гидравлический пресс для испытания труб большого диаметра

Формула изобретения

1. Гидравлический пресс для испытания труб большого диаметра, содержащий переднюю и заднюю неподвижные траверсы, соединенные между собой колоннами, промежуточную поперечину, переднюю головку с уплотнительным узлом для подвода жидкости в испытуемую трубу, подвижную траверсу, главные и вспомогательные цилиндры и установленную в подвижной траверсе заднюю головку с уплотнительным узлом и отверстием для выпуска воздуха при заполнении трубы испытательной жидкостью, отличающийся тем, что он снабжен сменными вставками для испытания труб разного сортамента по длине, каждая из которых выполнена по торцам с цилиндрическими выступами с уплотнительными кольцами, которые сопряжены с соответствующими впадинами, выполненными на передней головке и уплотнительном узле, сменные вставки выполнены из условия использования при переходе на испытание трубы уменьшенной длины вставки, длина которой увеличена на размер l, равный разнице размеров между наибольшей и уменьшенной длинами труб, за вычетом конструктивного хода главных цилиндров, при этом промежуточная поперечина жестко соединена с передней траверсой посредством стяжек через проставки, оси которых разнесены к осям колонн, и снабжена съемниками труб, установленными по бокам промежуточной поперечины в горизонтальной плоскости с возможностью съема с уплотнительного узла трубы любого диаметра в пределах сортамента по характеристике пресса.

2. Пресс по п.1, отличающийся тем, что уплотнительные узлы передней и задней головок снабжены упорными кольцами, при этом в упорном кольце уплотнительного узла передней головки с двух сторон по горизонтальной оси выполнены лыски глубиной, равной толщине стенки испытуемой трубы.

3. Пресс по п.2, отличающийся тем, что каждый съемник труб снабжен ползуном со стаскивателем на конце, механизмом регулировки положения стаскивателя, корпусом, соединенным с гидроцилиндром поршневого типа, двумя штангами с направляющими и ходоограничительными гайками, ползун установлен с возможностью перемещения от механизма регулировки положения стаскивателя до касания лыски упорного кольца уплотнительного узла передней головки.

4. Пресс по п.3, отличающийся тем, что он снабжен поперечиной, соединенной с корпусом стяжками, механизм регулировки положения стаскивателя выполнен в виде винтовой пары с приводом, например, от гидромотора, винт винтовой пары зафиксирован от осевого смещения в поперечине, а ползун выполнен с отверстием, в которое вмонтирована гайка винтовой пары.

Описание изобретения к патенту

Данное изобретение относится к области машиностроения, а именно к прессостроению, т.е. созданию или модернизации гидравлических прессов для испытания труб различного назначения.

В металлургической промышленности в производстве электросварных, холодно- и горячекатанных труб, работающих под давлением, широко применяются прессы гидравлические для испытания труб. Наиболее сложное прессовое оборудование используется для гидравлических испытаний нефтегазовых электросварных труб большого диаметра до 1420 мм и толщиной до 40 мм из высокопрочных марок сталей.

Например, для гидравлических испытаний внутренним давлением сварных труб из низколегированных и углеродистых сталей диаметрами 1220...1620 мм, толщиной стенки до 20,5 мм с пределом текучести 28...55 кгс/мм², имеется гидравлический пресс - см. Каталог «Специальные кузнечно-прессовые машины». «Прессы гидравлические». Часть 2. Научно-исследовательский институт информации по машиностроению. М., 1977 г., стр.124-125.

Конструкция пресса содержит станину, состоящую из передней поперечины и заднего упора (поперечины), стянутых между собой колоннами. На задней поперечине предусмотрено центральное сквозное отверстие для прохода испытываемой трубы в пресс и выхода ее из пресса. Это отверстие перекрывается подвижным в вертикальной плоскости затвором, на котором закреплена задняя испытательная головка. На передней траверсе по оси размещен полый стержень, на переднем конце которого установлена передняя испытательная головка, а на заднем - упорное кольцо. Это кольцо связано с гидроцилиндрами прямого и возвратного хода уплотнительной головки. В прессе труба перемещается по роликам рольганга. Такая конструкция пресса для гидроиспытания труб не нашла широкого применения, т.к. загрузка труб через сквозное отверстие в задней поперечине усложняет пресс, снижая эксплуатационные качества и производительность.

Дальнейшее развитие нашли гидравлические прессы, в которых испытание труб совмещено с предварительной операцией - калибровка раздачей. Например, пресс гидравлический для калибровки раздачей и испытания труб представлен на стр.208 вышеупомянутого каталога. Пресс состоит из следующих основных узлов: двух станин, силовых головок (левая и правая), колонн, фермы и раскрывающегося штампа. Каждая станина с силовой головкой представляет собой основание с закрепленной неподвижной траверсой, в которой расположены главные и вспомогательные цилиндры, и направляющие для подвижной траверсы. Двигая подвижную траверсу, с закрепленным на ней инструментом к трубе, вспомогательные цилиндры производят предварительную калибровку и уплотнение трубы. Главные цилиндры уравновешивают распорное усилие трубы при калибровке давлением, а вспомогательные цилиндры отводят инструмент в исходное положение и производят стаскивание калибрующих конусов с концов трубы после ее испытания. В прессе предусмотрены две зависимые друг от друга системы: эмульсионная, для заполнения трубы при раздаче и испытании, и масляная, для питания гидроцилиндров пресса и трансформатора давления.

Левая и правая силовые головки аналогичны, за исключением того, что в одной головке располагается цилиндр питания трубы эмульсией, а в другой - цилиндр отвода воздуха, вытесняемого при заполнении трубы эмульсией. Неподвижные траверсы силовых головок связаны между собой колоннами. Во избежание большого прогиба две верхние колонны подвешены к ферме, перекинутой между неподвижными траверсами.

Основные недостатки такого пресса: сложность конструкции, трудоемкость в обслуживании и недостаточная точность диаметра концов трубы. Именно поэтому в трубоэлектросварочных цехах отечественных заводов в последние годы получили распространение другие способы и оборудование. В частности, появилась тенденция - калибрование труб производить отдельно от гидроиспытания на гидромеханических экспандерах, см. В.Г.Фурса, П.Н.Калинушкин и др. «Калибрование электросварных труб большого диаметра», Институт «Черметинформация», М., 1987 г. (Обзорная информация. Серия «Трубное производство». Выпуск 3, стр.3-6). От гидравлических прессов-расширителей гидромеханические экспандеры отличаются значительно меньшей массой и габаритами, простотой конструкции, обеспечивают более высокую точность диаметра труб. А высокая точность внутреннего диаметра трубы является важнейшим параметром при строительстве магистральных трубопроводов большого диаметра.

Для повышения точности по диаметру нефтегазовых электросварных труб большого диаметра (до 1420 мм) в настоящее время некоторые отечественные предприятия, имеющие прессы гидравлические для калибровки раздачей и испытания труб, например, ОАО «ВМЗ» и ОАО «ЧТПЗ», приобретают гидромеханические экспандеры. Поэтому возникла необходимость в установке нового пресса, предназначенного только для испытания труб.

Для стабильной и производительной работы трубоэлектросварочных цехов, таких как в вышеупомянутых предприятиях с большими объемами производства труб, одного нового пресса для испытания труб будет недостаточно, целесообразно провести модернизацию существующих гидравлических прессов для калибровки раздачей и испытания труб с целью исключения операции «Калибровка раздачей". По сравнению с установкой второго нового пресса в качестве дублера, модернизация существующего пресса позволит уменьшить капитальные затраты на изготовление части имеющегося оборудования, например, переднюю и заднюю траверсы, колонны, станину, ферму и др., а также сократить трудозатраты и сроки монтажа за счет использования существующих фундаментов и коммуникаций.

Наиболее близким аналогом заявленного изобретения является гидравлический пресс для испытания труб большого диаметра, содержащий переднюю и заднюю неподвижные траверсы, соединенные между собой колоннами, промежуточную поперечину, переднюю головку с уплотнительным узлом для подвода жидкости в испытываемую трубу, подвижную траверсу, главные и вспомогательные цилиндры, установленную в подвижной траверсе заднюю головку с уплотнительным узлом и отверстием для выпуска воздуха при заполнении трубы испытательной жидкостью (SU 596846 А1, ПРЕДПРИЯТИЕ П/Я А-7795, 05.03.1978).

Задачами настоящего изобретения являются:

1. Повышение надежности работы и ремонтопригодности пресса, исключение передвижения промежуточной поперечины с передней головкой и уплотнительным узлом, обеспечение их жесткого соединения с передней траверсой.

2. Уменьшение полного хода главных и вспомогательных цилиндров при использовании пресса для испытания труб со значительной разницей между наибольшей и наименьшей длиной. Это, в свою очередь, позволит снизать габариты и массу пресса, а также трудоемкость изготовления гидроцилиндров, значительно уменьшить объемы применяемых жидкостей (масел).

3. Снижение габаритов и массы передней траверсы (а в случае модернизации пресса - сохранение габаритов и массы существующей передней траверсы), которая является одной из определяющих деталей по возможности изготовления прессов большой мощности для испытания труб большого диаметра с высокими параметрами по механическим свойствам материала труб и увеличенной толщиной стенки.

Для решения указанных задач гидравлический пресс для испытания труб большого диаметра, содержащий переднюю и заднюю неподвижные траверсы, соединенные между собой колоннами, промежуточную поперечину, переднюю головку с уплотнительным узлом для подвода жидкости в испытываемую трубу, подвижную траверсу, главные и вспомогательные цилиндры, установленную в подвижной траверсе заднюю головку с уплотнительным узлом и отверстием для выпуска воздуха при заполнении трубы испытательной жидкостью, согласно изобретению он снабжен сменной вставкой, выполненной с цилиндрическими выступами и уплотнительными кольцами по торцам, которые сопряжены с соответствующими впадинами, выполненными на передней головке и уплотнительном узле, при этом длина сменной вставки при переходе на испытание уменьшенной длины трубы увеличена на размер l, равный разнице размеров между наибольшей и уменьшенной длиной труб, за вычетом конструктивного хода главных цилиндров, при этом промежуточная поперечина жестко соединена с передней траверсой посредством стяжек через проставки, оси которых разнесены к осям колонн, и снабжена съемниками труб, установленными по бокам промежуточной поперечины в горизонтальной плоскости с возможностью съема с уплотнительного узла трубы любого диаметра в пределах сортамента по характеристике пресса. Уплотнительные узлы передней и задней головок снабжены упорными кольцами, при этом в упорном кольце уплотнительного узла передней головки с двух сторон по горизонтальной оси выполнены лыски, глубиной, равной толщине стенки испытываемой трубы. Каждый съемник труб снабжен ползуном со стаскивателем на конце, механизмом регулировки положения стаскивателя, корпусом, соединенным с гидроцилиндром поршневого типа, двумя штангами с направляющими и ходоограничительными гайками, ползун установлен с возможностью перемещения от механизма регулировки положения стаскивателя, до касания в лыску упорного кольца уплотнительного узла передней головки. Пресс снабжен поперечиной, соединенной с корпусом стяжками, механизм регулировки положения стаскивателя выполнен в виде винтовой пары с приводом, например, от гидромотора, винт винтовой пары зафиксирован от осевого смещения в поперечине, а ползун выполнен с отверстием, в которое вмонтирована гайка винтовой пары.

Пример конкретного осуществления показан на приведенных чертежах.

На фиг.1 изображен гидравлический пресс для испытания труб большого диаметра, вид спереди.

На фиг.2 - разрез по А-А фиг.1.

На фиг.3 - разрез по Б-Б фиг.2.

На фиг.4 - разрез по В-В фиг.2.

На фиг.5 - разрез по Г-Г фиг.2.

На фиг.6 - разрез по Д-Д фиг.1.

По сравнению с чертежом прототипа в чертежах предлагаемого изобретения на фиг.1 и 2 пресс изображен развернутым на 180 градусов, т.е. передняя траверса обозначена на месте задней траверсы прототипа, а задняя траверса - на месте передней. Такая компоновка пресса выполнена в соответствии с расположением существующего пресса и с возможностью его модернизации.

Гидравлический пресс для испытания труб большого диаметра содержит переднюю 1 и заднюю 2 неподвижные траверсы, соединенные между собой четырьмя колоннами 3, промежуточную поперечину 4, переднюю головку 5 с уплотнительным узлом 6, подвижную траверсу 7, главный(ные) 8 и вспомогательные 9 цилиндры, установленную в подвижную траверсу заднюю головку 10 с уплотнительным узлом 11, через переднюю головку и уплотнительный узел предусмотрен подвод 12 жидкости в испытываемую трубу, а в задней головке предусмотрено отверстие 13 для выпуска воздуха при заполнении трубы испытательной жидкостью.

Промежуточная поперечина жестко соединена с передней траверсой посредством стяжек 14 через проставки 15, выполненные в виде труб. Оси стяжек с проставками разнесены (приближены) к осям колонн. Промежуточная поперечина снабжена съемниками 16 и 17, установленными по бокам поперечины в горизонтальной плоскости с возможностью съема с уплотнительного узла 6 трубы любого диаметра в пределах сортамента по характеристике пресса (путем регулировки положения стаскивающего трубу наконечника - будет расшифровано ниже). Между передней головкой 5 и уплотнительным узлом 6 установлена сменная вставка 18, снабженная по торцам цилиндрическими выступами 19 с уплотнительными кольцами 20. Эти выступы с уплотнительными кольцами по наружным диаметрам сопрягаются с соответствующими отверстиями (впадинами) на головке 5 и уплотнительном узле 6. Сменная вставка имеет по длине размер "l", применяемый при испытании труб уменьшенной длины. При переходе (перевалке) на испытание уменьшенной длины трубы заменяется сменная вставка 18, длина которой принимается увеличенной на размер " l", равный размеру разницы между наибольшей и меньшей длиной испытываемой трубы с учетом запаса конструктивного хода цилиндров. (Пример расчета длины сменной вставки приводится ниже). Сортамент труб как по диаметрам, так и по длинам указывается в паспорте пресса.

В обоих уплотнительных узлах предусмотрены упорные кольца 21 и 22, при этом, в упорном кольце 21 переднего уплотнительного узла по горизонтальной оси с двух сторон выполнены лыски 23 глубиной "S", равные толщине стенки испытываемой трубы, т.е. , где D_тн - наружный диаметр трубы, а D _тв - внутренний диаметр трубы. Каждый съемник снабжен корпусом 24, соединенным с гидроцилиндром 25 поршневого типа, двумя штангами 26 с направляющими 27 и ходоограничительными гайками 28. В корпусе установлен ползун 29 со стаскивателем 30 на конце, с возможностью перемещения от механизма регулировки положения стаскивателя до касания в лыску 23. Такая регулировка производится при переходе (перевалке) пресса на испытание другого типоразмера трубы по диаметру. Механизм регулировки положения стаскивателя выполнен в виде винтовой пары с приводом, например, от гидромотора 31. Винт 32 механизма зафиксирован от осевого смещения в поперечине 33, соединенной с корпусом 24 стяжками 34, а гайка 35 вмонтирована в отверстие 36 ползуна, в котором размещается винт 32.

Снизу пресса установлены два подъемника 37, а сверху установлена ферма 38, опирающаяся на неподвижные переднюю и заднюю траверсы. Во избежание большого прогиба две верхние колонны подвешены к ферме. На ферме также установлены фиксирующие устройства 39. Каждый уплотнительный узел снабжен передней шайбой с коническим заходом, которая именуется конусом 40, и уплотнительной манжетой 41. Для гарантии герметизации узла уплотнения с трубой к манжете подводится высокое давление перед началом испытания трубы (с опережением) через отверстие 42.

Гидравлический пресс для испытания труб большого диаметра работает следующим образом. Устройством загрузки труба подается в рабочую зону пресса, где подъемником 37 выводят ее на ось пресса. Перемещением подвижной траверсы 7 от вспомогательных цилиндров 9 производится заведение в трубу уплотнительных узлов 6 и 11 до контакта торцов труб с упорными кольцами 21 и 22. Для удобства заведения в трубу уплотнительных узлов последние снабжены конусами 40. Через подвод 12 передней головки 5 и уплотнительного узла 6 от наполнительного клапана (на чертеже не указан) подается в трубу испытательная жидкость до полного заполнения и вытеснения воздуха через отверстие 13 и воздухоспускной клапан (на чертеже не указан), расположенные в задней головке 10. После закрытия наполнительного и воздухоспускного клапанов в трубу подается высокое давление жидкости от мультипликатора, а в главный(ые) цилиндр(ры) 8 нагнетается давление масла. Противодавление масла с небольшим превышением давления жидкости в трубе поддерживается электроникой. При этом для гарантии герметизации к манжетам 41 уплотнительных узлов 6 и 11 подводится высокое давление жидкости через отверстие 42 с опережением. Заданное испытательное давление жидкости поддерживается в трубе с выдержкой по времени. Усилие, развиваемое противодавлением главного(ых) цилиндра(ов), передается от трубы на переднюю головку 5 и далее от ее бурта через промежуточную поперечину 4 и проставки 15 на переднюю траверсу 1, а на заднюю траверсу 2 усилие передается непосредственно от главного(ых) цилиндра(ов). От передней и задней траверс усилие замыкается на колоннах 3, при этом траверсы главным образом воспринимают изгиб, а колонны - растяжение. Изгибающий момент, воспринимаемый каждой траверсой, равен произведению усилия, развиваемого противодавлением главного цилиндра, на расстояние от центра приложения усилия до осей колонн.

Наибольший изгибающий момент возникает на траверсе в случае передачи на нее усилия по оси пресса или по опорной кольцевой площади вокруг оси пресса (как в прототипе). В нашем случае усилие на переднюю траверсу передается через проставки 15, оси которых приближены к осям колонн, что значительно сокращает расстояние от центра приложения усилия до осей колонн и, соответственно, уменьшает изгибающий момент на траверсе.

Для задней траверсы более выгодное нагружение будет в случае использования не одного главного цилиндра, а двух или трех (например, в существующем прессе, который предполагается модернизировать, используются три главных цилиндра), что также способствует уменьшению изгибающего момента на траверсу. По истечении времени испытания открывается сливной клапан и происходит регулируемое снижение давления масла в главном(ых) цилиндре(ах). Фиксирующие устройства 37 прижимают трубу к роликам подъемников 39, а вспомогательные цилиндры 9 отводят подвижную траверсу 7, выводя из трубы уплотнительный узел 11. Затем фиксирующие устройства освобождают трубу и одновременно подключаются съемники 16 и 17, стаскиватели 30 которых снимают трубу с уплотнительного узла 6. Ход стаскивателя обеспечивается перемещением штока гидроцилиндра 25 со штангами 26 в направляющих 27 до упора в ходоограничительные гайки 28, а труба перемещается по роликам подъемника 37.

После выведения из трубы уплотнительных узлов испытательная жидкость полностью сливается под пресс в бак, съемники возвращаются в исходные положения, подъемники опускают трубу, которая выгрузочным устройством передается на убирающий рольганг.

При переходе на испытание труб другого сортамента по диаметру в передней и задней головках производится смена уплотнительных узлов 6 и 11, а также выполняется регулировка положения стаскивателей 30 у съемников 16 и 17. Путем вращения винта 32 от гидромотора 31 перемещается ползун 29 с закрепленной в нем гайкой 35 до касания стаскивателя 30 поверхности лыски 23 упорного кольца 21. При переходе на испытание труб другого сортамента по длине производится замена сменной вставки 18.

Далее приводим расчет длины сменной вставки - l.

А. Если пресс рассчитан на испытание труб с постоянной длиной, то полный ход Н_п его главных и вспомогательных цилиндров может быть определен по следующей формуле:

Н_п=2 +2l_y+ H, где

- зазор между трубой и уплотнительным узлом,

l _y - размер длины уплотнительного узла, входящего в трубу,

Н - дополнительный конструктивный ход главного цилиндра, используемый для испытания ремонтных труб с обрезанными концами.

Б. Если пресс рассчитан на испытание труб с большой разницей по длине и на большие диаметры (до 1420 мм), то длина сменной вставки l может определяться по следующей формуле: l= l- H, где

l=l_max-l_ум - разница длины трубы,

H - дополнительный конструктивный ход главного цилиндра,

- наибольшая длина трубы,

- уменьшенная длина трубы.

В. Рассматриваем существующий пресс, рассчитанный на испытание труб только длиной 12000 мм с возможностью испытания ремонтных труб с обрезанными концами, имеющих следующие данные: =50 мм; l_y=200 мм; Н=1000 мм; Н_п=2·50+2·200+1000=1500 мм.

Г. Определяем наибольшую длину сменной вставки l _max, при условии сохранения полного хода главных и вспомогательных цилиндров Н_п=1500 мм и Н=1000 мм, для испытания труб с большой разницей по длине, а именно: ; (такие параметры принимаются для нового пресса).

l=12000-9000=3000 мм.

При этом l_max= l- H=3000-1000=2000 мм. Если не устанавливать сменную вставку, то полный ход цилиндров потребуется равным: Н_п=1500+2000=3500 мм. Это вызывает увеличение на 2000 мм габарита пресса по длине, хода главных и вспомогательных цилиндров, длины направляющих подвижной траверсы и, соответственно, объема масла в гидросистеме пресса. С применением сменной вставки все параметры существующего пресса сохраняются, а технологические возможности пресса по испытанию труб с большой разницей по длине расширяются.

Внедрение данного изобретения позволит реализовать следующие преимущества:

1. Улучшение надежности работы и ремонтопригодности пресса путем обеспечения жесткого соединения промежуточной поперечины вместе с передней головкой и уплотнительным узлом к передней траверсе.

2. Уменьшение металлоемкости, габаритных размеров и эксплуатационных затрат при использовании пресса для испытания труб с большой разницей между наибольшей и наименьшей длиной.

3. Снижение габаритов, массы передней траверсы и, соответственно, ее стоимости.