钢管内壁抛丸清理机的开发与应用

摘要：钢管内壁专用抛丸清理机是专门为输气、输油管道的内表面清理而研制的一种大型抛丸清理设备，主要用于管道内表面氧化物及其表面附属物的清理和强化。本文介绍了该设备的主要技术规格、工作原理、组成及结构特点。


关键词：抛丸清理机；钢管
中图分类号：TG234;文献标识码：B；文章编号：1006－9658（2010）01－3收稿日期：2009－09－21文章编号：2009－120


近年来，随着我国石油、天然气等工业的不断发展壮大以及石油、天然气在国民经济中的作用越来重要，给管道运输行业的发展带来了机遇，同时对管道运输所需的钢管的质量要求越来越高，而以往通过喷砂等人工的形式对钢管内壁进行清理已无法满足生产率和内表面清理质量的要求，因此研发一种高效、环保、先进的钢管内壁抛丸清理机已成时代的需求。我公司通过多次试验和改进，已成功地研制出高效的钢管内壁抛丸清理设备。该机通过将高速运动的弹丸流抛射到钢管内表面，清理掉钢管内表面的氧化物及其表面附属物，并通过使其表面产生塑性变形而有效地提高管道的强度和表面抗腐蚀性及漆膜附着力等，提高了管道的整体质量和使用寿命。

1主要技术规格


清理钢管尺寸：
长度：8000～12000mm；直径：尴1000～尴2200mm。钢管内壁清理质量标准：
表面粗糙度：50～95微米；表面清理等*：A-BSa2.5*。
液压系统及移动小车：
液压驱动功率：110kW；移动小车功率：1.1kW；
移动速度：0.5～8m/min（变频）。抛丸器：
转速：2800r/m；
抛丸量：800kg/min；抛射速度:80m/s。

通风除尘系统：
A.抛丸室风量:290000m3/h；
除尘方式:惯性+布袋除尘；B.分离器风量:2800m3/h；除尘方式:布袋除尘器。设备总功率：约380kW。

2组成及结构特点


钢管内壁抛丸清理机由抛丸器与前后密封室、提升机、分离器、皮带输送机、工件回转及行走机构、通风与除尘系统、液压控制系统、气动控制系统以及电气控制系统等部件组成（图1）。
（1）内壁专用抛丸器


抛丸器是该设备的核心部件，由以下主要零部件构成：分丸轮、定向套、叶片、叶轮及叶轮驱动盘、主轴等。该抛丸器具有结构简单、维修方便、抛丸量大等特点。
该抛丸器采用液压马达驱动。抛丸量的调整可参考液压系统的压力表进行。


（2）前后密封室


工件被放置到回转台架上后，随回转机构与前密封室向右移动，使钢管两端均进入密封室。这样，前后密封室与钢管一起形成一个密封系统。在密封室与钢管的结合部采用聚氨酯密封圈密封，有效避免弹丸及粉尘外溢现象的发生。密封室采用型钢及钢板焊接而成，保证有足够的刚度和强度。在前密封室的顶部设有抽风口，强大的吸力将抛丸后的弹丸吸入前密封室并沉降到室体底部，进入到收丸皮带；同时将粉尘吸进除尘器。


（3）皮带输送机


本设备采用皮带输送机来输送丸料。该机是根据丸料使用特点而设计的一种新式皮带输送机。皮带机由头轮、尾轮、上托辊、下托辊、输送带等组成。

头轮采用较新式油冷滚筒做驱动装置，占用空间小，安装维修方便，上托辊采用夹紧式固定，安装方便，调整输送带跑偏能力强。


（4）斗式提升机


斗式提升机由摆线针轮减速机、上下滚筒、输送胶带、料斗、封闭料筒和涨紧装置等组成。提升机罩壳采用折弯成型焊接结构，上面设有检修门，可维修及更换提升料斗。打开下罩壳上的门盖，可以维修下部传动，排除其底部弹丸堵塞。其进料口与螺旋输送器相连，出料口与分离器相连。
本机采用平皮带传动。工作时，固定在输送胶带上的料斗将提升机底部的丸料刮起，然后在提升机电机的驱动下，将丸料送至提升机顶部，较后靠离心重力方式落料，将丸料输入丸砂分离器。


为了保证工作时输送胶带不打滑，滚筒被制作成鼠笼型，这样既提高了提升胶带与带轮间的摩擦力，避免了老式光皮带轮的打滑现象，又降低了提升皮带的预紧力，延长了提升胶带的使用寿命。为了避免系统不稳定造成提升机下部堵塞，在罩壳下部按皮带料斗运动轨迹作成圆弧形。同时提升机设有一套涨紧装置。当皮带松驰时，通过调节提升机上部两侧的调整螺栓，可以涨紧皮带。提升机的下部轴上装有脉冲轮，可检测跟踪提升机的工作状态，一旦出现提升机转不动等故障，可及时将信号反馈至PLC处理，保证设备的安全运转。


（5）分离器


分离器由摆线针轮减速器、螺旋输送器、调隙板、挡料活板、分离极板、过滤筛等组成。


从斗式提升机流入的丸砂混合物，在分离器长度上通过螺旋输送器形成瀑布状丸砂流幕。在满幕帘状态下，利用重力风选原理，将流幕中的弹丸与金属氧化皮碎片、破碎弹丸及粉尘有效分离，大颗粒废料被筛挡住，细小丸料、粉尘从废料出口流出，弹丸进入丸料仓供抛丸器继续使用，块状物可定期从过滤筛上清除。


（6）工件回转及行走机构


工件回转及行走由台车实现。台车具有两套驱动机构，一套用于行走驱动，一套用于回转驱动。为适用于不同尺寸及要求的工件，该回转机构托轮间距可调，同时其转速能变频调速。


（7）通风除尘系统


本机除尘系统采用二*除尘，一*除尘采用惯性除尘器，二*除尘采用布袋除尘器。
本设备通过高压离心风机抽风使室体内形成一定负压，使工作时产生的粉尘不向室体外飘溢，从而使设备周围的粉尘浓度不大于2mg/m3，除尘效率达99.5%以上。风机采取减振消音措施，并整体屏蔽起来，达到了国家规定的环保要求。


（8）液压系统
该设备由于抛丸器需要伸到管内进行清理，因此采用液压马达驱动抛丸器。液压系统由液压站、管路系统、液压马达等组成。


（9）电控系统


该系统使用三菱公司生产的可编程序控制器控制，在控制系统中还采用了转速检测元件，实现整机的自动控制，从而具有生产率高、可靠性好和自动化程度先进等特点。
电控系统有手动和自动两种方式，有工作运行状况的动态显示、故障诊断及报警功能，系统具有良好的互锁、自锁及安全保护措施，在必要的地方均设有急停按钮，以确保设备和人身安全。

3工作原理及过程

3.1工作原理


该设备是通过抛丸器抛出高速的弹丸，打击在钢管内壁的表面，去掉内壁表面的氧化皮、焊渣、粘砂、污垢等附着物，露出金属本色，使内壁表面呈现均匀的粗糙度，提高表面耐腐蚀能力，涂漆后更适合输送石油等腐蚀性化学液体。根据工件的特点及工艺要求，该机采用行车转运工件，抛丸器水平放置，采用侧抛方式。抛丸器的前后行走以及钢管的回转，其抛射带可完全覆盖所要清理的工件表面，使工件得到均匀一致的清理。

3.2工件清理顺序


行车将钢管放至回转机构托辊上→工件右移→工件回转→抛丸清理→行车取料→送至下一工序。

4、结束语


该设备解决了对管道内表面一次性抛丸清理强化，其主要技术性能达到了国际同类清理设备先进的水平。室外粉尘排放浓度小于2mg/m3，达到了国家规定的环保指标。设备基础较浅，且易于拆装、搬运，适合管道安装的野外移动作业。通过用户的连续使用，该设备技术性能稳定，设备故障率较低，使用可靠，能够满足用户大批量连续生产的要求