钢管通径机设备的现状及展望.pdf

钢管通径机设备的现状及展望 T h eS t a t u so fS t e e lP i p eD r i f t e ra n dP r o s p e c t s 王冬梅u ，王旭1 ，一，徐能惠，z ( 1 金属挤压与锻造装备技术国家重点实验室，西安7 1 0 0 3 2 ；2 中国重型机械研究院股份公司，西安7 1 0 0 3 2 ) W A N G D o n g - m e i ”，W A N GX u ”，X U N e n g - h u i l 2 ( 1 S t a t e K e y L a b o r a t o r y o f M e t a l E x t r u s i o n a n d F o r g i n g E q u i p m e n t T e c h n o l o g y ，X i a n7 1 0 0 3 2 ，C h i n a ；2 C h i n a N a t i o n a l H e a v y M a c h i n e r y l n s t i t u t e C o L t d ，X i a n7 1 0 0 3 2 ，C h i n a ) 【摘 要】从钢管通径的要求谈起，分析了机械通径机及气动通径机的结构特点、优缺点及适用条件，总结了钢管通径机 设计及使用中的关键问题，并针对问题给出了解决方案。同时，引出了钢管通径机设备的发展方向。 【A b s t r a c t F r o mt h er e q u i r e m e n to fs t e e lp i p ed r i f t i n gd i a m e t e r ，a n a l y z i n gt h em e c h a n i c a ls t r u c t u r eo f m e c h a n i c a ld r i f t e ra n d p n e u m a t i c d r i f t e r , a d v a n t a g e s ，d i s a d v a n t a g e s a n d s u i t a b l e c o n d i t i o n s ；S u m m a r i z e s t h e d r i f t e r u s e t h e k e y i s s u e s i n t h e d e s i g n ，a n d g i v e a s o l u t i o n t o p r o b l e m s ；F i n a l l y l e d t o t h e d e v e l o l ：I m e n t d i r e c t i o n o f d r i f t e r e q u i p m e n t 【关键词】通径；全长通径；通径规；气动通径机：机械通径机 【K e y w o r d s d r i f t ；t o t a l l e n g t h d r i f t ；d r i f t m a n d r e l ；p n e u m a t i c d r i f t e r ；m e c h a n i c a l d r i f t e r 【中图分类号I T G 3 5 6 5【文献标志码】A【文章编号】1 0 0 7 9 4 6 7 ( 2 0 1 7 ) 1 0 叭1 1 0 5 【D O I 】1 0 1 3 6 1 6 j c n k i g c j s y s j 2 0 1 7 1 0 0 3 5 1引言 随着世界石油开采业的发展，油井深度不断增加，特别是 海洋石油的开采，石油钢管的质量问题日益受到业内人士的 普遍关注。石油勘探及开采往往钻深几百米甚至上千米，其间 对地下油层检测的情况都是从油管中心获取的，甚至检测仪 器也要从油管下到油层【l 】。如果油管的耐压、直径、直线度不符 合标准，一旦有一根管子出现问题，就有可能导致整个油井报 废。所以，石油管出厂时的检验显得尤为重要。 2 0 世纪9 0 年代，中国重型机械研究院开始对钢管检测 设备进行专题研究，钢管通径机就是其中之一。它是钢管生产 线上的检测设备，主要对钢管的直线度和内径进行最终检测， 【作者简介】王冬梅( 1 9 7 7 ) ，女，甘肃靖远人，高级工程师，从事油 气输送装备的开发研究。 一般布置在钢管水压试验之后。按A P I 标准( 美国石油学会标 准) 钢管通径规定：标准长度和标准直径的通径规能顺利通过 钢管全长，则视为检测合格。 通径规( 见图1 ) 的尺寸按照钢管的不同用途有不同的规 定。具体要求可以参照A P I 标准，也可以根据用户的使用要求 制作特殊尺寸的通径规( 见表1 ) 。 表1 部分油管通径规和套管通径规标准尺寸1 2 钢管用途 钢警直径 通譬謦长度 通径规直径F , L ，m mLI,-tpmmD k m m 用于油管：1 1 4 9 毋4 , 2 2 1 7 9 3 毋 2 4 4 5 用于套管 2 4 4 5 曲 3 4 0 3 4 0 曲 1 0 6 7 1 0 6 7 1 5 2 3 0 5 3 0 5 d 一3 1 8 d 3 9 7 d 3 1 8 d 一3 9 7 d 4 7 6 注：1 d 为钢管内径m m ；2 通径规的设计一般采用梭形，即两头 带有一定锥度的设计，表1 中给出的通径规尺寸均为通径规最大外 径。 1 1 1 万方数据 I 工程建设与设计 C o n s t r a c t i o n & D e s i g n F o r P t o j e c t l ，一：一一 ：一工l 图1 通径规示意图 结合我们多年来对钢管通径机设备的设计、制造及使用 经验，在此对钢管通径机设备作一个整理，对各种设备的优缺 点进行比较分析，为客户设备选型 及投资提供参考，同时进一步提出 钢管通径机设备未来的发展方向。 2 钢管通径机现状 因钢管有其自身的特性及使 用要求，所以其内径尺寸和直线度 的检测有别于其他钢材的检测，要求标准长度和标准直径的 通径规能顺利地通过钢管全长。围绕着解决上述问题，国内钢 管生产厂商出现了各种不同型式的、针对钢管行业不同要求 的通径机设备。 目前，市场上的通径机有机械通径机和气动通径机两大 类。机械通径机是由电机驱动装有通径规的长通径杆对钢管 进行全长通径。气动通径机是采用压缩空气驱动通径规对钢 管进行全长通径。前者属于早期投资的钢管生产线，通径方式 简单直观，但因其结构限制，存在钢管后端通径盲区、设备占 地面积大、通径中故障处理时间长等问题。目前市场的占有率 不高。相反，气动通径机设备结构紧凑、占地面积小，生产效率 高，故障处理速度高，又采用洁净能源，从而在目前市场上占 有主导地位。 气动通径机因其气源的不同又分两种，即气泵式通径机 和车间压缩空气式通径机。气泵式通径机最早使用是在2 0 世 纪末，当时是天津某钢管公司进口德国米尔的设备，后期我院 也研制过同类设备。但无论是进口设备还是我院研发的同类 设备，从使用到后期的维护均差强人意。因气泵式通径机采用 气泵产生的压缩空气驱动通径规通径，然后靠气泵反转产生 的负压吸回通径规的通径方式，所以气泵需要反复启动、换 向，整个气路管道发热严重，能源浪费大。2 0 世纪初我院又研 发了具有自主知识产权的车间压缩空气式通径机。目前，此类 通径机的市场占有率达到7 0 以上。国内各大钢管公司均有 1 1 2 同类设备生产线，管径涵盖范围为0 4 8 m m q b 6 1 0 m m ，管长 最长可达1 80 0 0 m m 。 3 机械通径机 3 1 组成及工艺流程 机械通径机主要由通径规滑槽1 、通径规驱动装置2 、通 径规装置3 、通径规托架4 、钢管夹紧装置5 、钢管托架6 等组 成( 见图2 ) 。 图2 机械通径机示意图 机械通径工艺流程为：根据被试钢管的规格选择安装合 适的通径规一通径规托架和钢管托架自动调节V 型托架高度 使钢管中心与通径规中心一致一完成测长的钢管送到通径中 心台架一钢管夹紧装置将钢管夹紧在通径中心上一通径规驱 动装置驱动通径规对钢管进行全长通径一通径规驱动装置反 转一通径规退出钢管一钢管送出通径中心一完成一次通径。 3 2 主要部件的结构形式及作用 通径规驱动装置是实现通径的关键部件，它的主要作用 是实现通径规的送进和退出。该部件中，采用我院自主研发的 单输入反向双输出的立式减速器，使整个设备结构的成本大 大减低。 钢管夹紧装置采用油缸驱动，对不同规格的钢管进行3 个方向的同步夹紧。保证钢管中心位置准确无误，为通径规顺 利送进钢管提供有力的保障。 3 3 设计中应注意的问题及其解决方案 首先，在机械通径中通径规行程检测一定要准确，否则， 在钢管通径时，容易出现通径规从钢管的后端跑出，造成通径 规无法退回。为此我们在设计中专门增加了一个通径规行程 检测压紧装置，有效地防止了通径规检测轮打滑的问题，保证 了检测的准确无误。其次，通径规与通径杆连接必须满足通径 规的自由度要求，保证通径规在钢管内运动时不受通径 杆的限制。为此我们在通径规与通径杆的连接处采用了球 铰联结。 荤| | ；三堑 铲 餮 万方数据 3 4 优缺点及适用范围 机械通径机在早期钢管通径中被认为是最简单直观的方 法，即直接由带长杆的通径规从钢管的一端通到另一端来实 现通径。因此，该设备的结构简单设备投资及使用维护的成本 也相应低廉。但这种通径方法有一定的局限性，在钢管的末 端，通径规并未完全通过钢管的全长，从而造成钢管末端通径 的盲区，这一缺陷是此类通径机无法克服的。同时，该设备有 一个不短于被试钢管的长通径杆，在车间布置中该设备一端 往往超出整个走钢线很多，容易造成车间面积的浪费。另外， 当被试钢管规格太小时，长通径杆的强度、刚度很难保证。所 以机械通径机一般适用于投资较小、管径不小于曲1 8 0 m m 、 管长不大于l5 0 0 0 m m 的钢管通径。 4 气动通径机 近几年气动通径机占据着通径机的主要市场，它的发展 也较之机械通径机发展更快一些，市场上它的种类品种比较 多。按照国内气动通径机的发展先后依次有：气泵式气动通径 机、双枪膛双气囊气动通径机、单枪膛双气囊气动通径机、新 型气动通径机等。除气泵式气动通径机为气泵驱动外，另外3 种均为车间压缩空气驱动。气泵式通径机，因其高成本高能耗 市场几乎没有需求，另外单枪膛双气囊气动通径机是在双枪 膛双气囊气动通径机基础上升级的。下面主要介绍双气囊单 枪膛气动通径机和新型气动通径机。 4 1 单枪膛双气囊气动通径机 4 1 1 组成及工艺流程 单枪膛双气囊气动通径机主要由龙门架8 、前通径装置 2 、缓冲装置7 、压紧装置3 、横梁4 、固定台架5 、浮动台架6 、检 测装置、油压控制、气站及气动控制1 等组成( 见图3 ) 【3 q 。 单枪膛双气囊气动通径机工艺流程为：按照钢管规格配 装偏心套筒、内套筒、及通径规一测长对齐后的钢管送入通径 制造工程设计l M a n u f a c t u r e E n g i n e e r i n g D e 5 谛l l 工位一钢管压紧一前通径枪移动到钢管前断面线一气缸动作 将通径规推入枪膛一气缸退回一前通径枪排气阀关闭一浮动 台架根据管长数据调整一缓冲装置前进到缓冲板离钢管后端 面3 0 5 0 m m 停止一缓冲装置进气阀关闭排气阀打开一刹车 气囊充气抱紧刹车片一前通径枪进气阀打开一开始通径一后 端缓冲板上开关发讯一前通径枪进气阀关闭排气阀打开一前 通径枪气缸前进到位一缓冲装置排气阀关闭进气阀打开一缓 冲板向前移动靠紧钢管后端一通径规返回前通径枪膛一缓冲 装置进气阀关闭一钢管送出通径工位一完成一次通径。 4 1 2 主要部件的结构形式及作用 前通径装置主要由枪膛、缓冲机构( 包括气缸和缓冲垫 等) 、偏心套筒、内套筒、通径规、滑动装置等组成。它的作用主 要有：通径规的存