способ очистки резьбового участка насосно-компрессорной трубы и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ очистки резьбового участка насосно-компрессорной трубы, включающий вращение трубы вокруг продольной оси и подачу на наружную поверхность ее конического резьбового участка абразивно-воздушной струи, отличающийся тем, что струе придают в поперечном сечении прямоугольную форму, ее широкую сторону располагают вдоль оси трубы, струю подают вдоль резьбовых канавок и направляют так, чтобы ее центральная плоскость была параллельна образующей конической поверхности резьбы и находилась на участке между вершинами и впадинами профиля резьбы, а ее ось была наклонена к плоскости поперечного сечения трубы под углом, равным углу подъема нитки резьбы, при этом струю формируют таким образом, что ее толщина в зоне обработки составляет 1,2-1,7 высоты профиля обрабатываемой резьбы.

2. Устройство для очистки резьбового участка насосно-компрессорной трубы, включающее герметичную рабочую камеру, выполненную с отверстием для ввода и вывода трубы, и средство формирования воздушно-абразивной смеси в виде полого корпуса, снабженного диффузором и посредством трубопроводов сообщенного с питателем-дозатором абразива и с источником сжатого воздуха, отличающееся тем, что полый корпус расположен внутри рабочей камеры и дополнительно снабжен плоским сверхзвуковым соплом, которое установлено в его полости с зазором и образовано основанием выполненным в виде половины полого цилиндра, и двумя присоединенными к основанию профилированными пластинами, а диффузор соединен с полым корпусом, расположен напротив рабочего проема плоского сопла и образован двумя плоскими пластинами, образующими прямоугольное проходное сечение, при этом полый корпус сообщен с питателем-дозатором абразива, а плоское сопло - с источником сжатого воздуха, причем отношение площади критического сечения сопла к площади его выходного сечения может быть выбрано из интервала 0,24-0,60, диффузор установлен от сопла на расстоянии, величина которого равна 0,5-2,0 высоты выходного сечения сопла, а площадь его входного сечения составляет 1,1-1,4 площади выходного сечения сопла.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что профилированные пластины присоединены к основанию плоского сопла с возможностью изменения расстояния между ними.

4. Устройство по п.2, отличающееся тем, что каждая из пластин, образующих диффузор, в поперечном сечении имеет Г-образную форму.

5. Устройство по любому из пп.2-4, отличающееся тем, что средство для отвода абразива из рабочей камеры выполнено в виде бункера, расположенного в нижней части рабочей камеры, снизу к бункеру присоединен питатель-дозатор абразива.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области очистки поверхности изделий с помощью абразивной струи и может быть использовано, например, при подготовке к нанесению покрытия на резьбовые концы труб нефтяного сортамента.

Известен способ очистки наружной поверхности труб, включающий вращение трубы вокруг ее продольной оси и воздействие на нее абразивно-воздушной струей (Авторское свидетельство СССР №226430, кл. В 24 С 3/12, 05.09.1968 г). Способ направлен на автоматизированную одновременную обработку концевой части трубы с торца, снаружи и изнутри. Он характеризуется большим и непроизводительным расходом абразива, а также требует для осуществления сложного механического оборудования.

Наиболее близким аналогом предлагаемого способа является способ очистки резьбового участка насосно-компрессорной трубы, включающий вращение трубы вокруг продольной оси и подачу на наружную поверхность ее конического резьбового участка абразивно-воздушной струи (ФГУП ЦНИИ КМ "Прометей", Комплекс оборудования для детонационного напыления резьбовых частей НКТ, Руководство по эксплуатации, Санкт-Петербург, 2001 г.). Недостатком способа является то, что абразивно-воздушная струя, направляемая на поверхность трубы, имеет поперечное сечение круглой формы. Как показывает опыт, в этом случае эффект от воздействия абразива на поверхность изделия неравномерен. Часть поверхности изделия, находящаяся в области, близкой к геометрической оси струи, подвергается интенсивному механическому воздействию абразива, а по мере удаления от оси это воздействие постепенно убывает, подчиняясь закону нормального распределения (распределение Гаусса). В результате такой особенности воздействия на поверхность изделий способ трудно применить в случаях, когда необходимо достигнуть мягкого и равномерного воздействия абразива на очищаемую поверхность, например при обработке труб с наружным резьбовым участком.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является устройство для очистки резьбового участка насосно-компрессорной трубы, включающее герметичную рабочую камеру, выполненную с отверстием для ввода и вывода трубы, и средство формирования воздушно-абразивной смеси в виде полого корпуса, снабженного диффузором и посредством трубопроводов сообщенного с питателем-дозатором абразива и с источником сжатого воздуха (ФГУП ЦНИИ КМ "Прометей", Руководство по эксплуатации, Санкт-Петербург, 2001 г.). Это устройство однако не позволяет сформировать струю абразива прямоугольного сечения и направить ее вдоль канавок резьбы. Это приводит к непроизводительному расходу абразива и затрудняет получение равномерно очищенной поверхности резьбы.

Техническим результатом изобретения является повышение качества обработанных изделий и экономное расходование абразива за счет более равномерного распределения воздействий частиц абразива по очищаемой поверхности.

Указанный технический результат в способе очистки резьбового участка насосно-компрессорной трубы, включающем вращение трубы вокруг продольной оси и подачу на наружную поверхность ее конического резьбового участка абразивно-воздушной струи, достигается за счет того, что струе придают в поперечном сечении прямоугольную форму, ее широкую сторону располагают вдоль оси трубы, струю подают вдоль резьбовых канавок и направляют так, чтобы ее центральная плоскость была параллельна образующей конической поверхности резьбы и находилась на участке между вершинами и впадинами профиля резьбы, а ее ось была наклонена к плоскости поперечного сечения трубы под углом, равным углу подъема нитки резьбы, при этом струю формируют таким образом, что ее толщина в зоне обработки составляет 1,2-1,7 высоты профиля обрабатываемой резьбы.

Указанный технический результат в устройстве для очистки резьбового участка насосно-компрессорной трубы, включающем герметичную рабочую камеру, выполненную с отверстием для ввода и вывода трубы, и средство формирования воздушно-абразивной смеси в виде полого корпуса, снабженного диффузором и посредством трубопроводов сообщенного с питателем-дозатором абразива и с источником сжатого воздуха, достигается за счет того, что полый корпус расположен внутри рабочей камеры и дополнительно снабжен плоским сверхзвуковым соплом, которое установлено в его полости с зазором и образовано основанием, выполненным в виде половины полого цилиндра, и двумя присоединенными к основанию профилированными пластинами, а диффузор соединен с полым корпусом, расположен напротив рабочего проема плоского сопла и образован двумя плоскими пластинами, образующими прямоугольное проходное сечение, при этом полый корпус сообщен с питателем-дозатором абразива, а плоское сопло - с источником сжатого воздуха, причем отношение площади критического сечения сопла к площади его выходного сечения может быть выбрано из интервала 0,24-0,60, диффузор установлен от сопла на расстоянии, величина которого равна 0,5-2,0 высоты выходного сечения сопла, а площадь его входного сечения составляет 1,1-1,4 от площади выходного сечения сопла.

В частном случае профилированные пластины могут быть присоединены к основанию плоского сопла с возможностью изменения расстояния между ними.

Развитием изобретения является частный случай выполнения устройства, когда каждая из пластин, образующих диффузор, в поперечном сечении имеет Г-образную форму.

Во всех перечисленных вариантах выполнения средство для отвода абразива из рабочей камеры может быть выполнено в виде бункера, расположенного в нижней части рабочей камеры, снизу к бункеру присоединен питатель-дозатор абразива.

Изобретение поясняется следующими чертежами.

Фиг.1. Схема очистки резьбового участка трубы абразивно-воздушной струей, вид сверху.

Фиг.2. То же, разрез А-А на фиг.1.

Фиг.3. То же, разрез Б-Б на фиг.2.

Фиг.4. Элемент резьбы в момент очистки, узел N на фиг.3 (увеличено).

Фиг.5. Устройство для очистки резьбового участка насосно-компрессорной трубы, вид сбоку, частичный разрез.

Фиг.6. То же, вид сверху, частичный разрез по В-В на фиг.5.

Фиг.7. Средство подачи абразивно-воздушной струи, разрез Г-Г на фиг.5.

Фиг.8. То же, разрез Д-Д на фиг.7.

Фиг.9. То же, разрез Е-Е на фиг.7.

Фиг.10. То же, узел М на фиг.9.

Принцип формирования абразивно-воздушной струи 1 и ее расположение относительно трубы 2 в процессе очистки резьбового участка схематично показаны на фиг.1-3. Выходящей из диффузора 3 струе 1 придают в поперечном сечении форму прямоугольника (на фиг.3 прямоугольник ABCD). Широкую сторону струи 1, соответствующую сторонам прямоугольника AD и ВС ее поперечного сечения, располагают вдоль оси О-О резьбового участка трубы. Струю 1 подают вдоль резьбовых канавок и направляют так, чтобы ее центральная плоскость S была параллельна образующей Q-Q конической поверхности резьбы, т.е. поверхности, на которой нарезана резьба. При этом центральная плоскость S в зоне обработки должна находиться на участке между вершинами и впадинами профиля резьбы. Для того чтобы направить частицы абразива точно вдоль канавок (впадин) резьбы, ось F-F струи 1 наклоняют к плоскости Р поперечного сечения трубы на угол , равный углу подъема нитки резьбы. Толщина струи в зоне обработки (соответствующая малой стороне прямоугольного сечения ABCD струи) составляет 1,2-1,7 высоты h_p профиля обрабатываемой резьбы (см. фиг.3 и 4).

Устройство для очистки резьбового участка насосно-компрессорной трубы имеет рабочую камеру 4 с отверстием 5, предназначенным для возможности ввода резьбового участка трубы на позицию обработки и вывода его с позиции обработки (см. фиг.5 и 6). Средством подачи и вывода резьбового участка трубы из рабочей камеры может служить рольганг, а средством вращения трубы - зажимно-поворотное устройство (на схемах не показаны). Средство подачи абразивно-воздушной струи на наружную поверхность трубы (см. фиг.7-10) содержит полый корпус 6. К полому корпусу 6 присоединен посредством трубопровода 7 питатель-дозатор 8, служащий для подачи к корпусу 6 абразивного материала. В полости корпуса 6 установлено плоское сопло, состоящее из основания 9, выполненного в виде половины полого цилиндра, и двух профилированных пластин 10. Плоское сопло установлено в полости корпуса 6 с зазором, предназначенным для выполнения в процессе работы устройства функции камеры разрежения (низкого давления). Диффузор 3 выполнен плоским. Его прямоугольное проходное сечение образовано двумя плоскими пластинами 11, каждая из которых в варианте выполнения устройства может иметь в поперечном сечении Г-образную форму. Ширина проходного сечения диффузора 3 принята равной ширине проходного сечения плоского сопла. Корпус 6 установлен в рабочей камере 4 с возможностью регулируемого изменения его положения относительно обрабатываемой трубы. Отношение площади критического сечения сопла к площади его выходного сечения может быть выбрано из интервала 0,24-0,60. Диффузор может быть установлен на расстоянии от сопла, равном 0,5-2,0 высоты h_a выходного сечения сопла. Площадь входного сечения диффузора составляет 1,1-1,4 от площади выходного сечения сопла.

Рабочая камера 1 снабжена подсоединенным к ее верхней части трубопроводом 12, связывающим эту камеру с вентилятором 13, служащим для откачивания воздуха, и фильтром 14 для улавливания измельченных в процессе очистки трубы пылевидных частиц абразива (см. фиг.5).

Средство для отвода абразива из рабочей камеры 4 выполнено в виде бункера 15, который расположен в нижней части этой камеры.

Плоское сопло выполнено с возможностью регулирования площади критического сечения. Для этого обе профилированные пластины 10, образующие сопло, могут быть присоединены к основанию 9 посредством винтовых соединений 16 (см. фиг.9).

В рабочей камере 4 установлен упор-фиксатор 17, предохраняющий конец обрабатываемой трубы 2 от самопроизвольных осевых и радиальных смещений в процессе нанесения покрытия (см. фиг.6).

Устройство для очистки резьбового участка насосно-компрессорной трубы работает следующим образом. Резьбовый участок насосно-компрессорной трубы 2 с помощью рольганга вводят в отверстие 5 рабочей камеры 4, фиксируют конец трубы 2 посредством упора-фиксатора 17 и с помощью зажимно-поворотного устройства приводят трубу 2 во вращение вокруг продольной оси. Одновременно запускают систему сопло-диффузор. За счет геометрии сопла и давления, создаваемого перед соплом, образуется сверхзвуковая струя, которая эжектирует абразив с воздухом (за счет разности давлений) из питателя дозатора 8 в выполняющий функцию камеры разрежения зазор между стенками полости корпуса 6 и плоским соплом. Плоское сопло и плоский сверхзвуковой диффузор придают абразивно-воздушной струе необходимою плоскую форму. Полученную таким образом струю 1 подают на поверхность резьбового участка вращающейся трубы 2. После окончания операции очистки поверхности концевого участка трубы 2 и прекращения подачи абзивно-воздушной струи 1 на поверхность этого участка отключают действие зажимов зажимно-поворотного устройства и с помощью рольганга извлекают конец трубы из рабочей камеры 4. Теперь на позицию обработки может быть подана новая труба 2 для повторения цикла операций процесса в описанной выше последовательности. Относительно крупные частицы отработанного абразива во время подачи абразивно-воздушной струи на поверхность трубы оседают в нижней части бункера 15, откуда они через питатель-дозатор 8 направляются по трубопроводу 7 в полость корпуса 6 для повторного использования. Пылевидные частицы абразива в процессе операции очистки отсасываются из рабочей камеры 4 вентилятором 13 и вместе с воздухом поступают по трубопроводу 12 в фильтр 14.

Пределы интервала 1,2-1,7, из которого следует выбирать отношение величины малой стороны прямоугольного сечения струи в зоне обработки к высоте профиля обрабатываемой резьбы, определяются следующим. В случае, если упомянутое отношение составит менее 1,2, возникает вероятность того, что не вся поверхность резьбового участка окажется очищенной с должной интенсивностью. Выход за верхний предел рекомендованного интервала, т.е. работа при значениях упомянутого отношения более 1,7, сопровождается перерасходом используемого абразива.

При выборе границ интервала отношений расстояния от выходного сечения сопла до входного участка диффузора к высоте h_a выходного сечения сопла (0,5-2,0) учитывалось следующее. Если отношение /h _a будет составлять менее 0,5, возникнет вероятность затрудненного прохода частиц абразива в диффузор вследствие сопоставимости геометрических размеров частиц абразива и зазора между соплом и диффузором. В случае, если значение отношения a/h_a превышает 2,0 при реальном уровне давления в магистрали сжатого воздуха, система сопло-диффузор может не выйти на режим запуска и на рабочий режим (т.е. на режим сверхзвукового истечения).

Рекомендуемый интервал отношений площади критического сечения сопла к площади выходного сечения сопла (0,24-0,60) продиктован следующим. При значениях этого отношения менее 0,24 скорость частиц абразива намного превысит оптимальное значение (около 300 м/с), что не способствует повышению качества очистки и может потребовать повышения рабочего давления. При значениях отношения указанных площадей более 0,6 скорость абразивных частиц составит менее 300 м/с, что приведет к увеличению времени цикла и, следовательно, к снижению производительности.

Интервал отношений площади входного участка диффузора к площади выходного сечения сопла (1,1-1,4) рекомендован в связи со следующим. Выход за нижний предел интервала, т.е. при значениях менее 1,1 возникает вероятность взаимодействия струи, выходящей из щели сопла, с кромками входного участка диффузора, что вызовет нежелательное повышение давления в камере разрежения и ухудшит процесс подачи в эту камеру абразива. Если отношение превысит значение 1,4, то для нормальной работы системы сопло-диффузор давления 6 атм (т.е. обычного давления в производственной магистрали) может оказаться недостаточно.

Изобретение реализовано в опытно-промышленной установке, на которой проведена серия экспериментов по очистке резьбовых участков труб нефтяного сортамента.

Пример выполнения способа.

Резьбовые участки насосно-компрессорных труб (20 шт.) диаметром 73 мм подвергали очистке абразивно-воздушной струей. В качестве абразива использовали кварцевый песок (характерный размер 0,2-0,4 мм). В рабочей камере на вращающийся резьбовой конец трубы подавали струю, которой придавали плоскую форму. В поперечном сечении абразивно-воздушная струя имела форму прямоугольника. Центральная плоскость S струи находилась на середине участка h_p , т.е. участка от вершин до впадин резьбы. Центральную ось F-F струи наклоняли по отношению к плоскости поперечного сечения трубы на угол =2°, что соответствует углу подъема витка резьбы. Толщина струи в зоне обработки составляла 2,2 мм, т.е. 1,5 h_p. Основные геометрические параметры сопла и диффузора составляли h_кр /h_a=0,6, h_д/h_a=1,2. Очистку каждой трубы проводили 15-20 сек. Исследование качества резьбовых участков показало полное удаление с поверхности окислов железа и посторонних веществ. Геометрические размеры резьбы соответствовали требованиям стандарта.

Сравнительную партию труб (20 шт.) диаметром 73 мм подвергали очистке в рабочей камере, используя тот же абразив, что и в первом случае. Круглую осесимметричную струю направляли перпендикулярно оси трубы, варьируя время обработки в пределах 10-25 сек. Анализ результатов этого опыта показал существенную разницу в интенсивности действия струи по длине резьбового участка. При времени обработки 10-15 сек средняя часть резьбового участка очищалась удовлетворительно, но на краях участка оставались следы окислов и посторонних веществ. При увеличении времени обработки (особенно при времени свыше 25 сек) на краях и в средней части резьбового участка грязь и ржавчина отсутствовали, однако в средней части наблюдался чрезмерный абразивный износ поверхностных слоев металла. В результате 2 трубы были забракованы по причине выхода геометрических параметров резьбы за допускаемые пределы. Удельный расход абразива при обработке второй партии труб оказался на 50% выше, чем при обработке первой партии.

Сопоставительный анализ результатов очистки опытно-промышленных партий труб нефтяного сортамента показал, что реализация изобретения обеспечивает повышение качества обработанных изделий и сокращение расхода абразива, что подтверждает достижение указанного выше технического результата.