鋼管水壓試驗(yàn)機(jī)結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀及發(fā)展

1、中國冶金裝備網(wǎng)中國冶金人的網(wǎng)鋼管水壓試驗(yàn)機(jī)結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)摘要：鋼管水壓試驗(yàn)機(jī)是用來對(duì)鋼管進(jìn)行綜合檢查的設(shè)備，在冶金企業(yè)中是必不可少的。本文介紹了鋼管水壓試驗(yàn)機(jī)的系統(tǒng)組成，并從進(jìn)出料形式、密封形式、增壓形式分析了水壓機(jī)的典型結(jié)構(gòu)。針對(duì)水壓試驗(yàn)機(jī)的未來發(fā)展趨勢(shì)做了簡要的分析。Abstract：Hydraulic tester is a equipment which used to inspect the pipe. It is absolutely necessary for metallurgy company. This article introduces the system com

2、pose of hydraulic tester and analyzes some typical structures some as material in and out form、seal form、supercharger form. Also this article gives a brief analysis of the development trend of the hydraulic tester.關(guān)鍵詞：水壓試驗(yàn)機(jī) 進(jìn)出料形式 密封形式 增壓形式Keywords: Hydraulic tester material in and out form seal form

3、 supercharger form51.引言靜水壓力試驗(yàn)機(jī)（以下簡稱水壓機(jī)）是用來檢驗(yàn)鋼管的耐壓性能是否達(dá)到所要求級(jí)別的設(shè)備1。通過向兩端密封的鋼管注滿水（或乳化液），而后加壓到一定的壓力值，觀察鋼管能否保持住壓力，從而確定此鋼管是否達(dá)到相應(yīng)的鋼級(jí)。目前國內(nèi)外的水壓機(jī)打壓試驗(yàn)的鋼管品種從制造工藝上主要包括無縫鋼管和焊管，從用途上主要分套管、油管、管線管、機(jī)械管等，目前所試壓鋼管總的主要技術(shù)規(guī)格如下：鋼管外徑：Æ16mm2420mm；鋼管壁厚：3 mm250mm；鋼管長度：3m18.5m；最大鋼管重量：30t；試驗(yàn)壓強(qiáng)：Max18850psi（130MPa）；2.通用設(shè)備組成水壓機(jī)主

4、要由機(jī)械、液壓、乳化液循環(huán)、電氣控制系統(tǒng)及氣路組成。2.1機(jī)械設(shè)備水壓機(jī)機(jī)械設(shè)備一般包括：進(jìn)料裝置、對(duì)齊沖洗測(cè)長裝置、對(duì)中裝置、水壓機(jī)本體、出料裝置。進(jìn)料裝置的作用是完成對(duì)鋼管的上料。鋼管水壓試驗(yàn)前，需對(duì)鋼管長度進(jìn)行測(cè)量，以及對(duì)鋼管內(nèi)壁進(jìn)行沖洗，在進(jìn)料裝置后布置對(duì)齊沖洗測(cè)長裝置。對(duì)中裝置用于不同直徑鋼管與試壓中心對(duì)正，并對(duì)較小管材進(jìn)行夾緊，防止試壓過程中管體的軸向竄動(dòng)和周向轉(zhuǎn)動(dòng)，保證鋼管試壓的安全要求。本體設(shè)備用于完成對(duì)鋼管的密封，充水、排氣，增壓、保壓、卸壓等整個(gè)的水壓試驗(yàn)過程。本體由充水端、排氣端、機(jī)架、模具等組成。通常排氣端可沿機(jī)架移動(dòng)，通過銷軸與機(jī)加定位，滿足不同長度的鋼管進(jìn)行試壓。出

5、料裝置一般具有空水功能，防止管內(nèi)存水而生銹，并便于鋼管后續(xù)加工。對(duì)于有通徑要求的，還配有通徑裝置。2.2液壓系統(tǒng)包括液壓站及配套閥臺(tái)、管路等。液壓系統(tǒng)除負(fù)責(zé)水壓機(jī)設(shè)備所有液壓元件的動(dòng)作外，其主要用于系統(tǒng)的增壓，在試驗(yàn)壓力較低的情況下可通過高壓水泵進(jìn)行增壓，而試驗(yàn)壓力較高時(shí)多采用液壓增壓方式。由于增壓原理的不同，各規(guī)格水壓機(jī)的液壓系統(tǒng)配置也不盡相同。2.3試壓介質(zhì)循環(huán)系統(tǒng) 試壓介質(zhì)以水為主體，為避免鋼管試壓后產(chǎn)生銹蝕，通常在水中按一定比例添加乳化劑或水溶性防銹油。試壓介質(zhì)通過水泵、增壓器（或高壓水泵）向鋼管內(nèi)注入低壓水和高壓水，試壓后經(jīng)過過濾、沉淀形成在系統(tǒng)內(nèi)的循環(huán)，在多數(shù)情況試壓前管內(nèi)沖洗也通

6、過系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。2.4電氣控制系統(tǒng)2該系統(tǒng)主要由現(xiàn)場(chǎng)傳感器、儀表、PLC組成。PLC接收來自現(xiàn)場(chǎng)傳感器的測(cè)量信號(hào)及操作臺(tái)控制信號(hào)，按照程序設(shè)定有序的協(xié)調(diào)控制充水頭、排氣頭、進(jìn)出料機(jī)構(gòu)、水泵、增壓器等整條試壓線動(dòng)作。負(fù)責(zé)整個(gè)設(shè)備的自動(dòng)運(yùn)行控制和試驗(yàn)數(shù)據(jù)的自動(dòng)保存和歷史數(shù)據(jù)的管理。3.典型結(jié)構(gòu) 水壓機(jī)設(shè)備大體上由以上幾部分組成，但由于鋼管的直徑及長度變化大，適用于不同規(guī)格鋼管的水壓機(jī)設(shè)備還是有很大的差別，這主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。3.1輸送料形式以鋼管進(jìn)入試壓位中心與機(jī)架的相對(duì)位置，分為上進(jìn)料和下進(jìn)料兩種結(jié)構(gòu)。圖1為兩種結(jié)構(gòu)的示意圖。a為上進(jìn)料結(jié)構(gòu)，當(dāng)鋼管上料時(shí)，鋼管經(jīng)由斜臺(tái)架，進(jìn)出管裝置升起回落，夾

7、緊裝置夾緊將鋼管與試壓為中心對(duì)齊。b為下進(jìn)料結(jié)構(gòu)，進(jìn)出料裝置采用步進(jìn)式輸送，鋼管由進(jìn)出料裝置經(jīng)由機(jī)架下面送至試壓位，夾緊升起裝置升起、夾緊將鋼管與試壓為中心對(duì)齊。兩種結(jié)構(gòu)形式相比，上進(jìn)料結(jié)構(gòu)設(shè)備布置緊湊，節(jié)省空間。但如果實(shí)現(xiàn)雙管或多管同時(shí)試壓時(shí)，多采用下進(jìn)料結(jié)構(gòu)，如圖2所示。步進(jìn)式運(yùn)輸臺(tái)架同時(shí)將多根鋼管送至試壓位，如果采用上進(jìn)料結(jié)構(gòu)，用斜臺(tái)架送料則要增加相應(yīng)的分料裝置。 a b圖1 鋼管進(jìn)料結(jié)構(gòu)示意圖Drawing1 The diagrammatic of pipe-in structure(a- up pipe-in b-down pipe-in)圖2 雙管同時(shí)試壓（下進(jìn)料結(jié)構(gòu)）Drawin

8、g2 Two pipe testing at the same time (down pipe-in)3.2密封形式3靜水壓試驗(yàn)設(shè)備的密封形式主要有大間隙徑向密封和端面密封兩種。目前對(duì)于外徑在610mm以下的無縫鋼管，兩端的密封均采用外徑大間隙徑向密封：使用一種比鋼管外徑大一點(diǎn)的組合密封圈套在鋼管兩端外徑上，利用外部加壓，將密封圈壓抱在鋼管外徑以達(dá)到密封的效果。如圖3所示。外徑大間隙徑向密封可實(shí)現(xiàn)高壓水壓試驗(yàn)，目前最大試驗(yàn)壓力可達(dá)到130MPa，但由于此結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的限制，在試壓鋼管兩端存有少量的盲區(qū)。對(duì)于鋼管直徑610mm的鋼管（在我國多為焊管），受密封圈制作工藝的限制，不能采用徑向密封方式，而

9、是多采用端面密封，即鋼管兩端直接與環(huán)形密封件接觸、壓緊，達(dá)到密封效果。如圖4所 示。圖3徑向密封1單向閥、2密封盤、3密封圈、4試壓鋼管由于焊管的壁厚一般50mm，因此，密封環(huán)較窄，也就是窄幅端面密封。目前我國在焊管試壓用水壓機(jī)上所用的密封，基本屬于此類。這種密封，類似于通常所稱的環(huán)形密封。除了窄幅端面密封，還有寬幅端面密封4，如圖5所示，圖中1單向閥、2密封盤、3密封圈、4試壓鋼管。此種密封適用于大直徑大壁厚鋼管。其優(yōu)點(diǎn)是一種規(guī)格的密封盤能同時(shí)滿足多種規(guī)格鋼管的試壓要求，與窄幅端面密封和大間隙徑向密封相比，試壓盤的數(shù)量會(huì)得到極大的減少，且在操作及維護(hù)上降低很多生產(chǎn)成本。窄幅端面密封與寬幅端面

10、密封的選用需充分考慮鋼管的壁厚及試驗(yàn)壓力，在鋼管試壓時(shí)由于內(nèi)部壓力，在鋼管端部會(huì)產(chǎn)生一定的外張變形，在試驗(yàn)壓力較高、壁厚較小時(shí)，采用窄幅端面密封可在一定程度上限制鋼管端部的外張變形，并有利于增長密封圈的使用壽命。而對(duì)于壁厚較大的鋼管，采用寬幅端面密封在一次投資成本、操作維護(hù)方面均有明顯的優(yōu)勢(shì)。圖4 窄幅端面密封，圖5 寬面端面密封Drawing5 Wide end seal3.3增壓形式水壓機(jī)是利用油水平衡控制對(duì)鋼管進(jìn)行靜水壓試驗(yàn)的。管端的密封形式不同，所采用的增壓形式也不同。圖6是徑向密封所采用的增壓結(jié)構(gòu)。常見的徑向密封所采用的結(jié)構(gòu)有兩種。圖6-a中增壓缸直接安裝在充水端上。水的體積可壓縮量

11、很小，當(dāng)受到外力擠壓時(shí)，其內(nèi)部壓強(qiáng)就可以明顯升高。根據(jù)力的平衡原理，增壓缸活塞兩端的壓力相等，由于活塞兩端的面積不同，這樣在一側(cè)用較小的壓強(qiáng)，另一側(cè)就會(huì)達(dá)到較大的壓強(qiáng)，從而滿足鋼管試壓時(shí)的壓強(qiáng)要求。此種結(jié)構(gòu)的增壓比大，可用于鋼管試壓壓力要求高的結(jié)構(gòu)中。具體工藝過程：當(dāng)鋼管到達(dá)試壓壓中心后，充水端和排氣端從兩端分別套入管頭，鋼管進(jìn)入密封模具。預(yù)密封增壓器動(dòng)作，試壓介質(zhì)分別通過充水端和排氣端的梭閥進(jìn)入兩端密封模具的外圈，使密封產(chǎn)生徑向壓縮力，而封緊管子周圍為試壓創(chuàng)造條件，到設(shè)定壓力后，充水閥、排氣閥被分別打開，乳化液進(jìn)入管子內(nèi)腔并把氣體從排氣閥出口排出，當(dāng)管子內(nèi)空氣排干凈后，排氣閥、充水閥被分別關(guān)

12、閉，增壓缸前進(jìn)向被試管內(nèi)增壓，當(dāng)壓力大于預(yù)密封增壓器的壓力時(shí)，密封環(huán)腔和鋼管內(nèi)同時(shí)升壓，升至設(shè)定壓力時(shí)，進(jìn)行保壓、計(jì)時(shí)。到達(dá)保壓時(shí)間卸壓，增壓缸卸壓，預(yù)密封增壓器后退，密封環(huán)腔內(nèi)的壓力下降，密封在彈性力的作用下脹開，增壓缸后退到位。充水端和排氣端退回，試壓介質(zhì)經(jīng)開口處自由流出，試壓結(jié)束。 a b圖6 徑向密封增壓原理(a-增壓缸,b-外置增壓器)Drawing7 The element of supercharger for radial seal圖6-b中增壓器外置，與設(shè)備獨(dú)立開，可選擇多個(gè)增壓器，每個(gè)增壓器的增壓比不同，可根據(jù)試驗(yàn)壓力選擇合適的增壓比。當(dāng)鋼管充水、排氣結(jié)束后，試壓介質(zhì)經(jīng)由充

13、水端注入鋼管，鋼管內(nèi)的乳化液受到高壓乳化液的作用，壓力升高。由于鋼管內(nèi)原有的乳化液壓力很低，而且水可壓縮的體積小，因此此種結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的壓強(qiáng)，比上一種結(jié)構(gòu)低。此種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是增壓器的檢查及維修都比上種結(jié)構(gòu)容易，充水端和排氣端設(shè)計(jì)成相同的結(jié)構(gòu)，方便備件。但由于增壓器外置，相應(yīng)的增加了液壓系統(tǒng)的成本。圖7為端面密封的增壓原理5。密封盤安裝在注水端試壓頭和排氣端試壓頭上，通過施加在注水端試壓頭和排氣端試壓頭間的夾持力，使密封盤上的密封材料達(dá)到一定的變形而實(shí)現(xiàn)其密封的作用。在圖7中，主油缸與排氣端試壓頭是固定不動(dòng)的，通過油路增壓使注水端試壓頭移動(dòng)，從而產(chǎn)生一定的夾持力。通過水路增壓繼續(xù)注入高壓水使試壓管內(nèi)

14、的水壓不斷提高，當(dāng)水壓達(dá)到試壓管規(guī)定的試驗(yàn)壓力時(shí)，注水停止，保持壓力到一定的時(shí)間（一般為5到10秒即可）水壓不下降，證明試壓管通過這項(xiàng)質(zhì)量測(cè)試。增壓的全過程遵循一個(gè)油液平衡的原則。所指平衡為力的平衡，通過壓力傳感器的信號(hào)傳遞，實(shí)現(xiàn)主油缸與測(cè)試管內(nèi)的力的平衡，保證試壓盤密封不泄漏。此種結(jié)構(gòu)適用于大直徑，低試驗(yàn)壓力的情況。圖7 端面密封增壓原理Drawing7 The element of supercharger for end seal4.發(fā)展趨勢(shì)近幾年來，水壓機(jī)產(chǎn)品的發(fā)展日趨成熟，水壓機(jī)的設(shè)計(jì)逐步向集成化發(fā)展，隨著鋼管制造水平的不斷提高，與之配套水壓試驗(yàn)設(shè)備仍有很大的發(fā)展空間。4.1提升生產(chǎn)能力目前在鋼管生產(chǎn)線的投產(chǎn)水壓試驗(yàn)設(shè)備，其實(shí)際產(chǎn)能很少有能夠達(dá)到其工藝指標(biāo)所要求的生產(chǎn)能力，進(jìn)一步通過改善物料輸送方式、注水排氣、增壓等關(guān)鍵技