CN104061271B - 一种作用力在中心线上的通径机缓冲*** - Google Patents

Abstract

本发明涉及钢管通径设备使用的枪膛缓冲技术领域，本发明的一种作用力在中心线上的通径机缓冲***，包括枪膛及其水平贯穿枪膛左侧面的缓冲气缸，所述缓冲气缸缸杆右端部通过螺钉固定有缓冲垫总成并且缓冲垫总成右端面为圆弧型的缓冲接触头；所述缓冲气缸通过软气管连接有安装与其上的缓冲气缸控制阀组；所述枪膛内设置有位于缓冲气缸右侧的偏心套筒缓冲装置。通径工具与其接触的受力作用点始终在圆球面最高点，即作用在缓冲气缸缸杆的冲击力始终与缸杆在同一轴线上，不产生偏心力，使缓冲气缸缸杆不易折断；快速排气阀的出气口设有节流阀，能够控制排出气体的速度，从而控制缓冲气缸回退速度，进而控制通径工具产生的冲击。

Description

一种作用力在中心线上的通径机缓冲***

技术领域

本发明涉及钢管通径设备使用的枪膛缓冲技术领域，具体是一种作用力在中心线上的通径机缓冲***。

背景技术

随着我国石油天然气工业的快速发展，油井深度的不断增加，对油管、套管的需求量日益增加的同时，其要求也越来越严格。这些钢管在出厂前都要经过一系列的检验，其中一道重要的工序就是钢管直线度、圆度的检测，通常称为通径。API管材标准化委员会也对通径标准做出了明确规定，以保证钢管质量的可靠性。目前，各大钢管生产企业所使用的通径设备分为气动式和机械式，因气动通径机的占地面积小、效率高等特点在生产企业得到广泛应用。

气动通径机是以空气为动力源，通过气体的正负压力驱动通径工具沿钢管内壁从一端运行到另一端的设备。在通径机的前枪膛内安装有缓冲装置，用于接收和缓冲通径工具的冲击。因为通径机所适用钢管的直径和壁厚均会发生变化，而支撑钢管的V型台架标高是固定的，这就导致规格不同的钢管对应缓冲装置时总是偏心的。

这种偏心使得缓冲气缸缸杆每次缓冲通径工具时都受到偏心力作用，尤其在生产小直径钢管时更为明显，导致缓冲气缸缸杆在连续工作中经常折断，影响整个生产线的效率和运行成本；缓冲气缸在受到通径工具的瞬间冲击时反应过慢，当气量过大时容易使通径工具反弹出枪膛，导致生产故障，严重时损坏生产产品或设备；通径工具在偏心套筒内的运动，需要偏心套筒前后浮动，原有的支撑复位装置由两侧弹簧顶杆组成，由于管体内有杂质、丝扣油等，长期运行时将弹簧卡死，偏心套筒无法浮动，对枪膛后端盖造成刚性冲击，损坏连接螺栓，造成安装工具和检修的困难。

发明内容

本发明的目的是克服现有通径工具对缓冲气缸的冲击过大容易造成气缸损坏和缓冲气缸由于通径工具直径变化带来的冲击力偏离气缸中心线对其杠杆造成轴向切向力的破坏。

为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种作用力在中心线上的通径机缓冲***，包括枪膛及其水平贯穿枪膛左侧面的缓冲气缸，所述缓冲气缸缸杆右端部通过螺钉固定有缓冲垫总成并且缓冲垫总成右端面为圆弧型的缓冲接触头；所述缓冲气缸通过软气管连接有安装与其上的缓冲气缸控制阀组；所述枪膛内设置有位于缓冲气缸右侧和偏心套筒左侧的偏心套筒缓冲装置。

所述缓冲气缸包括气缸第一腔室和气缸第二腔室；所述缓冲气缸控制阀组包括与气缸第一腔室和气缸第二腔室连接的三位五通电控换向阀和与缓冲气缸的气缸第一腔室连接的快速排气阀。

所述三位五通电控换向阀出气口分成第一气路与第二气路；所述三位五通电控换向阀通过第一气路与第二气路分别与气缸的气缸第一腔室和气缸第二腔室连接；所述气缸第一腔室设有四个气口，所述第一气路与任意之一气口连接并且第一气路中间设置有快速排气阀，其余三个气口通过三根软气管与第一气路的快速排气阀下部连接并且软气管中间各设有快速排气阀。

所述枪膛内壁上顶部轴向设有定位块；所述偏心套筒缓冲装置包括刚性支架及套接其外壁右端的支撑板和弹性体；所述支撑板和弹性体整体一个水平面注塑而成；所述偏心套筒缓冲装置外壁顶部轴向制有与定位块匹配的定位槽。

本发明的技术效果和优点如下：

本发明的一种作用力在中心线上的通径机缓冲***，包括枪膛及其水平贯穿枪膛左侧面的缓冲气缸，所述缓冲气缸缸杆右端部通过螺钉固定有缓冲垫总成并且缓冲垫总成右端面为圆弧型的缓冲接触头；所述缓冲气缸通过软气管连接有安装与其上的缓冲气缸控制阀组；所述枪膛内设置有位于缓冲气缸右侧和偏心套筒左侧的偏心套筒缓冲装置。

通径工具与其接触的受力作用点始终在圆球面最高点，所以通径工具产生的冲击力的始终作用在缓冲垫总成的圆球面最高点，即作用在缓冲气缸缸杆的冲击力始终与缸杆在同一轴线上，不产生偏心力，使缓冲气缸缸杆不易折断；快速排气阀的出气口设有节流阀，能够控制排出气体的速度，从而控制缓冲气缸回退速度，进而控制通径工具产生的冲击力。

本发明具有结构简单，稳定性好，可靠性高，降低成本，提高生产效率等优点。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图。

图2是规格不同的钢管对应的通径工具偏心状况示意图。

图3是本发明实施前后缓冲垫总成的受力状况对比。

图4是缓冲气缸控制阀组的气控***原理图。

图5是偏心套筒缓冲装置的结构主视图。

图6是图5的A-A方向剖视图。

图7是本发明枪膛和偏心套筒缓冲装置配合示意图。

附图中：1、缓冲接触头；2、缓冲气缸控制阀组；3、缓冲气缸；4、缓冲垫总成；5、软气管；6、枪膛；7、快速排气阀；8、第一气路；9、第二气路；10、气缸第一腔室；11、气缸第二腔室；12、气口；13、三位五通电控换向阀；14、偏心套筒缓冲装置；15、刚性支架；16、弹性体；17支撑板；18、第一通径工具；19、检测发讯装置；20、偏心套筒；21、第二通径工具；22、现有缓冲接触头；23.定位块；24、定位槽；25、弧度钢片；26、左卡箍；27、右卡箍。

具体实施方式

下面结合附图对发明详细描述本发明的实施例。

实施例1，参照图1～3、5、6，其中图3中，a（现有缓冲接触头22为作用对象）和b（缓冲接触头1为作用对象）分别为实施前后大管径第二通径工具21作用力情况；c（现有缓冲接触头22为作用对象）和d（缓冲接触头1为作用对象）分别为实施前后小管径第一通径工具18作用力情况；技术方案如下：

一种作用力在中心线上的通径机缓冲***，包括枪膛6及其水平贯穿枪膛6左侧面的缓冲气缸3，所述缓冲气缸3缸杆右端部通过螺钉固定有缓冲垫总成4并且缓冲垫总成4右端面为圆弧型的缓冲接触头1；所述缓冲气缸3通过软气管5连接有安装与其上的缓冲气缸控制阀组2；所述枪膛6内设置有位于缓冲气缸3右侧和偏心套筒20左侧的偏心套筒缓冲装置14。所述的缓冲垫总成即气缸杠杆右端通过螺钉固定的圆弧形型的缓冲接触头。

参照图1、2，当有钢管需要检测时，枪膛前进使其前端面与钢管前端面靠紧，偏心套筒保证其内壁尺寸和中心线与被测钢管一致。缓冲气缸带动缓冲垫总成伸出至前端，将通径工具推进偏心套筒。向枪膛内通入正压空气后，通径工具被吹入钢管进行检测，钢管尾端挡板发讯，认为通径工具已经全长检测合格后；向枪膛内通入负压空气，通径工具经过钢管、偏心套筒被吸回枪膛。由于缓冲气缸控制阀组的前端设置有检测发讯装置，当通径工具经过偏心套筒时，偏心套筒缓冲装置缓冲并支撑复位偏心套筒。当缓冲垫总成的圆弧面与通径工具接触后，因冲击力作用使缓冲气缸缸杆后退，检测发讯装置19前端失去讯号，此时缓冲气缸控制阀组上的快速排气阀在压力作用下自动快速排气，减慢通径工具的速度并降低冲击力，待中间位置发讯后，缓冲气缸控制阀组上的换向阀控制缓冲气缸后退至后端，检测发讯装置19后端发讯，完成缓冲过程，同时停止供负压空气。随后，缓冲气缸在缓冲气缸控制阀组上换向阀的作用下前进到行程最前端，检测发讯装置前端发讯，等待下一次检测。该检测发讯装置19和缓冲气缸控制阀组均为公知技术，这里不做详细描述。

参照图3，发明实施前，当钢管直径发生变化时，通径工具的中心线是变化的，其在改进前的缓冲垫总成上的受力作用点也是变化的，作用在缓冲气缸缸杆的冲击力始终是偏心状态，使缓冲气缸的缸杆易于折断。

参照图3，发明实施后，当钢管直径发生变化时，通径工具的中心线同样是变化的，因为缓冲垫总成的端面为具有一定弧度的圆球面，通径工具与其接触的受力作用点始终在圆球面最高点，所以通径工具产生的冲击力的始终作用在缓冲垫总成的圆球面最高点，即作用在缓冲气缸缸杆的冲击力始终与缸杆在同一轴线上，不产生偏心力，使缓冲气缸缸杆不易折断。

实施例2，参照附图1-7描述。

在实施例1的基础上，所述缓冲气缸3包括气缸第一腔室10和气缸第二腔室11；所述缓冲气缸控制阀组2包括与气缸第一腔室10和气缸第二腔室11连接的三位五通电控换向阀13和与缓冲气缸3的气缸第一腔室10连接的快速排气阀7。

所述三位五通电控换向阀13出气口分成第一气路8与第二气路9；所述三位五通电控换向阀13通过第一气路8与第二气路9分别与气缸的气缸第一腔室10和气缸第二腔室11连接；所述气缸第一腔室10设有四个气口12，所述第一气路8与任意之一气口12连接并且第一气路8中间设置有快速排气阀7，其余三个气口12通过三根软气管5与第一气路8的快速排气阀7下部连接并且软气管5中间各设有快速排气阀7。

如图6、图7所示，所述枪膛6内壁上顶部轴向设有定位块；所述偏心套筒缓冲装置14包括刚性支架15及套接其外壁右端的支撑板17和弹性体16；所述支撑板17和弹性体16整体一个水平面注塑而成；所述偏心套筒缓冲装置14外壁顶部轴向制有与定位块匹配的定位槽24。（定位槽开在刚性支架15、支撑板17和弹性体16的顶部，三件一致，定位键长度为偏心套筒缓冲装置的长度上）

所述的定位块23在枪膛内壁左端延伸至偏心套筒右端；所述的定位槽在偏心套筒缓冲装置外壁上部。所述刚性支架15由两端的环形卡箍（左卡箍26、右卡箍27）和至少三片同样弧度钢片25组成，所述弧度钢片25整体呈环形同轴排布于两端环形卡箍之内卡接组成。

参照图4，缓冲气缸控制阀组由一件三位五通电控换向阀和四件快速排气阀组成，缓冲气缸的缓冲腔有四个气口，分别与四件快速排气阀连接。通常情况下，缓冲气缸的前后运行通过三位五通电控换向阀来实现；当缓冲气缸的缓冲腔压力剧增时，压力使快速排气阀中的单向阀换向，气体再不通过换向阀排出，直接通过快速排气阀排出，***中有四件快速排气阀，能够快速的将缓冲腔的气体排除。快速排气阀的出气口设有节流阀，能够控制排出气体的速度，从而控制缓冲气缸回退速度，进而控制通径工具产生的冲击力。

本发明的工作原理为：

通过***工况分析1，导致偏心套筒20不能浮动的主要原因是弹簧顶杆失效。因为管体内的杂质和丝扣油等不可能避免，当杂物进入弹簧等零件间隙后导致弹簧失效，通径工具的作用对枪膛后端盖造成刚性冲击，损坏连接螺栓，造成安装工具和检修的困难。避免前后浮动的失效，就要解决枪膛内遗留杂质问题，使得杂质能够随气流排出枪膛。用偏心套筒缓冲装置代替弹簧顶杆，使偏心套筒前后浮动时，偏心套筒缓冲装置的整个面受力，两者之间没有间隙，这样既保证了作用力在中心线上，又能很好的解决杂物无堆积并随气流排除的问题。偏心套筒缓冲装置是在刚性支撑板上浇筑弹性材料体，使其具有刚度和弹性，保证偏心套筒的前后浮动，具备缓冲和支撑复位功能。

通过***的受力状况分析2，确定缓冲气缸缸杆易于折断的原因在于旧缓冲垫总成的受力点总是处于偏心状态，每一个工作周期，通径工具都会对缸杆施加一个较大的冲击力，反复多次的疲劳破坏使得缓冲气缸的缸杆易于折断。对于不同规格直径的钢管，其通径工具作用在旧缓冲垫总成的偏心距离也不同。通过改变缓冲垫的受力作用点，消除缓冲垫上的偏心受力，使得对于不同规格直径的钢管，其通径工具产生的冲击力都能作用在缓冲垫总成的中心线上，从而保证缓冲气缸的缸杆没偏心受力。将缓冲垫前端缓冲接触部分由平面改成具有一定弧度的圆球面，使得通径工具的平端面始终接触缓冲垫的圆弧面最高点，这样受力点固定为一点，保证了冲击力作用在缓冲垫总成的中心线上。根据不同管径偏心量的不同，确定缓冲垫总成与枪膛的偏心距离，保证大小管径所使用的通径工具的平端面都能作用在缓冲垫的圆弧面最高点。

通过***工况分析3，确定缓冲气缸缸杆易于折断和通径工具反弹出枪膛的原因在于通径工具瞬间接触缓冲垫总成时，缓冲气缸的缓冲腔气体不能快速排除，导致缓冲气缸的缓冲腔内气体瞬间增压。使得缓冲气缸的活塞杆受前后压力，活塞杆弯曲变形，反复多次的疲劳破坏使得缓冲气缸的缸杆易于折断。使得通径工具受到更大的反弹力，严重时导致通径工具反弹出枪膛。为解决上述问题，首先，增加缓冲气缸的缸杆强度，增大缓冲部分缸杆的直径，解决缸杆受压问题。其次，在缓冲气缸的缓冲腔布置四个连接气口，在缓冲气缸控制阀组上相应增加四组快速排气阀连接到四个气口，使得缓冲气缸控制阀组既能保证缓冲气缸的正常前进后退动作，又能在通径工具瞬间接触缓冲垫总成后将缓冲腔的压缩气体快速排除。减小了缓冲气缸的活塞杆受力，消除通径工具受到的反弹力作用。

本实施例没有详细叙述的部件和结构属本行业的公知部件和常用结构或常用手段，这里不一一叙述。

Claims (3)

1.一种作用力在中心线上的通径机缓冲***，包括枪膛（6）及其水平贯穿枪膛（6）左侧面的缓冲气缸（3），其特征在于：所述缓冲气缸（3）缸杆右端部通过螺钉固定有缓冲垫总成（4）并且缓冲垫总成（4）右端面为圆弧型的缓冲接触头（1）；所述缓冲气缸（3）通过软气管（5）连接有安装于其上的缓冲气缸控制阀组（2）；所述枪膛（6）内设置有位于缓冲气缸（3）右侧和偏心套筒（20）左侧的偏心套筒缓冲装置（14）;

所述枪膛（6）内壁上顶部轴向设有定位块（23）；所述偏心套筒缓冲装置（14）包括刚性支架（15）及套接其外壁右端的支撑板（17）和弹性体（16）；所述支撑板（17）和弹性体（16）整体一个水平面注塑而成；所述偏心套筒缓冲装置（14）外壁顶部轴向制有与定位块匹配的定位槽（24）。

2.如权利要求1所述的作用力在中心线上的通径机缓冲***，其特征在于：所述缓冲气缸（3）包括气缸第一腔室（10）和气缸第二腔室（11）；所述缓冲气缸控制阀组（2）包括与气缸第一腔室（10）和气缸第二腔室（11）连接的三位五通电控换向阀（13）和与缓冲气缸

（3）的气缸第一腔室（10）连接的快速排气阀（7）。

3.如权利要求2所述的作用力在中心线上的通径机缓冲***，其特征在于：所述三位五通电控换向阀（13）出气口分成第一气路（8）与第二气路（9）；所述三位五通电控换向阀（13）通过第一气路（8）与第二气路（9）分别与气缸的气缸第一腔室（10）和气缸第二腔室（11）连接；所述气缸第一腔室（10）设有四个气口（12），所述第一气路（8）与任意之一气口（12）连接并且第一气路（8）中间设置有快速排气阀（7），其余三个气口（12）通过三根软气管（5）与第一气路（8）的快速排气阀（7）下部连接并且软气管（5）中间各设有快速排气阀（7）。