УСТРОЙСТВО ПОДГОТОВКИ НАСОСНО-КОМПРЕССОРНОЙ ТРУБЫ К ЭКСПЛУАТАЦИИ

Устройство относится к области обработки металлических изделий давлением, в частности к высадочным прессам, выполняющим высадку концов предварительно нагретых металлических насосно-компрессорных труб для нефтяной и газовой промышленности.
Наиболее близким по технической сути является «ПРЕСС ДЛЯ ВЫСАДКИ КОНЦА МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ ТРУБЫ» по патенту на полезную модель РФ №160917, от 08.10.2015, опубликован 10.04.2016, МПК B21J5/08, B21J9/06, B21J13/08. Известный пресс содержит станину с зажимом для удержания трубы от осевого перемещения, два пуансона для формирования внутренней поверхности высаженного конца трубы и горизонтально установленный гидроцилиндр для перемещения пуансонов, две плиты и каретку для крепления пуансонов и полуматриц, составляющих две матрицы для формирования наружной поверхности высаженного конца трубы и установленных с возможностью прижатия полуматриц друг к другу и разведения, а также перемещения матриц в положения, в которых полуматрицы прижаты друг к другу и продольная ось одной из матриц расположена вдоль оси гидроцилиндра для перемещения пуансонов, согласно полезной модели, пресс снабжен вертикально установленным гидроцилиндром для перемещения каретки перпендикулярно станине, двумя гидроцилиндрами для прижатия друг к другу и разведения плит с расположенными в их гнездах полуматрицами, при этом гидроцилиндры связаны с плитами через клиновые механизмы, имеющие дополнительные гидроцилиндры, а пуансоны закреплены на ползунах, размещенных в направляющих гильзах, установленных на каретке соосно матрицам.
Известное решение не позволяет осуществлять высадку трубы в один технологический переход. Для исключения возможности неконтролируемого разрушения, необратимых деформаций и снижения прочности расширение конца трубы осуществляют в несколько последовательных этапов. Кроме этого, высаженная труба требует последующей термической обработки для восстановления требуемых характеристик обработанного металла.
Задачей заявляемого технического решения является создание устройства подготовки насосно-компрессорной трубы к эксплуатации, позволяющего осуществлять высадку насосно-компрессорной трубы за один технологический переход без дополнительной термообработки.
Поставленная задача решена за счет устройства подготовки насосно-компрессорной трубы к эксплуатации, содержащего: накопитель трубных заготовок,  выполненный с возможностью подачи трубных заготовок на револьверный питатель; револьверный питатель, содержащий гнезда, выполненный с возможностью захвата трубной заготовки, подачи по роликам вдоль оси вращения питателя конца трубной заготовки в индуктивный нагреватель и дальнейшей подачи трубной заготовки в зону загрузки пресса удержания; пресс удержания, снабженный нижним статичным держателем и верхним держателем, кинематически связанным с цилиндром зажима заготовки; роликовые направляющие, установленные с возможностью продольного перемещения, расположенной на них трубы и подачи ее конца в зону смыкания формирующих полуматриц; главный гидравлический цилиндр, снабженный пуансоном, выполненным с возможностью продольного перемещения и захождения в торец трубы, зафиксированной между формирующими полуматрицами; накопитель подготовленных труб, при этом устройство содержит: планку с магнитной полосой, установленную вдоль оси главного гидравлического цилиндра и датчик положения упомянутой магнитной полосы; датчик давления главного гидравлического цилиндра; датчик положения формирующих полуматриц; оптический датчик наличия заготовки, расположенный в зоне траектории прохождения трубной заготовки в гнезде револьверного питателя до индукционного нагревателя; оптический датчик наличия заготовки, расположенный в зоне траектории прохождения трубной заготовки в гнезде револьверного питателя после индукционного нагревателя; индуктивный датчик контроля положения верхнего держателя пресса удержания; инфракрасный датчик температуры, расположенный в зоне работы индукционного нагревателя; при этом револьверный питатель выполнен в виде дисков с вырезами для трубных заготовок и установлен с возможностью контролируемого осевого вращения; формирующие полуматрицы выполнены съемными.
Суть технического решения иллюстрирована чертежами, где на фиг.1 - устройство подготовки насосно-компрессорной трубы к эксплуатации вид спереди, фиг. 2- устройство подготовки насосно-компрессорной трубы к эксплуатации вид сбоку, фиг.3 - поперечный разрез устройства подготовки насосно-компрессорной трубы к эксплуатации, фиг. 4 - разрез в горизонтальной плоскости устройства подготовки насосно-компрессорной трубы к эксплуатации.
На фиг. 1, фиг. 2, фиг. 3 и фиг. 4 изображены: устройство 1 подготовки насосно-компрессорной трубы к эксплуатации, накопитель 2 трубных заготовок, трубные заготовки 3, револьверный питатель 4, индуктивный нагреватель 5, пресс 6 удержания, нижний статичный держатель 7, верхний держатель 8, цилиндр 9 зажима заготовки, роликовые направляющие 10, формирующие полуматрицы 11, главный гидравлический цилиндр 12, пуансон 13, накопитель 14 подготовленных труб, плита 15 главного цилиндра, клинья 16 смыкания полуматриц, цилиндры 17 смыкания полуматриц, силовые шпильки 18, держатели полуматриц 19.
Устройство подготовки насосно-компрессорной трубы к эксплуатации выполнено следующим образом.
Устройство 1 подготовки насосно-компрессорной трубы к эксплуатации содержит: накопитель 2 трубных заготовок 3, револьверный питатель 4, индуктивный нагреватель 5, пресс удержания 6, цилиндр 9 зажима заготовки 3, роликовые направляющие 10, формирующие полуматрицы 11, главный гидравлический цилиндр 12, пуансон 13, накопитель 14 подготовленных труб и плиту 15. Накопитель 2 трубных заготовок 3 реализован в виде наклонной поверхности, в нижней части которой расположено принимающее гнездо револьверного питателя 4. Посредством револьверного питателя 4 осуществляется захват трубных заготовок 3. Револьверный питатель 4 выполнен в виде соосных дисков установленных на вал. Гнезда для трубных заготовок 3 выполнены в виде полукруглых вырезов с внешней стороны упомянутых дисков. Револьверный питатель 4 установлен с возможностью контролируемого осевого вращения. Роликовые направляющие 10 выполнены с возможностью продольного перемещения, расположенной на них трубной заготовки 3 и подачи ее конца в зону смыкания формирующих полуматриц 11. Возможность продольного перемещения заготовки 3 обеспечена за счет свободного вращения роликов, оси которых расположены в горизонтальной плоскости, а вертикальная плоскость поперечной симметрии совмещена с горизонтальной осью главного цилиндра 12. Для фиксации конца заготовки 3 в зоне смыкания формирующих полуматриц 11 служит пресс 6 удержания. Пресс 6 удержания снабжен верхним подвижным держателем 8 и нижним статичным держателем 7, установленным неподвижно относительно плиты 15. Верхний держатель 8 кинематически связан с цилиндром 9 зажима заготовки 3. Держатели 7 и 8 содержат съемные прижимные элементы. Выполнение прижимных  элементов съемными, позволяет осуществлять фиксацию труб различных диаметров. Формирующие полуматрицы 11 выполнены съемными и установлены на держатели 19 полуматриц 11 любым известным из уровня техники способом, например, при помощи резьбового соединения. Выполнение полуматриц 11 съемными позволяет использовать оснастку с различными формообразующими поверхностями и получать различные геометрические характеристики внешней поверхности высаженной части трубы. Держатели 19 кинематически связаны с клиньями 16 смыкания полуматриц 11. Клинья 16 смыкания, в свою очередь, кинематически связаны с цилиндрами 17 смыкания полуматриц 11. На плите 15 установлен главный гидравлический цилиндр 12. Цилиндр 12 снабжен съемным пуансоном 13, выполненным с возможностью возвратно-поступательного движения вдоль оси цилиндра 12. Возможность линейного перемещения пуансона обеспечена за счет изменения давления в главном гидравлическом цилиндре 12. Пуансон 13 выполнен с возможностью захождения в торец трубной заготовки 3, зафиксированной между верхним 8 и нижним 7 держателями пресса 6 удержания. Возможность захождения пуансона 13 в торец заготовки 3 обеспечивается за счет их соосного расположения. Выполнение пуансона 13 съемным, позволяет использовать оснастку с различными формообразующими поверхностями и получать различные геометрические характеристики внутренней поверхности высаженной части трубы. Для охлаждения пуансона 13 в верхней и нижней частях плиты 15 выполнены продувочные окна и предусмотрен подвод сжатого воздуха, а в верхней части плиты установлена вытяжка. Пресс 6 удержания, плита 15 и зона смыкания формирующих полуматриц 11 соединены друг с другом посредством силовых шпилек 18. Устройство 1 подготовки насосно-компрессорной трубы к эксплуатации содержит планку с магнитной полосой, установленную вдоль оси главного гидравлического цилиндра 12 и датчик положения упомянутой магнитной полосы. Датчик положения магнитной полосы предназначен для контроля линейного перемещения пуансона 13 и определения его текущего положения. Устройство 1 содержит датчик давления главного гидравлического цилиндра 12, предназначенный для контроля конечного положения пуансона 13. Датчик давления главного гидравлического цилиндра 12 интегрирован в полость главного цилиндра и измеряет давление жидкости. Устройство 1 содержит индуктивный датчик положения формирующих полуматриц 11, предназначенный для контроля положения клиньев 16. Датчик положения формирующих полуматриц 11 расположен на механизме смыкания полуматриц 11 и измеряет изменение индуктивности при перемещении клиньев 16. Устройство 1 содержит оптические датчики наличия заготовки 3, расположенные в зоне траектории прохождения трубной заготовки 3 в гнезде револьверного питателя 4 до и после индукционного нагревателя 5. Оптические датчики контролируют наличие заготовки 3 на линии подачи для включения индукционного нагревателя 5. Устройство 1 содержит расположенный на механизме зажатия заготовки индуктивный датчик контроля положения верхнего держателя 8 пресса 6 удержания. Датчик контроля положения верхнего держателя 8 измеряет изменение индуктивности при прохождении верхнего прижимного элемента. Устройство 1 содержит инфракрасный датчик температуры, расположенный в зоне работы индукционного нагревателя 5, предназначенный для контроля температуры нагрева конца трубной заготовки 3.
Устройство подготовки насосно-компрессорной трубы к эксплуатации используют следующим образом.
В накопителе 2 устройства 1 размещают трубные заготовки 3. Под силой тяжести трубная заготовка 3 скатывается по наклонной поверхности накопителя 2. В нижней части наклонной поверхности заготовку 3 захватывает в приемное гнездо револьверный питатель 4. Посредством вращения питателя 4 вокруг своей оси и перемещения по роликам подачи вдоль оси вращения питателя 4 заготовку 3 размещают в рабочей зоне индуктивного нагревателя 5. Контроль нахождения трубной заготовки 3 в нагревателе 5 осуществляется в автоматическом режиме посредством оптических датчиков наличия заготовки. При попадании заготовки 3 в зону нагрева включается индукционный нагреватель 5. Температуру нагрева конца трубной заготовки 3 контролируют посредством инфракрасного датчика температуры, расположенного в зоне работы индукционного нагревателя 5. При достижении заданной температуры, превышающей точку аустенизации, нагреватель 5 отключается. Нагретую заготовку перемещают на роликовые направляющие 10. По роликовым направляющим 10 заготовку 3 перемещают в направлении пуансона 13, располагая ее нагретый конец в зоне смыкания полуматриц 11. При помощи пресса 6 удержания осуществляют фиксацию трубной заготовки 3, перемещая цилиндр 9 с верхним держателем 8 в направлении статичного нижнего держателя 7. Контроль за взаимным положением держателей 7 и 8 осуществляют посредством датчика контроля положения верхнего держателя 8. Производят сведение полуматриц 11, для чего посредством цилиндров 17 смыкания полуматриц 11 осуществляют перемещение клиньев 16 вдоль оси главного цилиндра 12. Цилиндры 17 осуществляют давление на внешнюю поверхность клиньев 16 смыкания полуматриц 11, смещая их вместе с полуматрицами 11 в направлении оси главного цилиндра 12. Нахождение полуматриц 11 в сомкнутом состоянии контролируют посредством датчика положения формирующих полуматриц 11. Осуществляют осевое перемещение штока главного цилиндра 12 и кинематически связанного с ним пуансона 13. Пуансон 13 своей рабочей частью заходит в нагретый торец заготовки 3, осуществляя штамповочную операцию высаживания. Скорость движения пуансона и глубина его погружения в заготовку контролируются датчиком положения магнитной полосы и датчиком давления главного гидравлического цилиндра 12. При контакте под высоким давлением холодного пуансона 13 с концом заготовки 3, разогретым до заданной температуры выше точки аустенизации, происходит резкое охлаждение заготовки до температуры высокого отпуска, достаточной для прохождения отпуска и получения однородной структуры обработанного металла. Стендовые испытания показали, что механические свойства высаженных и переходных зон не отличаются от аналогичных параметров до обработки, что избавляет от необходимости проведения дополнительной термообработки высаженной трубы. Пуансон 13 отводят на исходную позицию и, для быстрого охлаждения, обеспечивают к нему подвод сжатого воздуха. Нахождение пуансона 13 в исходной позиции контролируют посредством датчика положения магнитной полосы. Осуществляют разведение формирующих полуматриц 11. Нахождение полуматриц 11 в разведенном состоянии контролируют посредством датчика положения формирующих полуматриц 11. Осуществляют отведение верхнего держателя 8 и освобождают высаженную насосно-компрессорную трубу. Нахождение держателей 7 и 8 в разведенном состоянии контролируют посредством индуктивного датчика контроля положения верхнего держателя 8 пресса 6 удержания. Высаженную трубу перемещают в накопитель 14 подготовленных труб.
Контроль положения и состояния заготовки 3, формирующих полуматриц 11 и пуансона 13 на всех этапах технологического процесса высаживания, позволяет осуществлять высадку насосно-компрессорной трубы с соблюдением всех необходимых технологических параметров и получать за один технологический переход высаженную трубу, прочностные характеристики высаженного конца и переходной зоны которой соответствуют требованиям, предъявляемым к трубам, эксплуатируемым в нефтяных и газовых скважинах.
Применение инфракрасного датчика температуры нагрева заготовки 3, датчика давления главного гидравлического цилиндра 12 и датчика положения магнитной полосы позволяет отслеживать все технологические параметры процесса высаживания, такие как температурный режим, скорость и величина перемещения пуансона 13, что в совокупности позволяет осуществлять процесс высадки в один единственный технологический переход, с выдерживанием всех расчетных характеристик обработанного материала трубы.
Техническим результатом заявленного технического решения является повышение технологичности процесса высаживания конца насосно-компрессорной трубы, за счет устройства подготовки насосно-компрессорной трубы к эксплуатации, содержащего: накопитель трубных заготовок,  выполненный с возможностью подачи трубных заготовок на револьверный питатель; револьверный питатель, содержащий гнезда, выполненный с возможностью захвата трубной заготовки, подачи по роликам вдоль оси вращения питателя конца трубной заготовки в индуктивный нагреватель и дальнейшей подачи трубной заготовки в зону загрузки пресса удержания; пресс удержания, снабженный нижним статичным держателем и верхним держателем, кинематически связанным с цилиндром зажима заготовки; роликовые направляющие, установленные с возможностью продольного перемещения, расположенной на них трубы и подачи ее конца в зону смыкания формирующих полуматриц; главный гидравлический цилиндр, снабженный пуансоном, выполненным с возможностью продольного перемещения и захождения в торец трубы, зафиксированной между формирующими полуматрицами; накопитель подготовленных труб, при этом устройство содержит: планку с магнитной полосой, установленную вдоль оси главного гидравлического цилиндра и датчик положения упомянутой магнитной полосы; датчик давления главного гидравлического цилиндра; датчик положения формирующих полуматриц; оптический датчик наличия заготовки, расположенный в зоне траектории прохождения трубной заготовки в гнезде револьверного питателя до индукционного нагревателя; оптический датчик наличия заготовки, расположенный в зоне траектории прохождения трубной заготовки в гнезде револьверного питателя после индукционного нагревателя; индуктивный датчик контроля положения верхнего держателя пресса удержания; инфракрасный датчик температуры, расположенный в зоне работы индукционного нагревателя; при этом револьверный питатель выполнен в виде дисков с вырезами для трубных заготовок и установлен с возможностью контролируемого осевого вращения; формирующие полуматрицы выполнены съемными.