УНИВЕРСАЛЬНАЯ ТРУБОРАСШИРИТЕЛЬНАЯ ГОЛОВКА ДЛЯ ПРАВКИ КОНЦОВ ТРУБ

Полезная модель относится к области обработки металлов давлением, в частности трубному производству, в частности к трубопрокатному и трубопрессовому производству, и может быть использована при производстве бесшовных труб как нефтяного сортамента, в качестве подготовки для нарезки резьбы, так и для гладких труб общего назначения. Кроме того, возможно использование для подготовки стыков труб под сварку в различных отраслях промышленности: строительстве трубопроводов, машиностроении, судостроении и пр.
Технологический процесс производства труб любым способом предусматривает определенную разницу геометрии концов и центральной части трубы. Здесь и далее «Краевой эффект». Это обусловлено существенной разницей условий деформирования металла в процессе передела. Кроме того, в ряде случаев концы труб получают значительные отклонения от круглой формы в процессе транспортировки, термической резки на монтаже и т.д. При этом качественно собрать стык таких труб не представляется возможным.
Современный уровень техники предусматривает несколько путей решения задачи по калибровке концов труб:
Обжатие по наружной поверхности (патент РФ №2238813 B21C 37/30 (2000.01)), опубл. 02.12.2002), когда требуемая форма концевой части трубы достигается посредством некоторым общим сжатием, соответственно, с некоторым снижением диаметра концов по сравнению с телом трубы. При этом движение инструмента осуществляется в направлении перпендикулярном оси трубы. Данный вариант вполне работоспособен, к числу его несомненных достоинств относится то, что радиус инструмента привязан к наружному диаметру трубы и не зависит от толщины стенки. Недостатком обжатия, в ряде источников, именуемого импандированием, следует считать сложность устройства оборудования для его полноценной реализации, т.е., если требуется равномерное обжатие конца трубы со всех сторон, например применение 6-секторного инструмента, конструкция оборудования усложняется, поскольку требуется приложение усилия в 6 точках. По этой причине устройства, предназначенные для калибровки концов труб обжатием, как правило, используют в качестве инструмента два полукольца с требуемым внутренним радиусом, определяемым наружным диаметром трубы и величиной упругого возврата. Такое исполнение предусматривает обязательный предварительный замер овальности торца трубы и поворот его в нужное положение - большой осью в направлении движения инструмента;
Запрессовка (вариант - напрессовка), когда требуемая форма и размеры сообщаются трубе (поз. 1. фиг. 1) калибрующим инструментом (поз. 2 фиг. 1), перемещаемым в направлении оси трубы имеющим, в общем случае, как показано на фиг. 1 конические заходную и выходную поверхности (поз. 4) и цилиндрическую рабочую поверхность (поз 3 фиг. 1). Данный вариант калибровки широко известен, описан в справочной литературе по ремонту и монтажу трубопроводов и оригинальных технических решений не предусматривает. Используется как в заводских условиях, с применением горизонтального пресса, так и на монтаже, когда движение калибратора обеспечивается ручным ударным инструментом. Основное условие - жесткая фиксация трубы, прежде всего, в продольном направлении. К недостаткам данного варианта следует отнести то обстоятельство, что поскольку после прохождения рабочей (цилиндрической) части инструмента торца трубы, металл за счет упругого возврата, оказывает сопротивление на обратном ходу. Кроме того, в результате двукратной деформации может ухудшиться форма торца трубы, а также возможно действие так называемого эффекта Баушингера, в результате которого снижаются прочностные свойства металла;
Раздача (экспандирование) - данный вариант широко распространен как средство для калибровки как концов труб, так и труб по всей длине. Широкое распространение экспандирования обусловлено простотой реализации. Во всех случаях радиальное перемещение секторов инструмента обеспечивается клиновой парой, как показано на фиг. 2. Здесь труба (поз. 5) правится в результате радиального движения секторов инструмента (поз. 6). Сами же сектора (чаще всего собственно формообразующий инструмент является съемным) являются ползунами, скользящими по граням перемещаемой в направлении оси трубы пирамиды (поз. 7 фиг. 2). Многообразие технических решений обусловлено необходимостью, во-первых, исключения взаимного перемещения секторов в осевом направлении, во вторых предотвращения возможного перемещения секторов в тангенциальном направлении. Для этой цели используются направляющие в различных вариантах. Например, известно устройство для правки концов труб (патент на полезную модель №52747 (B21C 37/30 (2006.01), опубл. 27.04.2006), где ползуны-толкатели, скользящие по поверхности конуса, воздействуют на формообразующий инструмент через достаточно длинные опоры, размещенные в радиальных отверстиях направляющей обоймы. Данное решение, принципиально соответствующее вышеизложенному принципу и разработанное на базе стандартного центратора для сборки стыков труб большого диаметра, имеет ряд недостатков, обусловленных нерациональным использованием внутритрубного пространства. В данном случае поверхность контакта мала, во-первых благодаря использованию конуса, а не пирамиды, во-вторых, малые размеры поверхности контакта обусловлены длиной опор, составляющей сумму максимального хода формообразующего инструмента, глубины отверстий в обойме, а также некоей величины, определенной диапазоном типоразмеров труб, для правки которых предназначено устройство (опоры в этом случае будут сменные). Таким образом, данное устройство пригодно для правки концов труб сравнительно малых толщин стенок, или длина выправляемого участка должна быть минимальна. В последнем случае применение имеет место для сварных труб большого диаметра (от 457 мм).
В результате рассмотрения различных вариантов устройств, а также способов правки концов труб, с ограничением круга рассматриваемых способов, как было указано выше, запрессовкой инструмента и экспандированием (оба данных способа имеют свои технологические преимущества), становится очевидной следующая техническая задача:
Разработка инструмента (труборасширительной головки), устанавливаемое на горизонтальный пресс, имеющее сменные подвижные в радиальном направлении рабочие тела, а также иные сменные элементы, позволяющий осуществлять правку концов трубы в режимах:
«Мертвой запрессовки» - с намертво закрепленными, неподвижными в радиальном направлении рабочими телами;
Конфузорной подвижной запрессовки - расширение конца трубы на прямом ходу пресса и складывание (обратное радиальное движение рабочих тел) на обратном ходу;
Обратной подвижной запрессовки (выпрессовки) - расширение инструмента на обратном ходу;
Экспандирования - раздача трубы только радиальным движением рабочих тел инструмента.
Поставленная техническая задача решается за счет конструкции головки следующим образом: пирамида, имеющая 6 граней, представляющая собой выполненное, как единое целое, соответствующее количество подвижных элементов клиновых пар (фиг. 3 поз 8.), размещается между двумя концевыми дисками - большим (поз. 9 фиг. 3) и малым (поз 10 фиг. 3). При этом диаметр большого диска должен быть менее минимального габарита формообразующего инструмента (поз. 11 фиг. 3). Кроме того, между концевыми дисками и пирамидой могут размещаться дистанционные втулки (поз. 12) - необязательный элемент. Ползуны (поз. 13 фиг. 3) с секторами формообразующего инструмента (поз. 11), являющиеся неподвижными элементами клиновых пар, и имеющие угол, равный углу пирамиды, фиксируются в радиальном направлении направляющими штоками (поз. 14), закрепленными между концевыми дисками (поз. 9 и 10). Направляющие штоки располагаются параллельно граням пирамиды и проходят через отверстия в ползунах. Согласование движения ползунов в осевом направлении обеспечивается двумя радиально-направляющими дисками (поз. 15 фиг. 3), находящимися в контакте с торцевыми поверхностями ползунов (поз. 13) и имеющие с ними скользящее в радиальном направлении соединение. Кроме того, предусматриваются упругие элементы на штоках - в общем случае - пружины (поз. 16 фиг. 3), а также наборные дистанционные прокладки (поз. 17 фиг. 3), располагаемые между концевыми (поз. 10 и/или 9 фиг. 3) и радиально-направляющими дисками (поз. 15). Последние выполняют роль ограничителей хода инструмента, а толщина пакета выбирается исходя из диаметра, толщины стенки трубы, а также желаемой величины раздачи.
Вариант, показанный на фиг. 3, позволяет производить правку концов труб в режимах:
«Мертвой запрессовки», когда суммарная толщина наборов дистанционных прокладок между обоими концевыми дисками (поз. 9 и 10 фиг. 3) и радиально-направляющими дисками (поз. 15 фиг. 3) равна разности расстояния между внутренними плоскостями концевых дисков и суммы длинны ползунов и толщин радиально-направляющих дисков. Величина раздачи в данном случае настраивается с помощью подбора толщины дистанционных прокладок между ползунами (поз. 13 фиг. 3) и формообразующим инструментом (поз. 11 фиг. 3);
Конфузорной подвижной запрессовки, если набор дистанционных прокладок (поз. 17 фиг. 3) установлен со стороны большого концевого диска (поз. 9 фиг. 3), а сама головка запрессовывается в трубу малым концевым диском вперед;
Обратной подвижной запрессовки (выпрессовки) - инструмент запрессовывается в трубу большим концевым диском вперед, а пакет дистанционных прокладок устанавливается со стороны малого концевого диска (поз. 10 фиг. 3).
На фиг. 4 показан вариант для осуществления экспандирования. Здесь используется радиально-направляющий упорный диск (поз. 18) отличающийся от радиально-направляющих дисков тем, что его диаметр больше внутреннего диаметра трубы. Возможно вместо цельного диска использование отдельного упорного кольца, крепящегося к радиально-направляющему диску. Формообразующий инструмент (поз. 19 фиг. 4) имеет большую длину цилиндрической рабочей части.