呂 江,張 超,劉 磊,劉邯濤,何永紅,梁銀新

(1.中國重型機(jī)械研究院股份公司 陜西 西安 710018; 2.寧波東鼎特種管業(yè)有限公司,浙江 寧波 315311;3.杭州豐源銅業(yè)有限公司, 浙江 杭州 311411)

0 引 言

鋼管作為一種流體輸送管道,具有眾多良好的性能,因此其越來越多地應(yīng)用到各行各業(yè)中[1]。然而,鋼管在使用過程中,其內(nèi)壁會存在殘留物,進(jìn)而會對其使用產(chǎn)生影響。在鋼管拉拔、軋制等生產(chǎn)過程中內(nèi)壁面殘存的大量油脂會影響退火等后續(xù)工藝;核電、生物醫(yī)藥、食品等行業(yè)用管對潔凈度有極高的要求,因此必須對油脂進(jìn)行清洗[2-3]。目前,國內(nèi)應(yīng)用較多的清洗方法有清洗槽浸泡、清洗液打循環(huán)清洗、酸洗以及有機(jī)溶劑清洗布手工氣打等,但這些方式都存在自動化程度低、工作環(huán)境有毒、投資成本大且勞動強(qiáng)度大等缺點(diǎn)。此外,對于細(xì)長管而言,上述方法都存在清洗不徹底的問題[4-8]。中國重型機(jī)械研究院股份公司開發(fā)出利用帶噴頭以及毛刷的清洗軟管深入細(xì)長管內(nèi)壁進(jìn)行清洗的工藝設(shè)備,該方法能使清洗液噴到鋼管內(nèi)壁的每一處,而且用毛刷清刷油污去除率高、自動化程度高。但該工藝設(shè)備的難點(diǎn)在于如何使清洗軟管能順利地送入細(xì)長管、如何使清洗后管內(nèi)部殘存的大量清洗液排出吹干以及清洗液如何實現(xiàn)密封。

針對上述難點(diǎn),筆者提出了一種新型結(jié)構(gòu)的密封頭裝置,該裝置可以完美地使清洗軟管順利導(dǎo)入細(xì)長鋼管進(jìn)行清洗,可以解決清洗過程中多處泄漏點(diǎn)的密封問題以及清洗完畢后管道內(nèi)表面殘存清洗液的排出吹干問題。該新型密封頭裝置首次應(yīng)用于寧波東鼎特種管業(yè)有限公司,應(yīng)用以來,該裝置運(yùn)行穩(wěn)定,這表明其設(shè)計合理、簡單實用,可為鋼管清洗以及其它相似的應(yīng)用場景提供一定的參考。

1 新型密封頭裝置結(jié)構(gòu)組成

1.1 新型密封頭裝置主體結(jié)構(gòu)組成

新型密封頭裝置的主體結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。密封頭裝置主要由8部分組成,其中密封頭本體是一個中空的三階臺階孔,密封頭本體外形為兩階圓柱體,其中間開環(huán)形槽用于將密封頭本體固定于連接板上,連接板的另外一端與氣缸執(zhí)行部件相連接,氣缸被固定在氣缸底座上。密封頭本體尾部負(fù)責(zé)清洗軟管密封的部件,密封頭頭部負(fù)責(zé)被清洗鋼管密封的部件。此外在密封頭本體中部設(shè)置通孔連通密封頭本體內(nèi)孔與外圓,在通孔上安裝電磁閥,電磁閥的另外一端接高壓氣管,用于吹干鋼管內(nèi)壁面清洗完畢后內(nèi)部殘存的清洗液。

圖1 新型密封頭裝置主體結(jié)構(gòu)示意圖

1.2 尾部清洗軟管密封結(jié)構(gòu)組成

新型密封頭裝置主體結(jié)構(gòu)中的部件4的尾部清洗軟管密封的結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示(圖2是圖1中Z處的局部放大圖)。其中密封頭本體尾部開環(huán)形圓槽,槽內(nèi)設(shè)置O型密封圈,O型圈可通過尾部壓蓋與密封頭本體之間的連接螺栓壓緊來實現(xiàn)連接處的靜密封,防止泄露通道行成。尾部壓蓋為一同心圓環(huán)結(jié)構(gòu),在內(nèi)環(huán)的中間部位加工環(huán)形槽,環(huán)形槽內(nèi)安裝清洗軟管密封圈,該處密封屬于動密封,當(dāng)清洗軟管通過時負(fù)責(zé)清洗液以及吹掃氣的密封。

圖2 尾部清洗軟管密封結(jié)構(gòu)示意圖

1.3 頭部鋼管密封結(jié)構(gòu)組成

新型密封頭裝置主體結(jié)構(gòu)中的部件8的頭部鋼管密封結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示(圖3是圖1中Y處的局部放大圖)。其中密封頭本體頭部內(nèi)孔為兩階臺階孔,從左往右依次安裝頭部O型密封圈、過渡環(huán)、鋼管密封圈以及頭部壓蓋。過渡環(huán)外形為兩節(jié)同心的圓柱體,在較大圓柱體左側(cè)面開一環(huán)形圓槽用于設(shè)置頭部O型密封圈,在右側(cè)端面加工環(huán)形槽用于安裝鋼管密封圈。過渡環(huán)內(nèi)孔為兩段通孔組成,右側(cè)為直孔,左側(cè)為逐漸收縮直到與右側(cè)直孔相通的錐孔。頭部壓蓋外形同樣為兩節(jié)同心圓柱體,左側(cè)圓柱體外徑與過渡環(huán)較大圓柱體外徑相同。頭部壓蓋內(nèi)孔由直孔與錐孔兩段通孔組成,直孔內(nèi)徑與過渡環(huán)直孔內(nèi)徑相同,錐孔由直孔逐漸擴(kuò)大呈喇叭狀。頭部壓蓋通過螺栓與密封頭本體連接,實現(xiàn)對頭部O型密封圈以及鋼管密封圈的壓緊并防止泄露通道形成。

圖3 頭部鋼管密封結(jié)構(gòu)組成示意圖

2 新型密封頭裝置工作原理及實踐驗證

2.1 新型密封頭裝置工作原理

新型密封頭裝置工作原理圖如圖4所示。密封頭工作之前清洗軟管通過密封頭尾部穿入密封頭,清洗軟管頭部的噴頭處于過渡環(huán)喇叭口左側(cè),氣缸處于縮回狀態(tài),被清洗鋼管管口距離密封頭頭部壓蓋一定距離。當(dāng)要進(jìn)行鋼管內(nèi)壁面清洗時,首先,氣缸帶動密封頭伸出,此時鋼管管頭套入密封頭;然后,清洗軟管在夾送輥的夾持下向前輸送進(jìn)入鋼管,清洗液在離心泵作用下通過清洗軟管輸送到噴頭處,并從噴頭噴出,完成鋼管內(nèi)壁面清洗作業(yè)。鋼管密封圈與鋼管外壁面形成靜密封,清洗軟管與尾部清洗軟管密封圈形成動密封,實現(xiàn)對清洗液的封堵。當(dāng)清洗軟管輸送距離與被洗鋼管長度相同時停止輸送,離心泵停止工作,鋼管的內(nèi)壁面清洗完成。隨后,清洗軟管被夾送輥反轉(zhuǎn)拉回,此時鋼管內(nèi)依然殘存了大量的清洗液需要被排出吹干,這時密封頭上的電磁閥打開,高壓空氣通入鋼管內(nèi)部對清洗液進(jìn)行吹掃。最后,當(dāng)清洗軟管被拉回到初始位置時夾送輥停止工作,電磁閥關(guān)閉、氣缸縮回,密封頭恢復(fù)到工作之前的狀態(tài),鋼管被清洗干凈。

圖4 新型密封頭裝置工作原理圖1.清洗軟管 2.鋼管

2.2 新型密封頭裝置實踐驗證

目前該新型密封頭裝置已經(jīng)成功地應(yīng)用到寧波東鼎特種管業(yè)有限公司不銹鋼管內(nèi)外壁脫脂清洗生產(chǎn)線中。該裝置清洗鋼管外徑范圍為12～28 mm,長度最大已達(dá)到60 m。新型密封頭裝置對φ16×1.5 mm鋼管進(jìn)行清洗的實物圖如圖5所示。

圖5 新型密封頭裝置工作圖

通過連續(xù)的生產(chǎn)使用證明,該裝置尾部清洗軟管密封以及頭部鋼管密封在工作時無泄漏、性能穩(wěn)定、壽命長,清洗毛刷頭部能夠順利導(dǎo)入鋼管內(nèi)部無卡阻,鋼管頭部能夠順利導(dǎo)入密封頭無卡阻。鋼管被清洗前后的內(nèi)壁面實物圖如圖6所示。由圖6可見,鋼管被清洗前內(nèi)壁布滿油污,清洗后鋼管內(nèi)壁光亮無油污,清洗液被徹底吹干且無殘留,密封頭裝置達(dá)到設(shè)計預(yù)期效果。

圖6 鋼管清洗前后內(nèi)壁面實物圖

3 結(jié) 論

(1) 針對利用清洗軟管伸入鋼管內(nèi)部進(jìn)行清洗的新型清洗方式,巧妙地設(shè)計出可伸縮的密封頭結(jié)構(gòu)。該新型密封頭裝置可以實現(xiàn)鋼管管頭處靜密封以及清洗軟管與密封頭接觸處的動密封。尤其經(jīng)過實踐檢驗發(fā)現(xiàn),清洗軟管處的動密封不僅有很好的密封效果,還能同時密封清洗液以及高壓空氣,且密封圈阻力小不影響清洗軟管的向前輸送,密封件穩(wěn)定性好、壽命長。

(2) 針對鋼管內(nèi)清洗完畢后殘存的清洗液的清除,目前主流的處理方法都是需要單獨(dú)設(shè)置吹干工位或者人工手動進(jìn)行處理,該新型密封頭裝置創(chuàng)新性地把壓縮空氣引入密封頭,利用清洗軟管拉回的時間間隙直接進(jìn)行吹干作業(yè),節(jié)省了額外的處理環(huán)節(jié),不會造成清洗液的浪費(fèi),使用成本低。

(3) 新型密封頭裝置中過渡環(huán)內(nèi)孔左側(cè)設(shè)計成錐形孔,有利于清洗軟管頭部噴頭更好地導(dǎo)入被清洗鋼管內(nèi),不會造成清洗軟管卡阻停機(jī)。密封頭頭部壓蓋內(nèi)孔的右側(cè)同樣設(shè)計成錐形孔,這樣可防止鋼管管頭偏心而不能成功套入密封頭,從而造成清洗液的泄露。