基于三管水壓試驗機的試壓工藝過程探討

隋 健，李培力，薛菲菲，劉維鴿，馬海寬

(1. 中國重型機械研究院股份公司，陜西 西安 710032；2. 金屬擠壓與鍛造裝備技術(shù)國家重點實驗室，陜西 西安 710032)

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基于三管水壓試驗機的試壓工藝過程探討

隋 健1，2，李培力1，2，薛菲菲1，2，劉維鴿1，馬海寬1，2

(1. 中國重型機械研究院股份公司，陜西 西安 710032；2. 金屬擠壓與鍛造裝備技術(shù)國家重點實驗室，陜西 西安 710032)

為提高水壓試驗的效率，本文研發(fā)了一臺同時對三根鋼管進行壓力試驗的水壓試驗機。文章就三根鋼管同時進行壓力試驗提出合理有效的方案，對試壓的工藝過程進行分析，針對管徑Φ48.3～Φ194 mm定尺鋼管在提高生產(chǎn)效率上的實用性進行探討，滿足設(shè)計要求。

三管；水壓試驗機；工藝過程；鏈?zhǔn)捷斔蜋C；效率

0 前言

鋼管生產(chǎn)企業(yè)為提高市場競爭力，在保證質(zhì)量的前提下通常會提高生產(chǎn)效率以降低生產(chǎn)成本提高產(chǎn)量。尤其對小口徑鋼管而言，生產(chǎn)效率更至關(guān)重要。在小口徑鋼管精整生產(chǎn)線中，鋼管的水壓試驗是生產(chǎn)線的瓶頸，為匹配整條生產(chǎn)線的生產(chǎn)能力，有時會設(shè)置兩臺或多管鋼管水壓試驗機組來滿足前后工序的要求。目前針對多管水壓試驗的設(shè)備管徑范圍較小(通常在Φ73 mm以下)，試驗壓力較低，上料形式多以上部進料、步進式為主，由于設(shè)備主體結(jié)構(gòu)限制，鋼管試壓過程中的夾持點少，無法對高鋼級、更大管徑的鋼管進行試壓。

為此，開發(fā)研制出適合油套管生產(chǎn)線的三管水壓試驗機，其管徑范圍Φ48.3～Φ193.7 mm，最大試壓能力70 MPa，最高節(jié)奏達280根/h 。該設(shè)備采用自動控制，具有調(diào)整、手動、半自動、自動功能，上位機具有工藝參數(shù)的設(shè)定、記錄、儲存、調(diào)閱，設(shè)備現(xiàn)場的運行狀態(tài)圖，并具有自動診斷故障等功能。

其試壓工藝過程的難點主要集中在三根鋼管如何快速的進行進出料動作，對鋼管兩端的密封抱緊和鋼管整長的夾緊固定也提出了快速可靠的要求。

1 設(shè)備主要參數(shù)

試驗壓力/ MPa max.70

試驗壓力精度/ PSI 0～50(最大試驗壓力時)

壓力傳感器的檢測精度/% 0.2

管端密封型式 U型密封

保壓時間/s 可調(diào)范圍5～300

保壓形式 增壓器連續(xù)保壓

充水方式 水泵直接充水

進料方式 四梁中部進料

最高頻次/根·h-1280

2 試壓工藝過程

前端臺架存儲至少三根以上的待試鋼管-水壓試驗機通過鏈?zhǔn)捷斔蜋C從前端臺架取料，每經(jīng)過一個取料擋板接進一根鋼管-鏈?zhǔn)捷斔蜋C固定轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，將三根鋼管分別上料進入各自試壓工位-上部壓緊裝置將鋼管分別壓緊在各自的試壓中心上-充水頭、排氣頭前進到管端U型密封位-各工位的充水閥開啟，鋼管充水，直至空氣排出，充水閥、排氣閥關(guān)閉-三臺增壓器分別開始工作，給各自的鋼管內(nèi)的水加壓-達到設(shè)定壓力后按需要的時間保壓-完成試壓后，三臺增壓器通過比例控制斜坡卸壓，并回退至初始狀態(tài)-當(dāng)鋼管內(nèi)部壓力達到一定安全值時，排氣閥打開，U型密封松開管端-各工位的充水頭和排氣頭試壓頭回到初始位-上部壓緊裝置松開鋼管，鋼管回彈到鏈?zhǔn)捷斔蜋C輥道面上-鏈?zhǔn)捷斔蜋C旋轉(zhuǎn)將已經(jīng)完成試壓的鋼管逐根送出，同時將待試鋼管逐根送入各自試壓位，對試壓不合格鋼管發(fā)出信號，如圖1所示。

圖1 三管水壓試驗機的立面圖

3 進出料方式

為滿足三根鋼管同時試壓的要求，就必須將鋼管同時送入三個試壓工位。對比不同水壓試驗機的進料方式，選擇更適合快速、便捷的進出料方式。3.1 鏈?zhǔn)捷斔蜋C進出料中部進出料方式的水壓試驗機采用鏈?zhǔn)捷斔蜋C進出料，在鋼管軸線上布置三組鏈?zhǔn)叫D(zhuǎn)機構(gòu)組成鏈?zhǔn)捷斔蜋C。鏈子沿圓周進行運動，鏈子上裝有擋板用于鋼管上下料，鏈子由馬達或電機減速機驅(qū)動鏈輪帶動。鏈子運動時，每經(jīng)過一個取料擋板接進一根鋼管，隨著鏈子的圓周運動，將三根鋼管分別上料進入各自試壓工位。試壓后的鋼管，隨鏈子運動逐根送出，同時前端逐根進料。鋼管隨鏈子進行滾動，進料和出料動作一次完成，機構(gòu)動作簡單、運送距離短。該裝置結(jié)構(gòu)相對簡單，能耗低，占地小，適合多工位快速進出料的要求，如圖2所示。

圖2 鏈?zhǔn)捷斔蜋C的斷面圖

3.2 步進裝置進出料

下部進出料方式的水壓試驗機采用小步進機構(gòu)和大步進機構(gòu)結(jié)合的方式，首先小步進機構(gòu)將鋼管單根送至依次布置的三個待料位，當(dāng)三個待料位排滿鋼管后，大步進機構(gòu)一次性將三根鋼管同時送入各自的試壓工位。步進機構(gòu)根據(jù)平行四連聯(lián)桿原理，大、小步進機構(gòu)分別由兩組油缸驅(qū)動，實現(xiàn)鋼管的升起-平移-落下-退回。因為有三個試壓工位，為滿足三根鋼管同時進出，故步進距離較長，因此裝置占地面積較大，機構(gòu)剛性和各平行四連桿的同步性是關(guān)鍵點。該裝置結(jié)構(gòu)簡單，能耗高，占地大，制造成本和安裝精度要求較高，節(jié)奏較慢，如圖3所示。

圖3 步進裝置的斷面圖

3.3 送料翻轉(zhuǎn)裝置進出料

上部進出料方式的水壓試驗機采用送料翻轉(zhuǎn)裝置進料，送料裝置由電機減速機驅(qū)動齒輪帶動齒條移動，逐根接料進行移動，當(dāng)三根鋼管接入送料翻板后，送料裝置一次性送入試壓區(qū)域，翻轉(zhuǎn)裝置在擺動油缸驅(qū)動下翻轉(zhuǎn)90°將三根鋼管后送入試壓工位，送料裝置退回后翻板翻起等待接料。因為有三個試壓工位，為滿足三根鋼管同時進料，故送料距離較長，送料裝置懸臂較大，不適用Φ114.3 mm以上的鋼管進出料。機構(gòu)剛性和各送料臂的同步性是關(guān)鍵點。該裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，能耗高，制造成本和安裝精度要求較高，如圖4所示。

圖4 送料翻轉(zhuǎn)裝置的斷面圖

對比上述三種不同形式的進出料結(jié)構(gòu)和方式，鏈?zhǔn)捷斔蜋C進出料具有更好的適用性，在工作效率、節(jié)能減排、占地布置、安裝檢修上具有明顯優(yōu)勢。

4 夾持裝置

根據(jù)上述的鏈?zhǔn)捷斔蜋C進出料方式，鋼管的夾持采用多組壓緊裝置完成，壓緊裝置由油缸驅(qū)動向下同時壓緊三根鋼管，不同規(guī)格的鋼管更換不同的夾具，夾具為上下半圓形。鋼管通過運輸鏈傳送時，沿平面軌道滾動，當(dāng)三根鋼管同時到達試壓位時，壓緊裝置下壓。

下部支撐裝置采用彈簧復(fù)位機構(gòu)，當(dāng)壓緊裝置壓下時，支撐裝置隨鋼管下移至下半部夾具內(nèi)，上下夾具合為整圓時即為鋼管的試壓中心；當(dāng)壓緊裝置松開后，鋼管下面的支撐裝置在彈簧作用下頂起鋼管至平面軌道高度，滿足鏈?zhǔn)捷斔蜋C進出料要求，如圖5所示。

圖5 支撐裝置結(jié)構(gòu)圖

5 管端結(jié)構(gòu)及密封

根據(jù)試驗的管徑和壓力要求，管端密封適合采用徑向U型密封，通過水泵充水壓力即滿足初始兩管端的密封，減少使用大間隙密封時的預(yù)密封壓力，簡化水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。使鋼管在充水后迅速升壓，提高升壓速度，如圖6所示。

充水端采用分體式充水頭，三部分統(tǒng)一安裝在充水移動小車上，整體移動，便于維護和拆裝。

圖6 U型密封結(jié)構(gòu)圖

排氣端采用各自獨立的排氣頭，分別由油缸單獨驅(qū)動前后移動，滿足定尺管在±500 mm范圍內(nèi)的試壓、定位要求。排氣端可以根據(jù)管長變化整體移動，通過四個插銷固定在四根大梁上。

6 結(jié)速語

對三管水壓試驗機的研制主要集中在進出料裝置上，通過對比分析已有的多種進出料方式，確定合理簡便的結(jié)構(gòu)形式，進而確定了整個三管水壓試驗機的試壓工藝過程，最高試驗節(jié)奏達280根/h。相應(yīng)選擇壓緊夾持裝置，滿足鋼管軸向上的固定，并采用U型密封來提高密封抱緊鋼管的速度。整體工藝滿足管徑Φ48.3～Φ194 mm定尺鋼管在生產(chǎn)線上的試壓節(jié)奏要求，提高了整個生產(chǎn)線的生產(chǎn)效率，對提高相關(guān)企業(yè)的經(jīng)濟效益具有顯著效果。

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Discussion in craft process of pipe pressure testing of three-pipe hydrotester

SUI Jian1，2，LI Pei-li1，2，XUE Fei-fei1，2，LIU WEI-ge1,MA Hai-kuan1,2

(1. China National Heavy Machinery Research Institute Co.，Ltd.，Xi’an 710032，China；2.State Key Laoratory of Metal Extrusion and Forging Equipment Technology，Xi’an 710032，China)

This article put forward a reasonable and effective plan, and carried out a three pipe pressure hydrotester to improve the efficiency of the hydraulic pressure test. It analyzed the technological process of the pressure testing, the efficiency practicability of the diameter ofΦ48.3～Φ194mm length of steel tube is discussed, it showed that which could meet design requirement.

three-pipe；hydrotester；technological process；chain conveyor；efficiency

2016-09-26；

2016-10-19

陜西省科技統(tǒng)籌創(chuàng)新工程計劃項目 (2014ZS-06)； 中國重型院科研項目(K1505405)

隋健(1976-)，男，中國重型機械研究院股份公司高級工程師，主要從事冶金鍛壓設(shè)備的研究與應(yīng)用。

TP393

A

1001-196X(2017)03-0067-04