1.4.Оборудование, применяемое при газопламенной обработке
1.4.1.Посты для газопламенной обработки
При газовой сварке и резке используют довольно большую номенклатуру оснастки и оборудования. Большая часть оборудования используется и для сварки, и для резки. Оборудование используется в составе рабочих постов.
Под термином «рабочий пост» понимают рабочее место, где производится газопламенная обработка материалов. Рабочие посты для сварки и резки могут быть передвижными или стационарными.
Передвижной пост используется, как правило, для работ в цехе либо на монтажной площадке. В его состав входят: ацетиленовый генератор либо баллон с горючим газом или бачок для жидкого горючего, баллон с кислородом; предохранительные устройства, редукторы, трубопроводы или шланги, химические очистители ацетилена, перепускные рампы, газоразборные посты и горелки или резаки. Для удобства перемещения передвижного поста допускается установка оборудования на одной тележке. Питание передвижных постов газами выполняется по схемам, представленным на рис. 8.
Стационарный рабочий пост (рис. 9) предназначен для выполнения ручных и механизированных работ в условиях цеха, участка или мастерской.
а)
б)
Рис. 8. Схема питания газами передвижного сварочного поста от баллонов (а) и от ацетиленового генератора (б):
1 – баллон с кислородом; 2 – кислородный редуктор; 3 – баллон с ацетиленом;
4 – рукава; 5 – горелка; 6 – переносной ацетиленовый генератор
Рис. 9. Схема стационарного сварочного поста:
1 – сварочный стол; 2 – крышка;
3 – ящик для хранения материалов;
4 – присадочный материал;
5 – кислородный редуктор;
6 – кислородопровод; 7 – предохранительный затвор; 8, 9 – рукава для подачи ацетилена и кислорода; 10 – экономизатор; 11 – горелка; 12 – ящик для воды; 13 – стул поворотный
Питание газами стационарных постов осуществляется централизованно: газ подаётся по газопроводам к местам потребления. Типовая схема питания ацетиленом и кислородом показана на рис. 10.
Рис. 10. Типовая схема питания стационарных сварочных постов:
1 – центральный групповой затвор; 2 – шкаф ввода ацетилена; 3 – газоразборный пост ацетилена; 4 – газоразборный пост кислорода; 5 – газопровод кислорода;
6 – ацетиленовые запорные вентили; 7 – кислородные запорные вентили;
8 – сбросной вентиль ацетилена; 9 – сбросной вентиль кислорода; 10 – газопровод ацетилена; 11 – сбросной газопровод кислорода; 12 – сбросной газопровод ацетилена
1.4.2.Ацетиленовые генераторы
Ацетиленовым генератором называется устройство, служащее для получения ацетилена путем разложения карбида кальция с водой. По ОСТ 26-05-350-89 генераторы классифицируются по следующим признаками и системам:
- способу применения – передвижные с производительностью от 0,5 до 3 м3/ч; стационарные с производительностью от 5 до 160 м3/ч;
- давлению вырабатываемого ацетилена – низкого давления до 0,1 кг/см2; среднего давления от 0,1 до 0,7 кг/см2 и от 0,7 до 1,5 кг/см2;
- производительности: генераторы изготовляют на 0,5; 0,75; 1,25; 2,5; 3; 5; 10; 20; 40; 80 и 160 м3/ч ацетилена;
- способу взаимодействия карбида кальция с водой: системы «КВ» – карбид в воду; «ВК» – вода на карбид; «ВВ» – вытеснение воды; «ПК» – погружения карбида; «С» – сухого типа. Часто применяют генераторы комбинированной системы, например, ВК+ВВ.
«КВ» – по этой системе вода в зоне реакции находится в постоянном количестве, а подача карбида дозируется. Генераторы этой системы имеют высокий коэффициент полезного использования карбида кальция и производят хорошо охлажденный промытый газ, но требуют большого расхода воды. Этим объясняются довольно большие размеры генератора и большое количество отходов – жидкого ила. Генераторы этой системы чаще применяют в качестве стационарных.
«ВК» – генераторы этой системы просты по конструкции, удобны в эксплуатации, требуют небольшого расхода воды, могут работать с карбидом кальция различной грануляции. Это генераторы передвижного типа. Недостатком является возможность перегрева ацетилена и неполного разложения карбида кальция.
«ВВ» – генераторы этой системы надежны и удобны в работе, но склонны к перегреву газа при внезапном прекращении его отбора. Поэтому эти генераторы изготавливают производительностью до 10 м3/ч.
«ПК» – генераторы этой системы в настоящее время сняты с производства из-за опасности перегрева карбида кальция в заряднике.
Наиболее часто выпускаются генераторы комбинированной системы «ВК+ВВ», так как они имеют достоинства обеих систем, а недостатки этих систем в их комбинации уменьшаются. Эти генераторы, как правило, передвижного типа.
«С» – генераторы «сухого типа» изготавливают для крупных стационарных установок получения ацетилена. Схемы основных систем ацетиленовых генераторов приведены на рис. 11.
К конструкциям ацетиленовых генераторов предъявляются следующие требования:
- высокий коэффициент использования карбида (0,85 – 0,98);
- автоматическая регулировка количества вырабатываемого ацетилена в зависимости от его потребления;
- возможность применения карбида кальция широкого диапазона грануляции;
- хорошее охлаждение воды и карбида кальция (не выше 80 С в зоне реакции), ацетилена (не выше 115 С в зоне реакции и не выше более чем на 15 С температуры окружающего воздуха на выходе из генератора);
- возможность продувки всех газовых объемов генератора от остатков воздуха до заполнения их ацетиленом;
- взрывобезопасность и наличие предохранительного устройства, ограничивающего давления газа в пределах установленного для данного типа генератора;
- наличие предохранительного затвора;
- минимальная масса и габариты (для передвижных генераторов).
а) б) в)
г) д)
Рис. 11. Схемы основных систем ацетиленовых генераторов «карбид в воду» (а), «вода на карбид» (б), «погружения карбида» (в),
«вытеснение воды» (г) и «сухого типа» (д):
1 – карбид кальция; 2 – вода
Рассмотрим несколько конструкций ацетиленовых генераторов, технические характеристики которых приведены в табл. 21.
При выполнении различного рода строительно-монтажных, сантехнических работ, ремонтных работ в полевых условиях широко используют передвижные генераторы низкого и среднего давления. Из серии генераторов низкого давления используют генераторы МГ, АНВ, АСМ, АСП, ГНВ, АНД.
Таблица 21
Технические характеристики некоторых ацетиленовых генераторов
Марка генератора |
Система генератора |
Производитель-ность, м3/ч |
Рр, МПа |
КПД СаС2, % |
Масса СаС2, кг |
Вес, кг |
|
Передвижные генераторы |
|||||||
РА |
ВК |
1 |
0,014 |
86 |
2 |
50 |
|
МГ-55 |
ВК |
2 |
0,035 |
90 |
2,5 |
65 |
|
АСМ-1,25 |
ВВ |
1,25 |
0,7 |
92 |
2,2 |
18 |
|
АСП-1,25 |
ВВ |
1,25 |
0,7 |
92 |
2,2 |
18 |
|
ГСД-5 |
ВВ |
5 |
0,2 |
86 |
40 |
270 |
|
ГНВ-1,25 |
ВК+ВВ |
1,25 |
0,023 |
94 |
4 |
42 |
|
ГВР-1,25М |
ВК+ВВ |
1,25 |
0,3 |
86 |
4 |
56 |
|
АНВ-1,25 |
ВК+ВВ |
1,25 |
0,003 |
90 |
4,0 |
42 |
|
ГВР-3 |
ВК+ВВ |
3 |
0,3 |
86 |
4 |
110 |
|
ГВД-08 |
ПК+ВВ |
0,8 |
0,3 |
85 |
2 |
19,5 |
|
АНД-1 |
ВК+ВВ |
2 |
0,003 |
85 |
2х3,5 |
62 |
|
МГВ-0,8 |
ВВ |
1,25 |
0,3 |
85 |
2 |
19 |
|
Стационарные генераторы |
|||||||
АСК-1 |
Вв+ВК |
5 |
0,07 |
97 |
8 |
176 |
|
АСК-3 |
Вв+ВК |
10 |
0,15 |
97 |
16 |
154 |
|
АСК-4 |
Вв+ВК |
10 |
0,07 |
97 |
8 |
145 |
|
АСР-2 |
ВК+С |
20 |
1,5 |
98 |
80 |
130 |
|
ГРК-10 |
ВК |
10 |
0,7 |
88 |
20 - 25 |
820 |
|
ГРК-20 |
ВК |
20 |
0,7 |
88 |
20 - 25 |
750 |
|
ГПГ-20 |
КВ |
20 |
0,9 |
96 |
150 |
690 |
|
ГПГ-35 |
КВ |
35 |
1,4 |
96 |
150 |
750 |
|
ГНД-35 |
КВ |
35 |
0,025 |
92 |
200 |
660 |
|
ГНД-40 |
КВ |
40 |
0,06 |
92 |
300 |
1199 |
|
ГНД-80 |
КВ |
80 |
0,08 |
92 |
600 |
2873 |
|
«Автогенд‑М» |
КВ |
50 |
0,7 |
99 |
600 |
1300 |
|
Генераторы для переработки карбидной пыли и мелочи |
|||||||
ГМК-10 |
КВ |
10 |
0,7 |
96 |
40 |
65 |
|
Генератор АНВ-1,25 низкого давления работает по системе «ВК» в сочетании с системой «ВВ». Он является одноретортным, однопостовым генератором прерывистого действия, может быть использован на монтажных работах при температуре до –25 С, так как система подачи воды расположена внутри корпуса, вода в котором нагревается за счет тепла реакции разложения карбида кальция. Схема генератора АНВ-1,25 приведена на рис. 12.
Корпус генератора разделен перегородкой на две части. В нижнюю часть корпуса вварена реторта, в которую вставляется корзина с карбидом и герметически закрывается крышкой с резиновой прокладкой. Генератор заполняется водой через верхнюю открытую часть корпуса. Затем открывается кран, и вода из корпуса начинает поступать в реторту, заполняя ее и смачивая карбид. Ацетилен по отводящей трубке выходит из реторты и собирается под перегородкой в нижней части корпуса, откуда через осушитель и водяной затвор по шлангу поступает в горелку. Вода в реторту поступает до тех пор, пока уровень воды в корпусе не станет ниже крана. Часть воды из реторты вытесняется ацетиленом в камеру вытеснения, что замедляет газовыделение в реторте и нарастание давления ацетилена в генераторе. По мере расходования газа его давление снижается, уровень воды в корпусе генератора вновь поднимается до крана, и вода вновь начинает поступать в реторту. Таким образом, процесс разложения карбида и выделение из него газа в реторте регулируется автоматически, в соответствии с отбором ацетилена из генератора. Водяной затвор может находиться как внутри генератора (в зимнее время), так и снаружи его (в летнее время). Осушитель летом загружается кусками кокса, а зимой – в нижней половине коксом, в верхней – карбидом кальция.
Г
Рис. 12. Схема
генератора АНВ-1,25:
1 – корпус
генератора; 2 – горизонтальная
перегородка; 3 – конусообразный сосуд;
4 – водяной затвор; 5 – осушитель;
6 – контрольный кран; 7 – реторта;
8 – корзина с карбидом; 9 – циркуляционная
труба; 10 – газоотводящая трубка; 11 –
шланг отвода газа в горелку
Генератор АНД-1 имеет ту же конструкцию и схему действия, что и генератор ГНВ-1,25. Отличием является наличие двух реторт для карбида, что снижает затраты времени на перезарядку генератора.
Рис. 13. Схема генератора ГНВ:
1 – контрольный кран; 2 – водяной затвор; 3 – сосуд-конус; 4 – воронка; 5 – кран;
6 – резиновый шланг; 7 – газовая трубка; 8 – корпус; 9 – перегородка корпуса;
10 – газоотводная труба; 11 – кран; 12 – шланг подачи воды; 13 – реторта;
14 – корзина
а) б)
Рис. 15. Внешний вид (а) и разрез (б) генератора АСМ-1,25-3:
1 – промыватель; 2 – шланг; 3 – клапан предохранительный; 4 – газообразователь; 5 – верхнее днище; 6 – корзина; 7 – крышка; 8 – винт; 9 – рычаг; 10 – шахта; 11 – стакан контрольный кран; 12 – трубка; 13 – водяной затвор; 14 – манометр-тарелка; 15 – ручки
Совершенствование технологии сварочных работ и необходимость более устойчивой работы горелок привело к тому, что потребовался ацетилен более высокого давления. Это вызвало необходимость разработки серии ацетиленовых генераторов среднего давления, таких как ГВР, АСМ, АСВ, АСП.
Генератор ГВР – среднего давления, работает по системе «ВК» в сочетании с «ВВ». Он является однопостовым генератором прерывистого действия. Схема генератора ГВР-1,25 приведена на рис. 14.
Генератор АСМ-1,25 среднего давления работает по системе «ВВ». Он является однопостовым генератором прерывистого действия, может быть использован на монтажных работах. Схема генератора АСМ-1,25-3 приведена на рис. 15.
Корпус генератора состоит из двух частей: промывателя и газообразователя. К газообразователю приварено верхнее днище с горловиной, через которую вставляется корзина с карбидом кальция, закрепляемая на крышке. Крышку к горловине прижимают рычагом и винтом. Между корпусом и шахтой находится газовая подушка, необходимая для работы по системе «вытеснения воды» ацетиленом. Газ отводится по трубке, на которую сверху надет стакан, предотвращающий попадание в промыватель пены и известкового ила. Нижний конец газоотводящей трубки опущен в воду промывателя. При опускании корзины с карбидом кальция в шахту и закрытии крышки вода смачивает карбид, образующийся ацетилен по трубке проходит через слой воды в промыватель, охлаждается и через клапан идет в водяной затвор, а затем в горелку. В верхней части генератора установлен манометр рабочего давления. В зимнее время на генератор надевают утепляющий чехол.
Генератор АСП-1,25 представляет собой вертикальный цилиндрический сосуд. Корпус генератора состоит из трёх частей: верхней – газообразователя, средней – вытеснителя и нижней - промывателя. Воду заливают в газообразователь через горловину. При достижении уровня переливной трубки вода по ней переливается в промыватель, который заполняется до уровня контрольной пробки. Уплотнение между крышкой и горловиной обеспечивается мембраной усилием, создаваемым винтом через траверсу. Образующийся ацетилен поступает в промыватель, проходя через слой воды, охлаждается и промывается. Из промывателя ацетилен через вентиль предохранительного клапана поступает в предохранительный затвор и далее к горелке или резаку. По мере повышения давления в газообразователе пружина сжимается, в результате чего корзина перемещается вверх, а вода вытесняется в вытеснитель. В результате выработка ацетилена ограничивается и повышение давления прекращается. В генераторе АСП-1,25 может быть применен предохранительный затвор сухого действия, а вместо манометра – датчик расхода газа. Схема генератора АСП-1,25 приведена на рис. 16.
Для снабжения ацетиленом нескольких сварочных постов по трубопроводу, а также для получения большого количества растворенного ацетилена служат стационарные многопостовые генераторы. Они имеют большую производительность, и на их базе сооружаются установки для производства ацетилена.
Стационарные генераторы «мокрого типа» имеют довольно большие вес и габариты. Для хранения и транспортировки жидкого ила требуются иловые ямы, насосы, цистерны. К подобным генераторам относятся серии АСК, ГРК, ГПГ, ГНД. Эти генераторы применяют в установках УСН-1, УСН-2, АС-40, АС-80 и АС-160.
Генераторы «сухого типа» серии АСР более экономичны, имеют гораздо меньшие вес и габариты. У генераторов «сухого типа» больший КПИ карбида кальция, вследствие уменьшения относительных потерь ацетилена с жидким известковым илом, а также большая производительность. В качестве отходов получается не жидкий ил, а так называемая пушонка - гашеная известь, которая используется на химических предприятиях. Такие генераторы входят в состав установок серии УАС.
Генератор АСК-1 - стационарный среднего давления, двухретортный, непрерывного действия работает по системе «ВК+ВВ». Реторты работают поочередно, когда одна находится в работе, другая перезаряжается. Генератор работает при температуре не ниже –5 С. Схема устройства стационарного генератора АСК-1 приведена на рис. 17.
Рис. 16. Схема генератора АСП-1,25:
1,6 – сливной штуцер; 2 – контрольная пробка; 3 – переливная трубка;
4 – предохранительный клапан; 5 – корпус генератора; 7 – предохранительный затвор; 8 – корзина; 9 – манометр; 10 – пружина; 11 – мембрана; 12 – крышка; 13 – винт; 14 – траверса; 15 – шланг
Рис. 17. Схема устройства стационарного генератора АСК-1:
1 – газосборник; 2 – реторты; 3 – манометр; 4 – обратный газовый клапан;
5 – водяной затвор; 6 – влагосборник
Генераторы серии ГРК – стационарные генераторы среднего давления работают по системе «ВК». Генератор состоит из двух горизонтальных цилиндрических газосборников и двух реторт. Для охлаждения зоны, где протекает реакция разложения карбида кальция, реторты помещены в заполняемую проточной водой гильзу. В каждую реторту вставляются по два загрузочных ящика с карбидом. Вода в реторты подводится по водопроводу через пружинно-мембранный регулятор. При повышении давления до 0,95 атм регулятор автоматически прекращает, а при падении давления до 0,85 атм – возобновляет подачу воды в реторты. Выделяющийся ацетилен по газоотводящей трубе проходит через обратный клапан в нижний газосборник, где промывается, а затем через регулятор давления и водяной предохранительный затвор направляется в сеть. Генератор снабжен пультом управления, на котором размещены манометры и водораспределительные краны. После разложения карбида кальция в одной из реторт вода автоматически переливается в другую реторту. Спустя 8-10 мин после начала работы второй реторты первую отключают и открывают для промывки и загрузки новой партией карбида. Передвижная тележка служит для промывки загрузочных ящиков, вынимаемых из реторт. Схема устройства генераторов серии ГРК показана на рис. 18.
Рис. 18. Схема устройства генераторов серии ГРК:
1,3 – газосборник; 2 – предохранительный затвор; 3 – газовые клапаны; 4 – пульт управления; 5 – загрузочный ящик; 6 – обратный клапан; 7 – газоотводная труба;
8 – регулятор давления; 9 – пружинно-меммбранный регулятор; 10 – промывочная тележка; 11 – загрузочные ящики; 12 – реторты
Генераторы серии ГНД – стационарные генераторы низкого давления, работают по системе «КВ». Схема устройства генераторов серии ГНД показана на рис. 19.
Генераторы серии АСР – стационарные, предназначены для получения ацетилена среднего давления и работают по системе «ВК+С». Ацетилен получается в газообразователе, в котором вращается наполовину перфорированный конусный барабан. С помощью переносного бункера в барабан загружается карбид кальция. Вода подается из бачков, попеременно питающих газообразователь. В каждый бачок вода заливается в количестве, необходимом для одной загрузки карбида кальция. Через регулятор подачи воды она поступает в газообразователь. Пушонка шнеком удаляется из генератора в сменный бачок. Барабан и шнек вращаются от электродвигателя. Ацетилен из газообразователя через фильтр, где задерживаются уносимые газом частицы извести, поступает в холодильник, в котором конденсируются водяные пары и поглощаются растворенные в воде примеси. Ацетилен охлаждается до температуры 35 С. Газгольдер, являющийся резервной емкостью, предназначен для обеспечения непрерывной подачи ацетилена в сеть при загрузке генератора. Обратный клапан препятствует поступлению ацетилена в газообразователь. Постоянное давление в сети поддерживается регулятором давления газа, из которого ацетилен, проходя через водяной затвор и влагосборник, поступает на потребление. Схема ацетиленового генератора АСР-2 показана на рис. 20.
Рис. 19. Схема устройства генераторов серии ГНД:
1 – карбидный бункер; 2 – загрузочное устройство; 3 – газообразователь;
4 – гидрозатвор; 5 – клапан для слива жидкого ила; 6 – промыватель
Для современных стационарных установок применяют механизированные и автоматизированные генераторы. В качестве примера рассмотрим конструкцию генератора «Автогенд-М».
Генератор «Автогенд-М» – стационарный, среднего давления работает по системе «КВ» с использованием карбида любой грануляции (без отсева пыли). Карбид загружается из барабана, в котором он хранился, в генератор пневмопогрузчиком. Пневмопогрузчик поворачивает и устанавливает барабан на горловину приемного бункера. Из бункера карбид кальция закрытым транспортером подается в генератор. Движение ленты транспортера включается автоматически в момент снижения давления ацетилена в генераторе до установленного предела. В этот момент пневмоцилиндр управляет включением транспортера.
Одновременно с началом движения ленты транспортера открывается конусный затвор и в душевое устройство пускается вода, смачивающая карбидную пыль и куски карбида. С достижением в генераторе необходимого давления ацетилена пневмоклапан прекращает подачу воздуха в систему автоматики. При снижении давления ацетилена процесс повторяется. Нерастворимые в воде примеси сбрасываются в специальную корзину. Генератор снабжен системой продувки магистралей углекислотой или азотом и выброса смеси этих газов в атмосферу. Все управление генератором дистанционное и сосредоточено на щите управления, который, кроме автоматики, оборудован также устройствами для ручного управления генератором. Схема механизированного ацетиленового генератора «Автогенд-М» приведена на рис. 21.
Карбидная пыль и мелочь при соприкосновении с водой разлагаются почти мгновенно. В обычных генераторах теплота, выделяющаяся при разложении мелкого карбида и карбидной пыли, не может достаточно быстро поглощаться охлаждающей водой. Это приводит к тому, что образующийся известковый ил, ацетилен и остаток неразложившейся пыли значительно перегреваются (до 400 С и выше). При повышенном давлении или присутствии воздуха в ацетилене такой перегрев связан с опасностью взрыва ацетилено-воздушной смеси. Поэтому при разложении карбидной пыли необходимо в зоне реакции иметь некоторый избыток воды и обеспечить ее интенсивное перемешивание, особенно вблизи поверхности ее контакта с карбидом, что способствует удалению образующейся известковой пены и улучшает взаимодействие карбида и воды.
Этот принцип положен в основу конструкции ацетиленовых генераторов для переработки карбидной пыли. Карбидная пыль загружается в верхний бункер, из которого через клапан пересыпается в нижний бункер. Шнеком пыль из бункера подается в шахту генератора, попадает в воду и интенсивно перемешивается лопастной мешалкой.
Вода непрерывно поступает в резервуар и, сливаясь через воронку, смывает вниз падающие из шнека частицы пыли. Более крупные частицы задерживаются на решетках. Жидкий известковый ил непрерывно сливается через сифонную трубку. Более густой ил и ферросилиций периодически спускаются через кран в иловую яму. Для дополнительного перемешивания ила служит еще одна мешалка. В состав генератора входит водяной затвор, который служит для слива избытка воды и предохранения от резкого повышения давления газа в генераторе. Избыточный газ выпускается в газосборник. По подобной схеме работают генераторы серии ГМК.
Генератор ГМК-10 среднего давления, работает по системе «КВ». Схема ацетиленового генератора ГМК-10 приведена на рис. 22.
Рис. 22. Схема ацетиленового генератора ГМК-10:
1 – корпус генератора; 2 – верхнее днище; 3 – шнек; 4 – конический бункер;
5 – храповое колесо загрузочного приспособления; 6 – собачка храпового механизма; 7 – мембранный пневмопривод; 8 – мембранный регулятор; 9 – тяга мешалки; 10 – собачка храпового механизма мешалки; 11 – храповое колесо мешалки;
12 – регулятор давления газа; 13 – промыватель; 14 – предохранительный затвор; 15 – влагосборник