杜冬坤，花志斌，姚賀杰

（1.渤海石油裝備制造有限公司第一機(jī)械廠，河北滄州 062658；2.華油一機(jī)（河北）油井管有限公司，河北滄州 062658）

0 引言

石油套管進(jìn)行螺紋加工之前，原材料即套管光管外表面時(shí)常存在不同程度的銹蝕情況，尤其是夏季雨水較多的季節(jié)，銹蝕情況更加嚴(yán)重。其中外徑范圍為Φ245 mm～Φ508 mm 的大口徑石油套管光管的除銹問(wèn)題最為突出。外徑越大，外表面積越大，普通的除銹方式對(duì)光管表面進(jìn)行除銹經(jīng)常出現(xiàn)漏除或除銹不徹底的情況，導(dǎo)致在大口徑套管加工完成后進(jìn)行外表面噴涂防銹漆時(shí)，防銹漆在未除銹部分的套管光管表面的附著力不均勻、附著力差且極易脫落，不能達(dá)到石油套管表面防銹要求。為達(dá)到石油套管表面防銹要求，就要加大噴涂防銹漆的漆膜厚度，增加涂油成本；而光管外表面的浮銹或氧化皮使得防銹漆的噴涂產(chǎn)生漏涂、流淌和垂滴等現(xiàn)象，直接影響套管成品的外觀質(zhì)量。同時(shí)除銹不徹底或漏除的套管光管在生產(chǎn)各工序傳遞過(guò)程中產(chǎn)生碰撞，浮銹及氧化皮會(huì)掉落在生產(chǎn)車(chē)間的各個(gè)角落，污染工作環(huán)境。為解決上述問(wèn)題，研究設(shè)計(jì)出一種能對(duì)大口徑石油套管光管外壁進(jìn)行全覆蓋且有效除銹的除銹設(shè)備，才能滿足公司生產(chǎn)實(shí)際需求。

1 工作原理

大口徑套管除銹機(jī)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)除銹機(jī)）需要安裝在340 生產(chǎn)線的進(jìn)料臺(tái)架附近，安裝位置比較狹小?？紤]到生產(chǎn)成本以及外壁涂油對(duì)除銹質(zhì)量的實(shí)際要求，最終選擇鋼絲刷式除銹方法。大口徑石油套管光管外壁除銹機(jī)主要分為三大主要部分：除銹機(jī)傳動(dòng)結(jié)構(gòu)、鋼絲刷結(jié)構(gòu)及電氣控制部分。通過(guò)電機(jī)帶動(dòng)鋼絲刷高速旋轉(zhuǎn)，并與鋼管旋轉(zhuǎn)方向相反，使鋼絲刷對(duì)鋼管外壁進(jìn)行全覆蓋打磨，將鋼管表面附著的氧化皮、銹層迅速脫落，最終獲得管體表面整潔、光滑、無(wú)明顯銹跡的鋼管外表面，且不損傷管體。除銹速度≥10 m/min，除銹管徑Φ244.48 mm～Φ508 mm。除銹機(jī)工作原理簡(jiǎn)單如圖1 所示。

圖1 除銹機(jī)工作原理

2 設(shè)計(jì)過(guò)程

2.1 結(jié)構(gòu)組成

2.1.1 除銹機(jī)傳動(dòng)結(jié)構(gòu)

除銹機(jī)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)即除銹系統(tǒng)的輥道機(jī)構(gòu)，為實(shí)現(xiàn)石油套管光管（又稱(chēng)鋼管）的進(jìn)料傳送。鋼管需要實(shí)現(xiàn)軸向和徑向兩個(gè)方向的分力，以實(shí)現(xiàn)鋼管軸向轉(zhuǎn)動(dòng)和徑向傳動(dòng)。分為結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)和零部件設(shè)計(jì)選型兩部分，結(jié)構(gòu)裝配圖見(jiàn)圖2。

圖2 除銹機(jī)輥道結(jié)構(gòu)裝配圖

結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)部分包括傳動(dòng)主軸、旋轉(zhuǎn)輥輪及安裝底座，具體材料、尺寸及連接的設(shè)計(jì)如下所述：

傳動(dòng)主軸：根據(jù)主軸受力設(shè)計(jì)計(jì)算確定主軸直徑為70 mm，材料為45 號(hào)鋼。主軸與輥輪通過(guò)平鍵聯(lián)接，主軸加工鍵槽。

旋轉(zhuǎn)輥輪：通過(guò)設(shè)計(jì)計(jì)算得出輥輪安裝與管子夾角為45°，輥輪長(zhǎng)度600 mm，最小處直徑142 mm，V 形夾角為120°，材料為鑄鐵。

安裝底座：為保證輥道不與接、翻料器干涉，輥道高度1080 mm，底座繼續(xù)使用原有安裝基礎(chǔ)，采用22 號(hào)槽鋼焊接而成。

零部件設(shè)計(jì)選型部分包括減速電機(jī)、軸承座及聯(lián)軸器的選型，具體如下：①電機(jī)：根據(jù)電機(jī)的使用環(huán)境，需要輸出轉(zhuǎn)速ne=20～30 r/min，查閱?wèn)|力減速電機(jī)產(chǎn)品手冊(cè)，確定減速電機(jī)型號(hào)為DLR05-23-DM90L；②軸承座：根據(jù)主軸設(shè)計(jì)尺寸及使用需求軸承座型號(hào)選用UCPH212；③彈性聯(lián)軸器：根據(jù)主軸設(shè)計(jì)尺寸型號(hào)NL7。

2.1.2 鋼絲刷結(jié)構(gòu)

除銹機(jī)的鋼絲刷結(jié)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)光管除銹的主體部分，鋼絲刷與光管軸線平行接觸，并通過(guò)電機(jī)帶動(dòng)高速旋轉(zhuǎn)，光管在輥道上旋轉(zhuǎn)前進(jìn)，鋼絲刷將整根鋼管表面浮銹、氧化皮等雜質(zhì)去除，達(dá)到除銹目的。鋼絲刷結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包含結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)及零件設(shè)計(jì)選型兩部分，裝配圖如圖3 所示。

圖3 除銹機(jī)鋼絲刷結(jié)構(gòu)裝配圖

鋼絲刷結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)包括傳動(dòng)主軸、除銹底座及除銹支架3 個(gè)方面，具體設(shè)計(jì)內(nèi)容如下：①傳動(dòng)主軸：鋼絲刷主軸和輥道尺寸配合安裝：直徑為40 mm，材料為45 號(hào)鋼；②除銹底座：除銹底座選用20 mm 鋼板，底座上要安裝鋼絲刷輪和電機(jī)，電機(jī)通過(guò)皮帶帶動(dòng)鋼絲刷高速旋轉(zhuǎn)；③除銹支架：不同口徑鋼管除銹，實(shí)現(xiàn)鋼絲刷的高低位置可調(diào)，采用銷(xiāo)軸連接除銹底座，電機(jī)座板底部連接一根螺桿，通過(guò)彈簧來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)鋼絲刷的位置。

鋼絲刷零件設(shè)計(jì)選型包括：①電機(jī)：采用三相異步電機(jī)，型號(hào)為Y-132S-4 5.5kW；②軸承座：型號(hào)為UCPH206；③鋼絲刷：外徑為240 mm，內(nèi)孔直徑40 mm（圖4）。

圖4 鋼絲刷外形

2.1.3 電氣控制部分為實(shí)現(xiàn)了除銹機(jī)上料、除銹、出料工作，采用工業(yè)用安全電壓，設(shè)計(jì)除銹機(jī)電氣控制系統(tǒng)。

2.2 工作過(guò)程

通過(guò)天車(chē)將石油套管光管運(yùn)送至上料臺(tái)架，接料器自動(dòng)將鋼管逐支放至除銹機(jī)輥道，到位后鋼管開(kāi)始旋轉(zhuǎn)前進(jìn)，同時(shí)鋼絲刷以反方向旋轉(zhuǎn)，將鋼管外表面的浮銹、氧化皮等雜質(zhì)去除，從鋼管一端開(kāi)始至另一端結(jié)束，直至翻料器將鋼管翻至下一工序中，除銹機(jī)工作流程如圖5 所示。

圖5 除銹機(jī)工作流程

2.3 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

2.3.1 工藝布局根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際進(jìn)行設(shè)計(jì)

除銹機(jī)輥道機(jī)構(gòu)和鋼絲刷結(jié)構(gòu)尺寸確定后，對(duì)公司340 生產(chǎn)線的上料、出料空間進(jìn)行測(cè)算，完成除銹機(jī)工藝布局設(shè)計(jì)，除銹機(jī)鋼絲刷布局為2 組，每組長(zhǎng)1.2 m，實(shí)現(xiàn)鋼管管體100%全覆蓋，除銹機(jī)車(chē)間工藝布局如圖6 所示。

圖6 除銹機(jī)車(chē)間工藝布局

由于安裝除銹機(jī)的進(jìn)料口處空間狹小，進(jìn)料口處輥道電機(jī)與鋼絲刷安裝位置會(huì)發(fā)生干涉，為解決這一問(wèn)題，把進(jìn)料口處輥道旋轉(zhuǎn)180°安裝，此輥道的減速電機(jī)與其他減速電機(jī)轉(zhuǎn)向相反，進(jìn)料口處輥道放置示意如圖7 所示。

圖7 進(jìn)料口處輥道放置示意

2.3.2 可根據(jù)套管光管外徑的不同靈活調(diào)節(jié)

公司340 生產(chǎn)線可生產(chǎn)外徑Φ245 mm～Φ508 mm 的石油套管，根據(jù)生產(chǎn)計(jì)劃，除銹機(jī)需要對(duì)不同外徑尺寸的鋼管進(jìn)行除銹，鋼絲刷的除銹支架采用銷(xiāo)軸連接除銹底座，電機(jī)座板底部連接一根螺桿，通過(guò)彈簧來(lái)調(diào)節(jié)鋼絲刷的位置。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

大口徑石油套管光管除銹機(jī)及相應(yīng)輔助設(shè)備已在公司340生產(chǎn)線進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)安裝，且調(diào)試完成并投入使用。

3.1 調(diào)試過(guò)程

3.1.1 設(shè)備空載調(diào)試

將所有控制按鈕設(shè)置成手動(dòng)狀態(tài)，從輥道旋轉(zhuǎn)傳送到鋼絲刷反向旋轉(zhuǎn)除銹，最后翻料進(jìn)入下一工序，反復(fù)運(yùn)行3 次以上，確保各設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)正常。

3.1.2 單支鋼管調(diào)試

通過(guò)天車(chē)將1 支外徑為245 mm 的鋼管放至上料臺(tái)架上，所有設(shè)備設(shè)置成自動(dòng)模式，上料器自動(dòng)將鋼管上至除銹機(jī)輥道上，通過(guò)輥道與鋼絲刷相反方向的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，速度保持在12 m/min。對(duì)管體表面進(jìn)行除銹效果驗(yàn)證，鋼管除銹前后效果對(duì)比如圖8 所示，可以看出除銹后鋼管表面整潔、光滑，無(wú)明顯的銹跡，未損傷管體。

圖8 鋼管除銹前后效果對(duì)比

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)批量鋼管除銹，大口徑石油套管光管外壁除銹機(jī)可以有效地去除鋼管表面的浮銹、氧化皮等銹蝕物質(zhì)，效果良好。除銹之后再對(duì)管體進(jìn)行噴涂防銹漆，噴涂質(zhì)量大大提高，涂漆膜均勻、無(wú)漏涂及垂滴現(xiàn)象。除此之外還減少了返工次數(shù)，且防銹漆消耗量明顯降低，大大節(jié)約涂油成本，大口徑石油套管產(chǎn)品外觀質(zhì)量顯著提高。