鋼管內(nèi)壁拋丸清理機的開發(fā)與應用

摘要：鋼管內(nèi)壁專用拋丸清理機是專門為輸氣、輸油管道的內(nèi)表面清理而研制的一種大型拋丸清理設備，主要用于管道內(nèi)表面氧化物及其表面附屬物的清理和強化。本文介紹了該設備的主要技術規(guī)格、工作原理、組成及結構特點。


關鍵詞：拋丸清理機；鋼管
中圖分類號：TG234;文獻標識碼：B；文章編號：1006－9658（2010）01－3收稿日期：2009－09－21文章編號：2009－120


近年來，隨著我國石油、天然氣等工業(yè)的不斷發(fā)展壯大以及石油、天然氣在國民經(jīng)濟中的作用越來重要，給管道運輸行業(yè)的發(fā)展帶來了機遇，同時對管道運輸所需的鋼管的質量要求越來越高，而以往通過噴砂等人工的形式對鋼管內(nèi)壁進行清理已無法滿足生產(chǎn)率和內(nèi)表面清理質量的要求，因此研發(fā)一種高效、環(huán)保、先進的鋼管內(nèi)壁拋丸清理機已成時代的需求。我公司通過多次試驗和改進，已成功地研制出高效的鋼管內(nèi)壁拋丸清理設備。該機通過將高速運動的彈丸流拋射到鋼管內(nèi)表面，清理掉鋼管內(nèi)表面的氧化物及其表面附屬物，并通過使其表面產(chǎn)生塑性變形而有效地提高管道的強度和表面抗腐蝕性及漆膜附著力等，提高了管道的整體質量和使用壽命。

1主要技術規(guī)格


清理鋼管尺寸：
長度：8000～12000mm；直徑：尷1000～尷2200mm。鋼管內(nèi)壁清理質量標準：
表面粗糙度：50～95微米；表面清理等*：A-BSa2.5*。
液壓系統(tǒng)及移動小車：
液壓驅動功率：110kW；移動小車功率：1.1kW；
移動速度：0.5～8m/min（變頻）。拋丸器：
轉速：2800r/m；
拋丸量：800kg/min；拋射速度:80m/s。

通風除塵系統(tǒng)：
A.拋丸室風量:290000m3/h；
除塵方式:慣性+布袋除塵；B.分離器風量:2800m3/h；除塵方式:布袋除塵器。設備總功率：約380kW。

2組成及結構特點


鋼管內(nèi)壁拋丸清理機由拋丸器與前后密封室、提升機、分離器、皮帶輸送機、工件回轉及行走機構、通風與除塵系統(tǒng)、液壓控制系統(tǒng)、氣動控制系統(tǒng)以及電氣控制系統(tǒng)等部件組成（圖1）。
（1）內(nèi)壁專用拋丸器


拋丸器是該設備的核心部件，由以下主要零部件構成：分丸輪、定向套、葉片、葉輪及葉輪驅動盤、主軸等。該拋丸器具有結構簡單、維修方便、拋丸量大等特點。
該拋丸器采用液壓馬達驅動。拋丸量的調整可參考液壓系統(tǒng)的壓力表進行。


（2）前后密封室


工件被放置到回轉臺架上后，隨回轉機構與前密封室向右移動，使鋼管兩端均進入密封室。這樣，前后密封室與鋼管一起形成一個密封系統(tǒng)。在密封室與鋼管的結合部采用聚氨酯密封圈密封，有效避免彈丸及粉塵外溢現(xiàn)象的發(fā)生。密封室采用型鋼及鋼板焊接而成，保證有足夠的剛度和強度。在前密封室的頂部設有抽風口，強大的吸力將拋丸后的彈丸吸入前密封室并沉降到室體底部，進入到收丸皮帶；同時將粉塵吸進除塵器。


（3）皮帶輸送機


本設備采用皮帶輸送機來輸送丸料。該機是根據(jù)丸料使用特點而設計的一種新式皮帶輸送機。皮帶機由頭輪、尾輪、上托輥、下托輥、輸送帶等組成。

頭輪采用較新式油冷滾筒做驅動裝置，占用空間小，安裝維修方便，上托輥采用夾緊式固定，安裝方便，調整輸送帶跑偏能力強。


（4）斗式提升機


斗式提升機由擺線針輪減速機、上下滾筒、輸送膠帶、料斗、封閉料筒和漲緊裝置等組成。提升機罩殼采用折彎成型焊接結構，上面設有檢修門，可維修及更換提升料斗。打開下罩殼上的門蓋，可以維修下部傳動，排除其底部彈丸堵塞。其進料口與螺旋輸送器相連，出料口與分離器相連。
本機采用平皮帶傳動。工作時，固定在輸送膠帶上的料斗將提升機底部的丸料刮起，然后在提升機電機的驅動下，將丸料送至提升機頂部，較后靠離心重力方式落料，將丸料輸入丸砂分離器。


為了保證工作時輸送膠帶不打滑，滾筒被制作成鼠籠型，這樣既提高了提升膠帶與帶輪間的摩擦力，避免了老式光皮帶輪的打滑現(xiàn)象，又降低了提升皮帶的預緊力，延長了提升膠帶的使用壽命。為了避免系統(tǒng)不穩(wěn)定造成提升機下部堵塞，在罩殼下部按皮帶料斗運動軌跡作成圓弧形。同時提升機設有一套漲緊裝置。當皮帶松馳時，通過調節(jié)提升機上部兩側的調整螺栓，可以漲緊皮帶。提升機的下部軸上裝有脈沖輪，可檢測跟蹤提升機的工作狀態(tài)，一旦出現(xiàn)提升機轉不動等故障，可及時將信號反饋至PLC處理，保證設備的安全運轉。


（5）分離器


分離器由擺線針輪減速器、螺旋輸送器、調隙板、擋料活板、分離極板、過濾篩等組成。


從斗式提升機流入的丸砂混合物，在分離器長度上通過螺旋輸送器形成瀑布狀丸砂流幕。在滿幕簾狀態(tài)下，利用重力風選原理，將流幕中的彈丸與金屬氧化皮碎片、破碎彈丸及粉塵有效分離，大顆粒廢料被篩擋住，細小丸料、粉塵從廢料出口流出，彈丸進入丸料倉供拋丸器繼續(xù)使用，塊狀物可定期從過濾篩上清除。


（6）工件回轉及行走機構


工件回轉及行走由臺車實現(xiàn)。臺車具有兩套驅動機構，一套用于行走驅動，一套用于回轉驅動。為適用于不同尺寸及要求的工件，該回轉機構托輪間距可調，同時其轉速能變頻調速。


（7）通風除塵系統(tǒng)


本機除塵系統(tǒng)采用二*除塵，一*除塵采用慣性除塵器，二*除塵采用布袋除塵器。
本設備通過高壓離心風機抽風使室體內(nèi)形成一定負壓，使工作時產(chǎn)生的粉塵不向室體外飄溢，從而使設備周圍的粉塵濃度不大于2mg/m3，除塵效率達99.5%以上。風機采取減振消音措施，并整體屏蔽起來，達到了國家規(guī)定的環(huán)保要求。


（8）液壓系統(tǒng)
該設備由于拋丸器需要伸到管內(nèi)進行清理，因此采用液壓馬達驅動拋丸器。液壓系統(tǒng)由液壓站、管路系統(tǒng)、液壓馬達等組成。


（9）電控系統(tǒng)


該系統(tǒng)使用三菱公司生產(chǎn)的可編程序控制器控制，在控制系統(tǒng)中還采用了轉速檢測元件，實現(xiàn)整機的自動控制，從而具有生產(chǎn)率高、可靠性好和自動化程度先進等特點。
電控系統(tǒng)有手動和自動兩種方式，有工作運行狀況的動態(tài)顯示、故障診斷及報警功能，系統(tǒng)具有良好的互鎖、自鎖及安全保護措施，在必要的地方均設有急停按鈕，以確保設備和人身安全。

3工作原理及過程

3.1工作原理


該設備是通過拋丸器拋出高速的彈丸，打擊在鋼管內(nèi)壁的表面，去掉內(nèi)壁表面的氧化皮、焊渣、粘砂、污垢等附著物，露出金屬本色，使內(nèi)壁表面呈現(xiàn)均勻的粗糙度，提高表面耐腐蝕能力，涂漆后更適合輸送石油等腐蝕性化學液體。根據(jù)工件的特點及工藝要求，該機采用行車轉運工件，拋丸器水平放置，采用側拋方式。拋丸器的前后行走以及鋼管的回轉，其拋射帶可完全覆蓋所要清理的工件表面，使工件得到均勻一致的清理。

3.2工件清理順序


行車將鋼管放至回轉機構托輥上→工件右移→工件回轉→拋丸清理→行車取料→送至下一工序。

4、結束語


該設備解決了對管道內(nèi)表面一次性拋丸清理強化，其主要技術性能達到了國際同類清理設備先進的水平。室外粉塵排放濃度小于2mg/m3，達到了國家規(guī)定的環(huán)保指標。設備基礎較淺，且易于拆裝、搬運，適合管道安裝的野外移動作業(yè)。通過用戶的連續(xù)使用，該設備技術性能穩(wěn)定，設備故障率較低，使用可靠，能夠滿足用戶大批量連續(xù)生產(chǎn)的要求