專利名稱：軟帶式電磁感應加熱器的制作方法
技術領域：
本發明是一種管道工程中對口焊接的軟帶式電磁感應加熱器。涉及管道系統技術 領域。
背景技術：
在石油天然氣長輸管道施工過程中，焊接是關鍵環節，焊接質量直接影響到產品 的使用壽命和安全性。為降低焊接殘余應力，防止焊縫冷裂紋發生，采用高強度低合金材料 的鋼管道焊接前，對焊口進行預熱是保證焊接質量的重要工藝措施。目前，在野外石油天然氣長輸管道安裝過程中，對鋼管焊口預熱有以下幾種方 式(1)火焰加熱使用石油液化氣，通過環型加熱器產生火焰直接對焊口加熱，這種 方式不僅受外界氣候干擾影響大，預熱升溫效率低、加熱溫度不均勻，容易在焊口部位產生 結炭，影響焊接質量和工效；另外還需配置運輸大量可燃液化氣瓶，跟隨施工移動作業，增 加了施工成本；(2)電阻加熱采用剛性不銹鋼軟帶材料作為純電阻負載，將剛性不銹鋼軟帶包 裹在焊口部位，通電轉化為熱能，靠熱能傳導于鋼管表面，逐步使焊口部位金屬發熱；這種 電加熱方式不僅升溫效率低、有部分熱量流失，且加熱溫度內外不均勻；(3)中頻感應加熱通過中頻電源將工頻50Hz交流電變為500-20000HZ中高頻 交流電，中高頻交流電通入加熱線圈產生交變磁場集中作用在被加熱管口部位金屬感生出 交變渦旋電流，利用感應渦流的熱效應使管口加熱；這種方式，具有速度快、效率高、加熱均 勻、無環境污染、易于實現自動化的優點。此前，在國內外石油天然氣長輸管道安裝過程中，雖然有采用中頻感應加熱替代 火焰加熱、電阻加熱；對鋼管焊口預熱中頻感應加熱應用的嘗試。對管口電磁感應加熱器 設計，使用最簡單的加熱方法是把電纜線纏繞于管口處，作為感應加熱圈，兩端與中頻電源 接通，進行加熱。方法簡單，但線圈外露，與鋼管外壁直接接觸，容易受損引發漏電，不符合 管線施工規范。特別是加熱圈在現場纏繞安裝、拆卸很不方便。另一種制作環形橋架，將電 纜線纏繞在橋架上作為感應加熱圈，通過安裝在橋架上的觸頭開關實現開合和電連接。如 中國石油天然氣管道局第三工程公司于2008年申請的“開合式電磁感應加熱器”(申請號 200820221109. 8)。開合式電磁感應加熱器實現了感應加熱圈與鋼管外壁分離，操作方便， 安全可靠。但對于大口徑管道，如西氣東輸二線的直徑1219mm鋼管，框架重量達40kg，給感 應加熱器在施工現場的移位，安裝，操作，拆卸就帶來很多不便。綜上所述，目前，應用在野外長輸油氣管道施工焊口預熱的加熱設備技術，都存在 一些不足。中頻感應加熱因在工件整個截面都有感應加熱電流，內部溫度梯度小，最熱區域 在工件表面下方，熱量在金屬內部快速傳導，因此，在技術原理上具有明顯優勢。但在野外 長輸油氣管道施工焊口預熱中，因受外界施工條件限制，不同于工廠內，對加熱器提出了特 殊的要求，目前尚不能完全滿足。
發明內容
本發明的目的是發明一種適應野外施工環境條件、滿足長輸油氣管道焊接預熱要 求、使用安全、操作方便、減輕勞動強度、加熱速度快、效率高的軟帶式電磁感應加熱器。針對將電纜線纏繞在橋架上作為感應加熱圈，通過安裝在橋架上的觸頭開關實現 開合和電連接這種環形橋架開合式電磁感應加熱器存在的不足，本發明采用高頻軟電纜5 外包裹耐高溫絕緣纖維7和高溫阻燃布8，按鋼管直徑不同，制成不同規格的加熱軟帶1，在 加熱軟帶1兩端安裝特制的電連接器2，使高頻軟電纜5形成螺旋線加熱圈，中頻電源輸出 電流與螺旋線兩端接通對管口加熱。本發明的結構如圖1所示，由軟帶1、電連接器2、電連接器開合機構3、快速接頭插 座4、高頻軟電纜5、護套6、絕緣隔熱纖維7和耐高溫阻燃布8等組成。內有多根高頻軟電纜5的軟帶1兩端各連接有電連接器開合機構3的電連接器2， 多根高頻軟電纜5通過電連接器2中的快速接頭插座4成螺旋狀連接為加熱圈本體，最后 形成向外的兩個快速接頭插座4接中頻電源。電磁感應線圈、耐高溫絕緣隔熱材料、高溫阻 燃布制成的軟帶1及電連接器2 —同彎曲套裝包裹在鋼管9外焊口部位使用。這里軟帶1的結構見圖2，軟帶1中的高頻軟電纜5是經平面繞制的弧狀螺旋線電磁感 應線圈；高頻軟電纜5有多股細銅絲外加一層云母和外包耐高溫硅橡膠護套6制成，線圈外 包裹耐高溫絕緣隔熱纖維7和耐高溫阻燃布8 ；電連接器2結構見圖3-圖5，電連接器2采用承插結構，它分左右兩個殼體110、 殼體II 13和電連接器開合機構(3)，在左殼體I 10、右殼體II 13上安裝有電連接器開合 機構3和快速接頭插座4 ；數量相等的多個快速接頭插座4并排固連在左殼體I 10、殼體 II 13上，且相錯一個后再一一相對；左殼體I 10俯視為“工”字形，即與內有公母觸頭I 11的平板的兩端各垂直固連一塊邊板，且該兩邊板與公母觸頭I 11平行；右殼體II 13俯 視也為“工”字形，即與內有公母觸頭II 12的平板的兩端各垂直固連一塊邊板，且該兩邊 板與公母觸頭II 12平行，邊板為偏梯形，在兩邊板右上端(以圖4中所示方向)由固定把 手(19)固連；兩殼體I 10、殼體II 13采用耐高溫絕緣材料聚銑亞胺壓鑄成形，在壓鑄殼 體時分別將錐形公母觸頭I 11和公母觸頭II 12澆鑄在殼體內；為了便于更換也可將殼體 加工成套裝孔，將公母觸頭I 11和公母觸頭II 12推入鎖緊安裝在殼體I 10、殼體II 13 上；公母觸頭I 11和公母觸頭II 12與高頻軟電纜5采用釬焊壓接；如圖4和圖5所示，電連接器開合機構3是凸輪機構和導桿平移機構的組合，它由 凸輪14、活動把手15、固定導桿16、導套17、固定銷18、固定把手19組成；三角形兩凸輪14 的一角各由銷軸轉動連接在殼體I 10兩邊板外，凸輪14的中部有弧形孔，另一角有圓孔與 活動把手15的兩腿轉動連接；活動把手15成“II”字形，其兩腿下端有與固定導桿16滑動 配合的導套17，導套17右端有固定銷18穿插，往上有插入凸輪14中部弧形孔的插銷，再往 上有與凸輪14另一角圓孔轉動連接的銷軸，上端為把手；固定導桿16固連在與導套17相 對的左殼體I 10上，插入導套17與之滑動配合；其中的凸輪14為直角三角形板，其直角和一銳角處有圓孔，中部有弧形孔；導套17是一凹槽；
當左右兩個殼體I 10、殼體II 13對接，固定導桿16對準導套17插入，通過活動 固定把手19使凸輪14旋轉帶動導套17在固定導桿16上往復平移，快速接頭插座4開合， 固定導桿16驅動右殼體II 13上的固定銷18使電連接器2開合；再推動右殼體II 13上 通過側板連接的固定把手19，可將右殼體II 13上的固定銷18移至于導套17的凹槽，這 樣，操動固定把手19不僅能將軟加熱帶套拉緊，而且能將軟加熱帶方便的鎖定并緊貼在管 道9外壁；如圖4所示，中頻電源傳輸電纜通過安裝在電連接器2上的快速插座4與高頻軟 電纜5連接，供安裝在軟帶1中的電磁感應線圈通電；電連接器2上的快速接頭插座4給軟 帶1電磁感應加熱器輸入交變電流。可見，本發明采取了以下技術措施(1)該電磁感應加熱器采用高頻軟電纜，外包裹耐高溫絕緣材料制作成加熱圈本 體，加熱圈本體外套耐高溫阻燃布，外形如一條軟帶；軟加熱帶不僅重量輕，而且在管口安 裝非常方便；(2)該電磁感應加熱器，根據鋼管直徑不同，制成不同長度規格的軟加熱帶；軟加 熱帶套裝包裹在焊口部位后，通過電連接器2連接高頻軟電纜，使高頻軟電纜在鋼管外彎 曲成螺旋線圓圈；(3)該電磁感應加熱器在高頻軟電纜兩端安裝特制的電連接器2，電連接器2采用 承插結構，固定安裝在耐溫絕緣體內，插針、插空與外界絕緣，電接觸穩定可靠、推拉插拔柔 和、使用安全；(4)該電磁感應加熱器安裝的電連接器2，設置的高強鋁側板，使電連接器在鋼管 9外壁保持相對固定；電連接器2側板外設置有固定把手19，活動操作把手17，借助固定把 手19能夠準確的將軟加熱帶套裝包裹在焊口部位；與活動操作把手17組合的凸輪平移機 構，不僅能將軟加熱帶套拉緊，而且能將軟加熱帶鎖定緊貼在鋼管外壁；(5)該電磁感應加熱器線圈環狀螺旋線繞制，并置于耐高溫絕緣材料制成軟帶內， 線圈磁力線集中作用于管道焊口，避免了無斷點平面繞制軟帶線圈本身發熱量大，熱效率 降低。本發明由于采用了上述技術方案，新型軟帶式電磁感應加熱器其加熱器線圈環狀 螺旋線繞制，并置于耐高溫絕緣材料制成軟帶內，安裝的電連接器2實現了線圈環狀螺旋 線繞制并使操作簡單化，本發明的優點是1.可根據鋼管直徑和加熱寬度不同，制成不同長度和寬度的軟加熱帶，重量輕，不 易破損，攜帶方便；2.線圈置于耐高溫絕緣材料制成軟帶內具有保溫作用，避免了外界氣溫對加熱效 果的影響；同時既保證了操縱者的使用安全，又給加熱器在管道焊口安裝帶來了方便，大大 小減輕了勞動強度；3.電磁感應加熱器安裝的電連接器實現了線圈環狀螺旋線繞制；環狀線圈緊貼 在鋼管外壁，使加熱器磁力線集中作用于管道焊口部位，線圈導體產生磁場的集膚效應、環 效應、臨近效應最大化，使設備節能，預熱一道直徑 1219mm壁厚18. 4mm焊口，電源輸出功 率30kw，焊口升溫速度達到60°C /min，預熱工效比原加熱器成倍提高；4.電磁感應加熱器安裝、操作簡便，在直徑61219mm管道安裝只需2min，勞動強度大幅度降低。 可見，本發明達到在鋼管上安裝、拆卸操作方便，使用安全可靠，解決了現有中頻 感應加熱技術在大口徑長輸油氣管道焊接預熱施工中的不足，滿足工程高效焊接施工的需要。
圖1軟帶電磁感應加熱器結構圖
圖2軟帶結構斷面圖
圖3電連結器結構俯視圖
圖4電連結器結構側視圖(閉合狀態)
圖5電連結器結構側視圖(開啟狀態)
其中1-軟帶2-電連接器
3-電連接器開合機構4-快速接頭插座
5-高頻軟電纜6_護套
7-絕緣隔熱纖維8-耐高溫阻燃布
9-管道10-殼體I
11-公母觸頭I12-公母觸頭II
13-殼體II14-凸輪
15-活動把手16-固定導桿
17-導套18-固定銷
19-固定把手
具體實施例方式實施例.本例是一試驗的軟帶電磁感應加熱器樣機，并在某施工現場的 O 1219mm、壁厚18. 4mm管線上進行了試驗。本例的結構如圖1所示，由軟帶1、電連接器2、電連接器開合機構3、快速接頭插座 4、高頻軟電纜5、護套6、絕緣隔熱纖維7和耐高溫阻燃布8等組成。內有四根高頻軟電纜5的軟帶1兩端各連接電連接器2，多根高頻軟電纜5通過電 連接器2中的快速接頭插座4成螺旋狀連接為加熱圈本體，最后形成向外的兩個快速接頭 插座4接中頻電源。電磁感應線圈、耐高溫絕緣隔熱材料、高溫阻燃布制成的軟帶1及電連 接器2 —同彎曲套裝包裹在鋼管9外焊口部位使用。其中軟帶1的結構見圖2，軟帶1中的高頻軟電纜5是經平面繞制的弧狀螺旋線電磁感 應線圈；高頻軟電纜5有多股細銅絲外加一層云母和外包耐高溫硅橡膠護套6制成，線圈外 包裹耐高溫絕緣隔熱纖維7和耐高溫阻燃布8，該軟帶可防止線圈在高溫、大電流作用下發 生線圈匝間短路燒毀和使用時對鋼管10的絕緣；電連接器2結構見圖3-圖5，電連接器2采用承插結構，它分左右兩個殼體I 10、 殼體II 13和電連接器開合機構(3)，在左殼體I 10、右殼體II 13上安裝有電連接器開合 機構3和快速接頭插座4 ；數量相等的四個快速接頭插座4并排固連在左殼體I 10、殼體II 13上，且相錯一個后再一一相對，即三對快速接頭插座4對接，左右最外各空一個，作為 電源接入的快速接頭插座4;左殼體I 10俯視為“工”字形，即與內有公母觸頭I 11的平 板的兩端各垂直固連一塊邊板，且該兩邊板與公母觸頭I 11平行；右殼體II 13俯視也為 “工”字形，即與內有公母觸頭II 12的平板的兩端各垂直固連一塊邊板，且該兩邊板與公母 觸頭II 12平行，邊板為偏梯形，在兩邊板右上端(以圖4中所示方向)由固定把手(19) 固連；兩殼體I 10、殼體II 13采用耐高溫絕緣材料聚銑亞胺壓鑄成形，在壓鑄殼體時分別 將錐形公母觸頭I 11和公母觸頭II 12澆鑄在殼體內；為了便于更換也可將殼體加工成套 裝孔，將公母觸頭I 11和公母觸頭II 12推入鎖緊安裝在殼體I 10、殼體II 13上；公母 觸頭I 11和公母觸頭II 12與高頻軟電纜5采用釬焊壓接；如圖4和圖5所示，電連接器開合機構3是凸輪機構和導桿平移機構的組合，它由 凸輪14、活動把手15、固定導桿16、導套17、固定銷18、固定把手19組成；三角形兩凸輪14 的一角各由銷軸轉動連接在殼體I 10兩邊板外，凸輪14的中部有弧形孔，另一角有圓孔與 活動把手15的兩腿轉動連接；活動把手15成“II”字形，其兩腿下端有與固定導桿16滑動 配合的導套17，導套17右端有固定銷18穿插，往上有插入凸輪14中部弧形孔的插銷，再往 上有與凸輪14另一角圓孔轉動連接的銷軸，上端為把手；固定導桿16固連在與導套17相 對的左殼體I 10上，插入導套17與之滑動配合；其中的凸輪14為倒角的直角三角形板，其直角和一銳角處有圓孔，中部有弧形 孔；導套17是一凹槽；如圖4所示，中頻電源傳輸電纜通過安裝在電連接器2上的快速插座4與高頻軟 電纜5連接，供安裝在軟帶1中的電磁感應線圈通電；電連接器2上的快速接頭插座4給軟 帶1電磁感應加熱器輸入交變電流。本例在工作時，電源輸出功率30kw，焊口升溫速度達到60°C /min，在直徑 小1219mm管道安裝只需2min，預熱工效比原加熱器成倍提高。本電磁感應加熱器安裝、操 作簡便，勞動強度大幅度降低。
權利要求
一種管道工程中對口焊接的軟帶式電磁感應加熱器，包括感應加熱圈，其特征是采用高頻軟電纜(5)外包裹耐高溫絕緣纖維(7)和高溫阻燃布(8)，按鋼管直徑不同，制成不同規格的加熱軟帶(1)，在加熱軟帶(1)兩端安裝特制的電連接器(2)，使高頻軟電纜(5)形成螺旋線加熱圈，中頻電源輸出電流與螺旋線兩端接通對管口加熱。
2.根據權利要求1所述的軟帶式電磁感應加熱器，其特征是內有多根高頻軟電纜(5) 的軟帶(1)兩端各連接電連接器(2)，多根高頻軟電纜(5)通過電連接器(2)中的快速接頭 插座(4)成螺旋狀連接為加熱圈本體，最后形成向外的兩個快速接頭插座(4)接中頻電源， 電連接器⑵。
3.根據權利要求1或2所述的軟帶式電磁感應加熱器，其特征是所述軟帶(1)的結 構為軟帶(1)中的高頻軟電纜(5)是經平面繞制的弧狀螺旋線電磁感應線圈；高頻軟電纜 (5)有多股細銅絲外加一層云母和外包耐高溫硅橡膠護套(6)制成，線圈外包裹耐高溫絕 緣隔熱纖維⑵和耐高溫阻燃布(8)。
4.根據權利要求1或2所述的軟帶式電磁感應加熱器，其特征是所述電連接器(2)采 用承插結構，它有左右兩個殼體1(10)、殼體II (13)和電連接器開合機構(3)，在左殼體 1(10)、右殼體II (13)上安裝有電連接器開合機構(3)和快速接頭插座(4)；數量相等的多 個快速接頭插座(4)并排固連在左殼體1(10)、殼體II (13)上，且相錯一個后再一一相對； 左殼體1(10)俯視為“工”字形，即與內有公母觸頭1(11)的平板的兩端各垂直固連一塊邊 板，且該兩邊板與公母觸頭1(11)平行；右殼體11(13)俯視也為“工”字形，即與內有公母 觸頭II (12)的平板的兩端各垂直固連一塊邊板，且該兩邊板與公母觸頭II (12)平行，邊板 為偏梯形，在兩邊板右上端由固定把手(19)固連。
5.根據權利要求4所述的軟帶式電磁感應加熱器，其特征是所述電連接器(2)的兩殼 體I 10、殼體II 13采用耐高溫絕緣材料聚銑亞胺壓鑄成形，在壓鑄殼體時分別將錐形公 母觸頭I 11和公母觸頭II 12澆鑄在殼體內。
6.根據權利要求4所述的軟帶式電磁感應加熱器，其特征是所述電連接器(2)的殼 體加工成套裝孔，將公母觸頭1(11)和公母觸頭11(12)推入鎖緊安裝在殼體1(10)、殼體 11(13)上；公母觸頭1(11)和公母觸頭11(12)與高頻軟電纜(5)采用釬焊壓接。
7.根據權利要求4所述的軟帶式電磁感應加熱器，其特征是所述電連接器開合機構 (3)是凸輪機構和導桿平移機構的組合，它由凸輪(14)、活動把手(15)、固定導桿(16)、導 套(17)、固定銷(18)、固定把手(19)組成；三角形兩凸輪(14)的一角各由銷軸轉動連接在 殼體1(10)兩邊板外，凸輪(14)的中部有弧形孔，另一角有圓孔與活動把手(15)的兩腿轉 動連接；活動把手(15)成“II”字形，其兩腿下端有與固定導桿(16)滑動配合的導套(17)， 導套(17)右端有固定銷(18)穿插，往上有插入凸輪(14)中部弧形孔的插銷，再往上有與 凸輪(14)另一角圓孔轉動連接的銷軸，上端為把手；固定導桿(16)固連在與導套(17)相 對的左殼體1(10)上，插入導套(17)與之滑動配合。
8.根據權利要求7所述的軟帶式電磁感應加熱器，其特征是所述凸輪(14)為直角三角 形板，其直角和一銳角處有圓孔，中部有弧形孔；所述導套(17)是一凹槽。
9.根據權利要求1或2所述的軟帶式電磁感應加熱器，其特征是中頻電源傳輸電纜通 過安裝在電連接器(2)上的快速插座(4)與高頻軟電纜(5)連接。
全文摘要
本發明是一種管道工程中對口焊接的軟帶式電磁感應加熱器。涉及管道系統技術領域。包括感應加熱圈，其特征是采用高頻軟電纜(5)外包裹耐高溫絕緣纖維(7)和高溫阻燃布(8)，按鋼管直徑不同，制成不同規格的加熱軟帶(1)，在加熱軟帶(1)兩端安裝特制的電連接器(2)，使高頻軟電纜(5)形成螺旋線加熱圈，中頻電源輸出電流與螺旋線兩端接通對管口加熱。本發明在鋼管上安裝、拆卸操作方便，使用安全可靠，解決了現有中頻感應加熱技術在大口徑長輸油氣管道焊接預熱施工中的不足，滿足工程高效焊接施工的需要。
文檔編號H05B6/10GK101868076SQ20091008198
公開日2010年10月20日 申請日期2009年4月15日 優先權日2009年4月15日
發明者侯俊夕, 劉濤, 孫克剛, 楊文會, 陳連山 申請人:中國石油天然氣管道局