管端機械擴徑是重大管線用螺旋焊管提高管(guan)端幾何尺寸(cun)精度(du)、方便管(guan)道施工的(de)重要工藝環節, 通(tong)過(guo)對管(guan)端擴徑力的(de)計算與分析, 校核了(le)(le)設(she)備(bei)(bei)的(de)能力, 提出了(le)(le)設(she)備(bei)(bei)改進方案, 并在西二(er)線(xian)大口(kou)徑螺旋焊管(guan)生產設(she)備(bei)(bei)改造(zao)實踐中得到成功驗證, 設(she)備(bei)(bei)的(de)可靠性得到保證。 0 前言 西

　　管(guan)(guan)端(duan)機械(xie)擴(kuo)(kuo)徑是重大(da)(da)管(guan)(guan)線用螺(luo)旋焊管(guan)(guan)提(ti)高管(guan)(guan)端(duan)幾何尺寸(cun)精(jing)度、方(fang)便(bian)管(guan)(guan)道施(shi)工(gong)的(de)(de)重要工(gong)藝(yi)環節, 通(tong)過對管(guan)(guan)端(duan)擴(kuo)(kuo)徑力(li)的(de)(de)計算與分析, 校核了設(she)(she)(she)備(bei)的(de)(de)能力(li), 提(ti)出了設(she)(she)(she)備(bei)改進(jin)方(fang)案, 并在西二線大(da)(da)口徑螺(luo)旋焊管(guan)(guan)生產設(she)(she)(she)備(bei)改造實踐(jian)中得到成(cheng)功驗證, 設(she)(she)(she)備(bei)的(de)(de)可靠性得到保證。

　　0　前言

　　西(xi)氣(qi)(qi)(qi)東(dong)輸(shu)一(yi)(yi)線(xian)(xian)(xian)(xian)(xian)是僅次于三峽工(gong)程(cheng)的跨世(shi)紀工(gong)程(cheng),西(xi)氣(qi)(qi)(qi)東(dong)輸(shu)二(er)線(xian)(xian)(xian)(xian)(xian)已于2008年初開(kai)工(gong)建(jian)設, 西(xi)起新疆的霍爾果斯, 經西(xi)安、南(nan)昌, 南(nan)下廣州, 東(dong)至上(shang)海, 干線(xian)(xian)(xian)(xian)(xian)全長4 859km, 加上(shang)若干條支線(xian)(xian)(xian)(xian)(xian), 管道總長度超(chao)(chao)過(guo)(guo)7 000km, 于2010年建(jian)成通(tong)氣(qi)(qi)(qi)。西(xi)氣(qi)(qi)(qi)東(dong)輸(shu)二(er)線(xian)(xian)(xian)(xian)(xian)的建(jian)設里程(cheng)和(he)(he)投資都遠遠超(chao)(chao)過(guo)(guo)西(xi)氣(qi)(qi)(qi)東(dong)輸(shu)一(yi)(yi)線(xian)(xian)(xian)(xian)(xian), 其中螺旋焊管鋼級、厚度和(he)(he)口徑均比西(xi)一(yi)(yi)線(xian)(xian)(xian)(xian)(xian)明(ming)顯(xian)提(ti)高, 達到了(le)X80, <1 219mm ×18.4mm。管端(duan)擴徑機(ji)作為螺旋焊管生產線(xian)(xian)(xian)(xian)(xian)精整(zheng)段關鍵設備之一(yi)(yi), 國內(nei)(nei)大多(duo)數(shu)制管企業基本上(shang)是在西(xi)氣(qi)(qi)(qi)東(dong)輸(shu)一(yi)(yi)線(xian)(xian)(xian)(xian)(xian)建(jian)設過(guo)(guo)程(cheng)中才(cai)投入使用(yong)的,由(you)于當時(shi)國內(nei)(nei)對機(ji)械(xie)擴徑關鍵技(ji)術(shu)研(yan)究和(he)(he)應用(yong)較(jiao)少,同(tong)時(shi)對國內(nei)(nei)外油氣(qi)(qi)(qi)管線(xian)(xian)(xian)(xian)(xian)日新月異(yi)的發展(zhan)趨勢(shi)也始(shi)料未及, 制管設備近年來(lai)更新換代的步伐明(ming)顯(xian)加快, 所以, 在西(xi)氣(qi)(qi)(qi)東(dong)輸(shu)二(er)線(xian)(xian)(xian)(xian)(xian)鋼管試(shi)制和(he)(he)試(shi)生產中, 設備原來(lai)的薄弱(ruo)環(huan)節也逐漸表現出來(lai), 迄待及時(shi)改進提(ti)高。

　　1　管端擴徑機的結構及工作(zuo)原理

　　1.1　擴徑機(ji)主要結構簡介

　　為(wei)了簡化管端(duan)擴(kuo)徑(jing)(jing)(jing)機(ji)的(de)(de)(de)結構, 一般設置專門(men)崗(gang)位(wei)提(ti)前去除(chu)擴(kuo)徑(jing)(jing)(jing)范圍內的(de)(de)(de)內焊縫(feng)(feng)凸出母(mu)材(cai)(cai)部(bu)分(fen)(fen)(fen)(fen), 使焊縫(feng)(feng)處(chu)的(de)(de)(de)曲(qu)率與焊縫(feng)(feng)附近(jin)母(mu)材(cai)(cai)處(chu)的(de)(de)(de)曲(qu)率一致(zhi); 鋼管的(de)(de)(de)移動(dong)動(dong)作(zuo)由其它輔助機(ji)構完成(cheng); 人(ren)工(gong)管端(duan)清理內壁, 去除(chu)氧化皮及(ji)污物, 保證(zheng)擴(kuo)徑(jing)(jing)(jing)頭模片及(ji)錐體的(de)(de)(de)清潔; 人(ren)工(gong)檢查擴(kuo)徑(jing)(jing)(jing)前后鋼管具(ju)有的(de)(de)(de)直徑(jing)(jing)(jing)和(he)橢圓度。擴(kuo)徑(jing)(jing)(jing)機(ji)組(zu)成(cheng)分(fen)(fen)(fen)(fen)為(wei)主機(ji)部(bu)分(fen)(fen)(fen)(fen)和(he)輔機(ji)部(bu)分(fen)(fen)(fen)(fen), 主機(ji)部(bu)分(fen)(fen)(fen)(fen)有滑(hua)座、龍門(men)機(ji)架、提(ti)升裝置、主油缸及(ji)擴(kuo)徑(jing)(jing)(jing)單元等(deng), 輔機(ji)部(bu)分(fen)(fen)(fen)(fen)有液壓、潤(run)滑(hua)和(he)電(dian)氣(qi)系(xi)統等(deng)。主機(ji)結構如(ru)圖1所示(shi)。

　　圖1　主機結構

　　主機部分功能如(ru)下:滑(hua)(hua)座。滑(hua)(hua)座由床(chuang)身、滑(hua)(hua)板及油缸(gang)等零部件組成(cheng),液壓油缸(gang)驅動滑(hua)(hua)板移(yi)動, 滑(hua)(hua)板滑(hua)(hua)道上設置有稀油潤(run)滑(hua)(hua)油孔(kong)和油槽, 以減(jian)小床(chuang)身移(yi)動阻力并(bing)減(jian)少(shao)磨損。

　　龍門機架(jia)。龍門機架(jia)安(an)(an)裝(zhuang)(zhuang)在(zai)滑(hua)座上, 是為(wei)了擴徑單(dan)元垂直(zhi)移(yi)動(dong)而(er)設計的(de)(de), 可隨滑(hua)板(ban)前(qian)后移(yi)動(dong)。龍門架(jia)兩立(li)柱為(wei)安(an)(an)裝(zhuang)(zhuang)架(jia)提(ti)(ti)供垂直(zhi)移(yi)動(dong)導軌, 橫梁上安(an)(an)裝(zhuang)(zhuang)有安(an)(an)裝(zhuang)(zhuang)架(jia)的(de)(de)提(ti)(ti)升裝(zhuang)(zhuang)置, 這樣可使安(an)(an)裝(zhuang)(zhuang)在(zai)安(an)(an)裝(zhuang)(zhuang)架(jia)上的(de)(de)擴徑單(dan)元中(zhong)心隨著不同規格鋼管中(zhong)心而(er)調整。

　　提(ti)(ti)升(sheng)裝(zhuang)(zhuang)置(zhi)。提(ti)(ti)升(sheng)裝(zhuang)(zhuang)置(zhi)由(you)電(dian)機、減速機、蝸桿(gan)- 蝸輪(lun)及(ji)(ji)絲(si)桿(gan)絲(si)母(mu)機構組成, 可完成擴(kuo)(kuo)徑(jing)單(dan)元(yuan)的(de)升(sheng)降調整運動, 它(ta)的(de)行程控制(zhi)采用了編碼器點位(wei)數(shu)字控制(zhi)技術。油(you)缸及(ji)(ji)擴(kuo)(kuo)徑(jing)單(dan)元(yuan)。油(you)缸安裝(zhuang)(zhuang)在安裝(zhuang)(zhuang)架后端, 擴(kuo)(kuo)徑(jing)單(dan)元(yuan)安裝(zhuang)(zhuang)于支撐(cheng)盤(pan)(pan)的(de)前(qian)端, 通過活塞桿(gan)及(ji)(ji)活塞桿(gan)端部(bu)安裝(zhuang)(zhuang)的(de)錐(zhui)體把二者聯(lian)接(jie)起來(lai)。擴(kuo)(kuo)徑(jing)單(dan)元(yuan)的(de)主(zhu)要(yao)部(bu)件(jian)為支撐(cheng)盤(pan)(pan), 它(ta)主(zhu)要(yao)用來(lai)安裝(zhuang)(zhuang)模具(ju), 并為模具(ju)移動提(ti)(ti)供(gong)導向及(ji)(ji)支撐(cheng)作(zuo)用, 支撐(cheng)盤(pan)(pan)周邊上(shang)設置(zhi)了12 個小(xiao)油(you)缸,以滿足模塊對中復位(wei)。

　　1.2　管端擴徑工作原理(li)

　　管端機械擴徑是在擴徑模具的作用下,使管坯端部一定范(fan)圍(wei)直徑擴大的一種成形工藝(yi), 機械擴徑的工藝(yi)原理如圖2所示。

　　圖(tu)2　機械擴徑原理(li)

　　每種鋼(gang)(gang)管(guan)(guan)(guan)規(gui)格相(xiang)對應的(de)模(mo)(mo)(mo)具均(jun)由12 塊(kuai)(kuai)(kuai)(kuai)模(mo)(mo)(mo)塊(kuai)(kuai)(kuai)(kuai)組(zu)成(cheng), 模(mo)(mo)(mo)塊(kuai)(kuai)(kuai)(kuai)底面緊貼在(zai)正十二棱錐(zhui)的(de)錐(zhui)面上(shang)可(ke)以(yi)(yi)滑(hua)動(dong), 其后端(duan)面可(ke)沿支撐盤做(zuo)徑(jing)(jing)向(xiang)移動(dong), 支撐盤上(shang)開有T型槽, T型槽內裝(zhuang)有T型滑(hua)塊(kuai)(kuai)(kuai)(kuai), 12 塊(kuai)(kuai)(kuai)(kuai)模(mo)(mo)(mo)塊(kuai)(kuai)(kuai)(kuai)用(yong)螺釘分(fen)(fen)(fen)別與T型滑(hua)塊(kuai)(kuai)(kuai)(kuai)聯(lian)接(jie), 模(mo)(mo)(mo)塊(kuai)(kuai)(kuai)(kuai)由圓(yuan)弧型模(mo)(mo)(mo)片與模(mo)(mo)(mo)座聯(lian)結組(zu)成(cheng), 模(mo)(mo)(mo)塊(kuai)(kuai)(kuai)(kuai)的(de)端(duan)面還通過(guo)止口與T型滑(hua)塊(kuai)(kuai)(kuai)(kuai)定(ding)位聯(lian)結。錐(zhui)體與拉(la)桿通過(guo)螺母聯(lian)結在(zai)一(yi)(yi)起。擴(kuo)(kuo)(kuo)徑(jing)(jing)時(shi)(shi)靠動(dong)力源(油缸(gang)) 拉(la)動(dong)拉(la)桿, 當(dang)拉(la)桿受到(dao)水平方向(xiang)的(de)拉(la)力往(wang)復(fu)運動(dong)時(shi)(shi), 錐(zhui)體也水平移動(dong), 模(mo)(mo)(mo)塊(kuai)(kuai)(kuai)(kuai)外(wai)徑(jing)(jing)也就反(fan)復(fu)“擴(kuo)(kuo)(kuo)大(da)- 縮小(xiao)”變(bian)化。模(mo)(mo)(mo)塊(kuai)(kuai)(kuai)(kuai)外(wai)圓(yuan)縮小(xiao)時(shi)(shi), 將(jiang)直徑(jing)(jing)規(gui)格相(xiang)應的(de)鋼(gang)(gang)管(guan)(guan)(guan)套在(zai)模(mo)(mo)(mo)塊(kuai)(kuai)(kuai)(kuai)外(wai)圓(yuan)上(shang), 當(dang)模(mo)(mo)(mo)塊(kuai)(kuai)(kuai)(kuai)向(xiang)外(wai)擴(kuo)(kuo)(kuo)張時(shi)(shi), 鋼(gang)(gang)管(guan)(guan)(guan)母材沿鋼(gang)(gang)管(guan)(guan)(guan)周(zhou)向(xiang)被(bei)拉(la)伸而產生(sheng)塑性變(bian)形(xing), 同(tong)(tong)時(shi)(shi)使(shi)管(guan)(guan)(guan)徑(jing)(jing)向(xiang)外(wai)擴(kuo)(kuo)(kuo)脹。嚴格控(kong)制模(mo)(mo)(mo)具擴(kuo)(kuo)(kuo)張量, 一(yi)(yi)般由脈(mo)沖編碼(ma)器(qi)測量主油缸(gang)行程, 達到(dao)精確設定(ding)和控(kong)制擴(kuo)(kuo)(kuo)徑(jing)(jing)量的(de)目的(de), 可(ke)以(yi)(yi)得到(dao)尺寸(cun)、圓(yuan)度(du)(du)等精度(du)(du)很高的(de)管(guan)(guan)(guan)端(duan)形(xing)狀(zhuang), 這一(yi)(yi)過(guo)程就稱為管(guan)(guan)(guan)端(duan)擴(kuo)(kuo)(kuo)徑(jing)(jing), 其目的(de)是(shi)為了管(guan)(guan)(guan)端(duan)整圓(yuan), 管(guan)(guan)(guan)端(duan)直徑(jing)(jing)統一(yi)(yi)。對于不(bu)同(tong)(tong)規(gui)格的(de)管(guan)(guan)(guan)徑(jing)(jing), 只需(xu)更換不(bu)同(tong)(tong)的(de)模(mo)(mo)(mo)具即(ji)可(ke)滿(man)足要求。管(guan)(guan)(guan)端(duan)經過(guo)擴(kuo)(kuo)(kuo)徑(jing)(jing)后, 可(ke)消除(chu)成(cheng)型和焊接(jie)產生(sheng)的(de)部分(fen)(fen)(fen)內應力, 使(shi)內應力沿管(guan)(guan)(guan)壁分(fen)(fen)(fen)布較均(jun)勻, 擴(kuo)(kuo)(kuo)徑(jing)(jing)段的(de)直徑(jing)(jing)尺寸(cun)及(ji)圓(yuan)度(du)(du)能夠達到(dao)規(gui)定(ding)的(de)精度(du)(du)。

　　2　設備改造后使用(yong)效(xiao)果

　　核(he)心改(gai)造部分結(jie)構如圖4 所示。改(gai)造后設備立(li)即投入西(xi)氣東輸(shu)二(er)線(xian)螺旋焊管(guan)(guan)生產過程(cheng)中(zhong), 經過近一年(nian)多時(shi)間使用(yong)表明(ming), 設備機械(xie)部分和(he)液壓系統運行正常, 未出現任何設備事故(gu), 西(xi)氣東輸(shu)二(er)線(xian)鋼管(guan)(guan)管(guan)(guan)端周長和(he)橢圓(yuan)度完(wan)全(quan)達到(dao)了標準規定, 基本杜(du)絕了管(guan)(guan)徑超差造成(cheng)的報廢和(he)降級現象, 大大提高了鋼管(guan)(guan)合格率。

　　從在西氣東輸二線(xian)管(guan)道施工(gong)用戶回訪(fang)中反映, 寶雞石油(you)鋼(gang)(gang)管(guan)有(you)限責任公司本部所生產的(de)(de)(de)20 多(duo)萬(wan)t鋼(gang)(gang)管(guan)橢圓(yuan)度(du)好, 易于施工(gong), 質量(liang)達到(dao)了國際先進水平,加快了施工(gong)進度(du), 深受(shou)施工(gong)單位的(de)(de)(de)歡迎, 取得了良好的(de)(de)(de)經濟效(xiao)益和社會效(xiao)益。該項改造(zao)方案(an)也已成為(wei)其(qi)它兄弟管(guan)廠(chang)改造(zao)參考的(de)(de)(de)模式之一。

　　3　結束語

　　機(ji)械擴(kuo)徑(jing)工藝簡單(dan), 模(mo)具磨(mo)損時(shi)可進行調整補償, 螺旋焊管(guan)管(guan)端經過機(ji)械擴(kuo)徑(jing)工藝, 具有(you)端部尺寸精(jing)確的優(you)點(dian), 對于保證厚壁、高屈服強度(du)及(ji)大口徑(jing)規格的鋼管(guan)的幾(ji)何尺寸精(jing)度(du)至(zhi)關重要, 為(wei)水壓試驗、鋼管(guan)對接等(deng)后(hou)道工序創(chuang)造了(le)極大的便利條(tiao)件。今后(hou)幾(ji)年是管(guan)道建(jian)(jian)設的高峰(feng)期, 僅(jin)中國石油就將新建(jian)(jian)各類油氣管(guan)道34條(tiao), 總(zong)里程3.7萬km, 超過前50年的總(zong)和(he),這為(wei)X80以上大口徑(jing)高強度(du)焊管(guan)擴(kuo)徑(jing)機(ji)的生產應用(yong)提(ti)供了(le)難得的發展機(ji)遇(yu)。