжки, выход которого приходит на входы второго блока 23 запаздывания и второго блока 25 вычислительного. Синхронно с прохождением по агрегату сечения от эквивалентной клети до выхода редукционного стана проходит и информация о толщине заготовки и суммарной вытяжке, появляясь одновременно на выходах блоков 21 и 23 соответственно, поступает на входы первого блока 24 вычислительного. Текущее значение суммарной вытяжки для трубной заготовки, находящейся в данный момент в районе участка регулирования натяжения и информации о толщине заготовки с первого выхода блока 20 поступают на входы второго блока 25 вычислительного. Кроме информации о толщине заготовки на блоки 24 и 25 вычислительные через задатчики 26 и 27 поступают конкретные для данного типоразмера труб значения ширины заготовки 2 и среднего между наружным и внутренним диаметрами готовой трубы. Блок 24 вычислительный определяет фактическую толщину стенки готовой трубы на выходе редукционного стана, а блок 25 вычислительный ожидаемое значение толщины стенки трубы и предназначен для целей регулирования натяжения на межстановом участке. Информация о толщине заготовки с блока 20 сопровождения на блок 22 определения поперечного шва и блок 25 вычислительный поступает с упреждением, т. е. раньше, чем в момент нахождения сопровождаемой информации о толщине заготовки в районе участка регулирования натяжения. Величина этого упреждения зависит от прокатываемого типоразмера трубы и структурного построения регулятора толщины стенки готовой трубы.

Использование дополнительного датчика перемещения горячей трубной заготовки, расположенного перед редукционным станом, блоков деления с коэффициентом деления два, структурный состав первого блока запаздывания и система управления сопровождаемой в нем информации в функции полусуммы скоростей участков трубной заготовки, соответствующих границам зон сопровождения, позволяет существенно уменьшить ошибку определения толщины стенки готовой трубы. Одновременное использование дополнительного блока определения межстановой вытяжки и блока определения поперечного шва создает необходимые предпосылки для качественного регулирования толщины стенки готовой трубы в зоне минусовых допусков. Кроме того блок определения поперечного шва позволяет перевести регулятор вытяжки в режим работы, исключающий порывы трубы на межстановом участке и в редукционном стане. Одновременно точное сопровождение и определение толщины стенки готовой трубы создает условия для создания системы автоматической отбраковки труб с толщиной стенки ниже минусовых допусков, что сокращает производственные затраты на участке отделки труб.