轨道焊接设备帮助建造火箭发射塔的关键管道系统

强大的焊接系统可为大量气体提供可靠的焊接,液体,低温供应系统

《管子与管道杂志》2018年4月/5月

埃里克·伦丁

从无到有地建造发射塔涉及到电气设备之间的潜在干扰。管道,以及机械系统。改造或翻新项目使这些干扰变得异常复杂。轨道焊接非常适合此类项目,因为硬件安装在焊工无法轻易进入的受限区域内。或者根本,大大简化了环焊缝。

发射火箭应该很容易,不是吗?你先从一个拉瓦尔喷嘴开始,看起来有点像沙漏;增加燃料箱和燃料与空气混合的装置;最后,添加点火源。空燃混合气进入顶部,从底部喷出,当然!火箭向平流层飞去。>

这不是什么新鲜事。早期版本,用火药射箭,可追溯到大约1000年前;1888年,古斯塔夫·德·拉瓦尔发明了他著名的蒸汽动力喷嘴;1914年,罗伯特·戈达德申请了两项关键专利,一个用于液体火箭,一个用于多级火箭。戈达德还设想了三轴控制,陀螺仪,和1919年的可操纵推力,以保持火箭的路径直线和真实。今天在火箭上使用的现代概念已经有将近一个世纪的历史了。有多困难?

好,这很难。尽管取得了一个世纪的进步,向外层空间发射火箭绝非易事。虽然物理定律不变,随着时间的推移,用于火箭推进和制导的技术越来越复杂,可以肯定的是,随着时间的推移,成功的发射实际上变得越来越困难。

深入挖掘会发现建造火箭只会让你走到发射的一半。一路走下去,你需要建造一个发射塔,也是。系在火箭上,发射塔提供电力,氦,氮,以及为火箭提供燃料,并在火箭升空时提供稳定性和制导。尽管火箭得到了所有的关注和荣耀,现代发射装置在其机载系统的复杂性和所提供的功能方面几乎与火箭不相上下。

每一枚火箭都需要发射塔

有些东西不太好用,或者做任何事情,没有补充。锁需要钥匙,车轮需要车轴,活塞需要曲轴,火箭需要发射塔。也被更多的描述性名称所知,如服务结构或供应塔,发射塔类似于一座普通的10层建筑,比如旅馆。尽管大多数酒店客人都呆在房间里,或许在酒店游泳池里游泳,很少有人会考虑过暖气,通风,空调,电气的,管道工程,以及保持房间舒适和安全的灭火系统。发射塔在外面看起来很简单,但外部隐藏了几个复杂的系统和子系统,使发射成为可能。

发射塔的基本用途是为最早和最简单的火箭提供服务:它在初始点火后为火箭提供稳定性,当推力增大,但在起飞前。用外行的话来说,它防止火箭翻倒。它提供支持和定向制导,直到火箭开始加速和其机载制导系统接管。

第二,支撑结构以电力的形式提供电力服务,通信能力,以及遥测数据的传输。因此,发射器配备了先进的电力和通信系统,由一英里接一英里的电力电缆和光纤电缆提供支持。无数的控制面板,大量开关设备,以及众多的保险丝板。

第三个,发射塔提供燃料,气态氮,气体氦进入火箭。在发射前的时刻,助推器燃烧了大量的燃料;在许多情况下,成功发射需要在发射点装满坦克,英国williamhill所以当燃料燃烧的时候,这个过程就是建立推力,发射塔提供额外的燃料来补充油箱。在长途英国williamhill旅行中不先加满油是没有意义的。

几乎每个发射塔上的第四个主要部件是一个消声系统,用于吸收燃烧过程中产生的巨大噪音。

不像酒店,这是一座独立的建筑,发射塔固定在火箭上。这两个是作为一个整体组装的,发射塔在推力增大时抑制火箭。当火箭产生足够的升力时,两个是分离的爆炸螺栓被引爆,把塔架从火箭上解下来,火箭就起飞了,好,像火箭一样。

图1
轨道焊接机的摆动机构在装置焊接两个管面时前后引导钨电极。平滑振荡有助于焊接质量,J.P.多诺万的移动发射器大修项目,400个焊缝中只有两个需要返工,成功率为99.995%。

发射塔和酒店的另一大区别是,当然,系统可靠性。虽然酒店的系统必须坚固耐用,它们不一定是关键任务。如果其中一个房间的管道漏水,关闭那个房间的供水,把客人转移到一个空房间就足够简单了。如果空调坏了,客人必须处理一些不适,直到他们可以搬到不同的房间或不同的酒店。没什么大不了的。

在发射塔上更合适,一个移动发射器,系统确实是关键任务。电气系统必须设计为坚固耐用,并按照规范安装。同样,管道系统的设计必须具有适当的容量,部件必须按照严格的标准制造,焊接必须完美无缺。没有人愿意冒使用不合格零件的风险,在装置中切角,或进行次焊。

做轨道焊接把猎户座送入轨道

美国国家航空航天局(NASA)最新的重大指示是访问火星。正如阿波罗计划的月球照片是建立在从水星和双子座计划中吸取的许多经验教训的基础上,美国国家航空航天局的火星之旅不是单程的,但是几十次或者几十次发射。

除此之外,月球旅行和火星旅行之间的比较很少。最远的时候,月球长252700英里;阿波罗旅行大约花了三天时间。当到火星的距离最短时,它在3500万英里之外。许多成功的飞越,轨道飞行器,被派往火星的登陆器任务需要275天才能到达红行星附近。这并不是说阿波罗四次登陆很容易,但是到达火星的后勤计划要复杂得多。

相比之下,修改现有发射塔似乎是一项微不足道的任务,但事实并非如此;这是一项艰巨的任务,但规模较小。J.P.多诺万一个精通美国航天局项目的主要承包商,赢得了为早期猎户座发射之一修改现有发射器的投标。作为总承包商,费用由公司承担,日程安排,安全,管理层,分包商管理,以及这个多学科项目的技术性能。项目关键人员名单突出了这次大修的范围:约翰·多诺万,业主;Julian Acosta项目主管;迈克·泰勒,项目经理;泰勒·瑞斯,机械工程师;蒂姆·杜根,航空航天系统协调员;Frank York焊接主管和先进自动化焊接的所有者。

约克在焊接方面的经验可以追溯到1982年,包括在核电站监督管道更换项目一年时间。八年的焊接设备产品开发经验,10年以上书面焊接程序;25年的焊接设备销售经验。他在写作和执行焊接程序方面的一项工作包括为NASA工作,所以约克在家里总是很严格,偶尔的繁忙环境。

  • 焊接,制作,以及结构钢构件和整个结构系统的组装。
  • 制作,安装,以及地面支持设备系统的测试。
  • 电气安装和测试;机械的,以及电力管道系统,交流,水力学,气态氦气态氮,低温。
  • 控制用电气控制台,监测,以及测试功能。
  • 与现有设施系统和结构的接口。

一个项目估计需要36个月,2015年9月至2018年3月,它包括一系列管道系统,可以让任何管道安装工或管道焊接工微笑:

  • 2英寸表40,用于98磅/平方英寸的液压管路。(PSI)
  • 2英寸。附表对于3600 psi下的气态氦,为160
  • 2英寸。附表气态氦在5600 psi下的xxs
  • 2.5-in。附表40用于97 psi下的液压系统
  • 3英寸。附表40用于1200 psi下的液压回油
  • 3英寸。附表3500 psi下的液压供应为160
  • 3英寸。附表对于5600 psi下的气态氦和气态氮
  • 3.5英寸。附表40用于100 psi下的液压回油
  • 4-in。附表10用于100 psi下的气态氮排气口
  • 4-in。附表150 psi下气态氮为40
  • 6英寸。附表10用于低温管线
  • 8英寸附表10用于低温管线和气态氮排放管线
  • 10英寸。附表低温管线10
  • 任何做过一些改装或改装工作的人都知道,此类项目通常包括一系列无休止的妥协,这一点也没什么不同。发射器的布局不理想。舱壁和门不在理想位置,以及管道安装工,电工,钢铁工人必须在管道周围工作,管道,以及结构钢,更不用说以前安装的其他机械系统和部件(见导联图)。

它会变得更加毛茸茸的。有些管道在投入使用时长度不同。当液氢或液氦流经管道时,室温下的管道长度会显著收缩。这些元素分别在-423和-452华氏度时变成液体,所以总的温度摆动大约是500度。这在这些线路上引起了一些装配问题,有强制性检查点,英国williamhillYork说,所以为了补偿,焊接小组不得不在低温管线上安装膨胀节。

约克还必须密切关注各种壁厚。对于这个项目,焊接范围从低到中,附表40,壁厚不会带来很大的挑战。直径从2到4英寸。关于Sch.40,壁厚为0.154至0.237英寸。这是可以控制的,没有任何特殊的困难。然而,较重的日程安排引起了一些人的注意。更多的材料意味着更多的热量,这意味着电流更大。3英寸。XXS将是最大的挑战,0.5984英寸。壁厚。J.P.多诺万需要一个能够输送大量电流的焊接装置,因为这是一个时间紧迫的大项目,它需要一个体面的工作周期。承包商不能让焊工长时间等待焊接设备冷却。

毫无疑问,这项工作需要轨道焊接。50年前开发,此后不断完善,轨道焊接工艺对于这些类型的项目是首选的,因为它们会变得很紧,焊工根本无法到达的狭窄区域,它们能够始终如一地产生X射线质量的焊缝。

按照约克的建议,多诺万选用奥托电弧型OW-ARC-450作为轨道焊接电源。顾名思义,这是一台450安培的机器。它有60%的占空比在450安培和100%的占空比在310安培。

对于焊接头,多诺万选择了TPWH-0A-3型,用于1.5至3.00英寸的管道尺寸。以及TPWH-0A-7型,适用于4.00至6.00英寸的管道。这些将覆盖所有的高压管道。它还为6.00至12.00英寸的管道选择了TPWH-0A-12。包括Sch.10夹套低温管。

选择这些焊头的关键原因在于焊接质量,York说。约克引用的两个主要元素是电弧电压控制(AVC)和振荡机制。随着钨电极的腐蚀,它的形状变化很小,电极和管道之间的距离也会相应地改变。这种距离变化会影响焊接质量,但AVC对此进行了补偿。它能感应到距离的变化,并调节电压,以保持足够的电流,从而在焊接过程中保持焊接热的一致性。摆动机构在钨电极沿槽编织时来回引导钨电极,从一端到另一端,焊接(见F伊格雷1).

影响焊接质量的两个因素是AVC如何调整焊接参数以及振荡机制如何沿其路径移动电极。对于这两个标准,越光滑越好。AVC的突然变化和电极方向的突然变化不利于良好的焊接。

约克说:“这些是我见过的最光滑的焊头。”

这并不是说团队根本没有使用手工焊接。一些夹套低温管道对于标准J制备来说过于不圆,轨道焊接需要。这些管道,美国国家航空航天局之前的一个项目遗留下来的材料,当它被切割得离现有焊缝太近时,会重新利用这些材料,让它们变形,所以他们是手工焊接的。

工程即将完工,X光记录证明了自己和约克的建议。在为这个项目完成的400个轨道焊接中,只有两个需要返工。未通过检验的两个是在工作开始时,焊接工艺仍在改进时进行的,York补充说。

10月庆祝十九

戈达德不仅仅是一个突破性的科学家。他是个没有同龄人的有远见的人。当他17岁的时候,他爬上一棵树去修剪一些枯枝,被景色迷住了。他的思绪飞快。他想知道建造一种能把人送上天空的飞行器的潜力。然而,他的视野并没有就此结束。他不仅仅是想到达云端,或月亮,但是其他行星。那一年是1899年。比飞机轻,特别是热气球,已经使用了100多年,但这是莱特兄弟在基蒂霍克起飞的四年前,第一次载人比空中更重的飞行进入了历史书。

戈达德后来写道,他“想象着制造一种甚至有可能升入火星的装置是多么美妙……”他庆祝了这一天,10月19日,在他的余生里每年。

火星?对,火星。他选择火星,美国国家航空航天局的火星之旅时间表计划了一个载人轨道器,在戈达德的洞察闪光135年后访问太阳的第四块岩石。

oTTO电弧系统,www. otocAR.com


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