無縫鋼管水壓機(jī)排氣頭系統(tǒng)改進(jìn)

賈豹，于天東（鞍鋼股份有限公司無縫鋼管廠，遼寧鞍山114021）

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無縫鋼管水壓機(jī)排氣頭系統(tǒng)改進(jìn)

賈豹，于天東
（鞍鋼股份有限公司無縫鋼管廠，遼寧鞍山114021）

摘要：介紹了無縫鋼管廠水壓機(jī)排氣頭系統(tǒng)存在的設(shè)計(jì)缺陷，并提出具體改進(jìn)方案：將原閥桿和導(dǎo)向套之間鑲嵌密封圈的密封方式，改進(jìn)為在閥桿上內(nèi)嵌銅套密封并將導(dǎo)向套底部封死的方式，同時(shí)改進(jìn)水處理設(shè)施。運(yùn)行結(jié)果表明，故障率大幅降低，提高了機(jī)組作業(yè)率。

關(guān)鍵詞：無縫管；水壓機(jī)；排氣頭；密封

賈豹，碩士，工程師，2008年畢業(yè)于遼寧科技大學(xué)機(jī)械工程設(shè)計(jì)與理論專業(yè)。E-mail：jiabao088@163.com

無縫鋼管在國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中具有重要作用，被廣泛使用于石油開采、鉆探、航天等領(lǐng)域中［1］。檢驗(yàn)無縫鋼管產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵設(shè)備之一即無縫鋼管打壓設(shè)備——水壓機(jī)。水壓機(jī)設(shè)備性能直接影響著無縫鋼管的產(chǎn)品質(zhì)量和品種規(guī)格［2］。水壓機(jī)工作原理是模擬鋼管實(shí)際應(yīng)用中的工作壓力，在無縫鋼管內(nèi)充水，檢驗(yàn)無縫鋼管在設(shè)置的額定壓力下并保壓一定時(shí)間，是否發(fā)生破裂、彎曲、變形等情況，如果無縫鋼管未產(chǎn)生以上缺陷，說明無縫鋼管合格。排氣頭是水壓機(jī)的重要組成部分，其主要作用是當(dāng)無縫鋼管內(nèi)部一端充水時(shí)，另一端的排氣閥閥桿移動(dòng)將閥口打開使空氣迅速排出，當(dāng)無縫鋼管內(nèi)充滿水后閥口關(guān)閉，增壓缸啟動(dòng)進(jìn)行打壓試驗(yàn)。由于原排氣閥結(jié)構(gòu)不合理造成密封頻繁損壞，無法達(dá)到試驗(yàn)額定壓力值，同時(shí)被雜質(zhì)污染的打壓水加劇了密封損壞的程度。停機(jī)更換密封，既影響生產(chǎn)的連續(xù)性，降低了作業(yè)率，又增加了額外消耗。亟需對(duì)水壓機(jī)排氣頭系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)。

1　水壓機(jī)系統(tǒng)組成及工作原理

水壓機(jī)主要由三部分組成，即注水頭系統(tǒng)、排氣頭系統(tǒng)和增壓系統(tǒng)。當(dāng)無縫鋼管一端插入到注水頭的實(shí)驗(yàn)頭內(nèi)、另一端插入到排氣頭的實(shí)驗(yàn)頭后，隨著注水頭與排氣頭內(nèi)實(shí)驗(yàn)頭的預(yù)密封壓力增加，預(yù)密封與無縫鋼管外表面逐漸抱緊起到密封作用。當(dāng)預(yù)密封壓力達(dá)到額定壓力值后注水頭開始注水，排氣頭系統(tǒng)處排氣閥閥桿向下移動(dòng)，閥口打開排除管內(nèi)空氣，如圖1所示。無縫鋼管內(nèi)被注滿水后，排氣閥閥桿向上移動(dòng)閥口關(guān)閉，此時(shí)在無縫鋼管內(nèi)部與注水頭系統(tǒng)及排氣頭系統(tǒng)間形成一個(gè)密閉空間，注水頭處的增壓缸啟動(dòng)，使無縫鋼管內(nèi)水增壓。根據(jù)無縫鋼管種類的不同，試驗(yàn)壓力最高可達(dá)到69 MPa，保壓幾秒鐘后增壓缸停止工作，排氣頭閥桿下移、閥口打開，同時(shí)預(yù)密封壓力降低為零，無縫鋼管內(nèi)打壓水排出，結(jié)束打壓。

圖1　改進(jìn)前排氣頭系統(tǒng)

2　原排氣頭系統(tǒng)存在的缺陷

2.1排氣閥結(jié)構(gòu)不合理密封頻繁損壞

打壓試驗(yàn)一根無縫管閥桿要?jiǎng)幼鲀纱危惶齑蠹s生產(chǎn)1 200根無縫鋼管，閥桿動(dòng)作2 400次左右，由于動(dòng)作頻次大，排氣閥閥桿底部導(dǎo)向套內(nèi)的密封極易損壞。密封失效后，當(dāng)增壓缸增壓時(shí)，由于存在泄露，無縫鋼管內(nèi)部壓力達(dá)不到額定的69 MPa試驗(yàn)壓力值；同時(shí)當(dāng)導(dǎo)向套內(nèi)的密封損壞而未及時(shí)發(fā)現(xiàn)時(shí)，從損壞的密封處泄漏的高壓水會(huì)加速導(dǎo)向套內(nèi)部的磨損，多數(shù)導(dǎo)向套內(nèi)部都存在溝狀的沖刷槽。更換導(dǎo)向套內(nèi)密封時(shí)需要將導(dǎo)向套下面鎖緊螺母打開，將整個(gè)閥桿吊出，更換時(shí)間4 h。

2.2打壓水不潔凈污染排氣頭加速其劣化

無縫鋼管在軋制和熱處理過程中處于高溫狀態(tài)，冷卻是在空氣中自然冷卻，冷卻過程中在無縫鋼管內(nèi)部形成一層氧化鐵皮，吹風(fēng)工序過程中由于鐵皮清理不徹底，在無縫鋼管打壓時(shí)管內(nèi)的鐵皮會(huì)隨著管內(nèi)水流動(dòng)而經(jīng)過注水頭、排氣頭系統(tǒng)及預(yù)密封的梭閥等，使梭閥閥芯磨損速度加快，降低使用壽命；梭閥漏水將造成預(yù)密封達(dá)不到設(shè)定壓力，尤其是排氣頭閥桿導(dǎo)套內(nèi)密封損壞頻繁，導(dǎo)致無縫鋼管內(nèi)壓力達(dá)不到設(shè)定壓力值。

3　改進(jìn)方案

3.1閥桿導(dǎo)向套和密封結(jié)構(gòu)改進(jìn)

3.1.1導(dǎo)向套結(jié)構(gòu)改進(jìn)

取消原排氣閥導(dǎo)向套底部鎖緊螺母的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，將原導(dǎo)向套底部的通孔改為如圖2所示的盲孔結(jié)構(gòu)，通過將導(dǎo)向套底部封死來實(shí)現(xiàn)密封，通過導(dǎo)向套、關(guān)閉的閥口及無縫鋼管內(nèi)部形成密閉空間對(duì)無縫鋼管打壓，此方案解決了因?yàn)槊芊馊δp、失效而導(dǎo)致高壓水泄漏的問題。

圖2　改進(jìn)后排氣頭系統(tǒng)

3.1.2密封結(jié)構(gòu)改進(jìn)

將原密封圈結(jié)構(gòu)改為如圖3所示的銅套結(jié)構(gòu)。

圖3　改進(jìn)后銅套結(jié)構(gòu)

改進(jìn)后的導(dǎo)向套底部為封死結(jié)構(gòu)，因此內(nèi)部經(jīng)常有積水，為了避免閥桿移動(dòng)時(shí)在銅套上、下方形成壓力差而阻礙閥桿動(dòng)作，在改進(jìn)的銅套外側(cè)加工多個(gè)導(dǎo)流槽，其作用為當(dāng)閥桿上、下移動(dòng)時(shí)，導(dǎo)向套內(nèi)部的水可以沿著導(dǎo)流槽自由流動(dòng)，起卸荷作用。

3.2水處理設(shè)施改進(jìn)

在水處理池中抽水泵的入口處安裝過濾網(wǎng)，防止鐵皮等雜質(zhì)進(jìn)入到蓄水罐中；在抽水泵的出口到蓄水罐間安裝過濾器，進(jìn)一步過濾水中雜質(zhì)，防止雜質(zhì)進(jìn)入到水壓機(jī)內(nèi)部水循環(huán)系統(tǒng)；每6個(gè)月對(duì)水處理池中的循環(huán)水進(jìn)行一次徹底更換。同時(shí)要求生產(chǎn)人員在每次更換打壓水時(shí)，嚴(yán)格按照乳化液占5%的比例進(jìn)行勾兌［3］，防止因?yàn)樗|(zhì)不潔凈，導(dǎo)致水壓機(jī)設(shè)備零部件氧化腐蝕生銹，降低設(shè)備功能精度。

4　改進(jìn)效果

4.1實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)連續(xù)性

水壓機(jī)排氣頭系統(tǒng)改進(jìn)后，杜絕了因?yàn)榕艢忸^導(dǎo)向套內(nèi)密封圈頻繁損壞造成停機(jī)檢修。本技術(shù)的應(yīng)用，解決了制約生產(chǎn)連續(xù)性的難題，使機(jī)組的作業(yè)率提高2.4%，自2015年1月使用至今，效果良好。

4.2降低維護(hù)成本

按照每次停機(jī)處理時(shí)間4 h，每月停4次計(jì)算，每年估計(jì)節(jié)約費(fèi)用15萬元。本技術(shù)的應(yīng)用，在節(jié)約備件費(fèi)用的同時(shí)，不僅避免了人力資源和能源的浪費(fèi)，而且為降本增效做出了積極的貢獻(xiàn)，為同行業(yè)設(shè)備改進(jìn)提供一定的實(shí)際參考價(jià)值。

5　結(jié)語

通過對(duì)水壓機(jī)排氣頭系統(tǒng)的改進(jìn)，采用將導(dǎo)向套底部設(shè)計(jì)成盲孔、用銅套取代原導(dǎo)向套內(nèi)的密封圈的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)向套、封閉的閥口及無縫鋼管內(nèi)部形成密閉空間，對(duì)無縫鋼管進(jìn)行打壓，同時(shí)對(duì)水處理設(shè)施進(jìn)行改進(jìn)，徹底解決了排氣頭閥桿導(dǎo)套內(nèi)密封損壞頻繁，導(dǎo)致無縫鋼管內(nèi)壓力達(dá)不到設(shè)定壓力值的難題。改進(jìn)后設(shè)備運(yùn)行平穩(wěn)，設(shè)備故障率及維護(hù)工作量大幅降低。

參考文獻(xiàn)

［1］張才安.無縫鋼管生產(chǎn)技術(shù)［M］.重慶：重慶大學(xué)出版社，1997.

［2］李長穆.現(xiàn)代鋼管生產(chǎn)［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，1988.

［3］周家啟.工程系統(tǒng)可靠性評(píng)估原理和方法[M].重慶：科學(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社重慶分社，1988.

（編輯袁曉青）

修回日期：2015-09-07

Im provement in Exhaust Head System of Hydraulic M achine for Seam less Steel Pipe

Jia Bao,Yu Tiandong
（Seamless Steel Pipe Plant of Angang Steel Co.,Ltd.,Anshan 114021,Liaoning,China）

Abstract:The design defects existed in exhaust header system of hydraulic machine for seamless steel tube was introduced and the concrete schedule for improvement was proposed.Firstly the sealing way by inlaying seal rings between the old valve stems and guide sleeves was modified by embedding copper sleeves to the valve stems for sealing and closing off the bases of the guide sleeves.And then the water treatment facility was also improved.The operation results show that the failure rate was decreased greatly while the operation efficiency of the hydraulic machinewas increased.

Key words:seamless steel pipe;hydraulicmachine;exhaust header;sealing

中圖分類號(hào)：TG315

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1006-4613（2016）02-0060-03