CN102284398A - 针对大口径钢管的管径自适应内壁喷涂设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种针对大口径钢管的管径自适应内壁喷涂设备，包括行走装置、喷涂装置、喷嘴位置调节装置、钢管支撑装置、防护装置，所述的行走装置包括行走小车、驱动机构、小车导轨副、固定支架、可移动支架；喷涂装置包括储料罐、涂料泵、喷嘴；喷嘴位置调节装置包括气泵、气缸、气动控制阀、非接触式位置检测传感器和数据采集处理及控制设备；钢管支撑装置包括V型支架、一组滚轮以及驱动滚轮转动的电机和减速器；防护装置为防护罩。本发明大大提高了现有的大口径钢管内壁喷涂设备的自动化程度，具有管径适应范围大的特点，可满足内径Φ2～3.2m的大口径钢管的内壁喷涂自动化要求。

Description

针对大口径钢管的管径自适应内壁喷涂设备

技术领域

本发明属于防腐钢管的制造设备，特别是一种针对大口径输油/气钢管的管径自适应内壁喷涂设备。

背景技术

采用管道进行油/气输送是一种高效、经济的油气输送方法，为了减少油/气在输送过程中的压力损失，提高输送效率，要求对钢管的内壁进行处理，减小钢管内壁的粗糙度，提高内壁的表面质量，以减少油/气输送过程中的阻力。用以往的机械加工方法对钢管内壁进行处理，成本高，效率低，质量难以保证，国际上先进的方法是对钢管内壁进行喷涂处理。目前国内对钢管内喷涂设备的研究和开发主要是集中在对中小口径钢管的防腐减阻上(专利200620041820.6、专利200620101894.4、专利022110022.4)，对输油/气主干道上的大口径钢管(内径Φ2～3.2m)的内壁喷涂设备的研究则比较少。

专利200820033683.0提出了一种大口径输气钢管内涂层喷涂装备，主要包括V型支撑架、小车及小车驱动和行走装置、喷涂装置等。其中，喷涂装置中包含喷嘴、伸缩架、涂料泵和涂料储罐等。将喷嘴安装在伸缩架上，通过调节伸缩架位置来调节喷嘴的位置以达到对不同管径钢管内壁的加工要求。但这种由伸缩架对喷嘴位置进行调节以适应不同管径钢管加工的方法无法进行在线调节，自动化程度低，而且受伸缩架机械结构尺寸的限制，调节范围较小，因此管径的适应范围小。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可自适应管径的内喷涂设备，该喷涂设备应能够自动检测被加工钢管管径的大小，自动调节喷嘴与钢管内壁表面间的距离，同时应具有管径适应范围大的特点。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种针对大口径钢管的管径自适应内壁喷涂设备，包括行走装置、喷涂装置、喷嘴位置调节装置、钢管支撑装置、防护装置，所述的行走装置包括行走小车、驱动机构、小车导轨副、固定支架、可移动支架；喷涂装置包括储料罐、涂料泵、喷嘴；喷嘴位置调节装置包括气泵、气缸、气动控制阀、非接触式位置检测传感器和数据采集处理及控制设备；钢管支撑装置包括V型支架、一组滚轮以及驱动滚轮转动的电机和减速器；防护装置为防护罩；

所述的钢管支撑装置中的一组滚轮排成两列分别安装在V型支架的V型的两平面上，且两列滚轮呈间隔交错均布；小车导轨副的固定支架和可移动支架分别设置在V型支架的沿被加工钢管轴线的两侧；小车导轨副的一端与可移动支架垂直固联在一起，小车导轨副的另一端搭放支撑在固定支架上；行走小车置于小车导轨副上，由驱动机构驱动沿小车导轨副运动；行走小车上依次安放有储料罐、涂料泵、气泵、气缸；喷嘴固定在气缸活塞杆的端部，喷嘴通过管道与涂料泵的出口相连，涂料泵的入口与储料罐相连；气泵通过管道及气动控制阀向气缸供气；除喷嘴外，行走小车上安放的所有装置均置于防护罩之内；非接触式位置检测传感器安装在被加工钢管的下方，并位于被加工钢管中心所在的垂直平面内。

本发明与现有技术相比，其显著优点：本发明采用了非接触式位移检测装置对被加工的钢管直径进行自动检测，利用数据采集处理及控制设备对采集到的数据进行自动处理后，发出指令控制气缸的工作行程，并由气缸活塞带动喷嘴运动到相应的位置，以达到自动控制喷涂距离的目的，实现了对大口径钢管喷涂加工的自动化控制。同时，若假设气缸的最大行程为l_max，则可加工的最大钢管与最小钢管间的管径变化范围最大可达到2l_max，具有管径适应范围大的特点。因此本发明大大提高了现有的大口径钢管内壁喷涂设备的自动化程度，具有管径适应范围大的特点，可满足内径Φ2～3.2m的大口径钢管的内壁喷涂自动化要求。

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

附图说明

图1是本发明针对大口径钢管的管径自适应内壁喷涂设备径向截面示意图。

图2是本发明针对大口径钢管的管径自适应内壁喷涂设备轴向截面示意图。

图3是行走小车及驱动机构示意图。

图4是固定支架的结构组成示意图。

图5是被加工钢管直径及气缸行程的计算示意图。

图6是本发明工作流程示意图。

具体实施方式

本发明针对大口径钢管的管径自适应内壁喷涂设备，包括行走装置、喷涂装置、喷嘴位置调节装置、钢管支撑装置、防护装置。其中，行走装置包括行走小车1、驱动机构2、小车导轨副3、小车导轨副的固定支架4、小车导轨副的可移动支架5，其中，驱动机构2由电机+减速装置组成，小车导轨副的固定支架4包括底座15、用于位置微调的调整螺旋机构16、支撑架17。喷涂装置包括储料罐6、涂料泵7、喷嘴8。喷嘴位置调节装置包括气泵9、气缸10、气动控制阀、非接触式位置检测传感器11和数据采集处理及控制设备。钢管支撑装置包括V型支架12、一组滚轮13，以及驱动滚轮转动的电机和减速器。防护装置为防护罩14。

钢管支撑装置中的一组滚轮13排成两列分别安装在V型支架12的V型的两平面上，且两列滚轮呈间隔交错均布。小车导轨副的固定支架4和可移动支架5分别设置在V型支架12的沿被加工钢管轴线的两侧，小车导轨副3的一端与可移动支架5垂直固联在一起，使可移动支架5可以带动小车导轨副3沿被加工钢管的轴线方向移动。小车导轨副3的另一端可以搭放支撑在固定支架4中的支撑架17上，固定支架4中的调整螺旋机构16可以对支撑架17进行沿钢管的水平径向方向的位置微调。行走小车1置于小车导轨副3上，在驱动机构2的作用下可沿小车导轨副3做钢管轴向的匀速直线运动。行走小车1上依次安放有储料罐6、涂料泵7、气泵9、气缸10。气缸10的安装应保证气缸活塞杆轴线位于钢管中心所在的轴向截面内。喷嘴8固定在气缸活塞杆的端部，并通过管道与涂料泵7的出口相连，涂料泵7的入口与储料罐6相连。气泵9通过气管道和气动控制阀向气缸10供气。除喷嘴8外，行走小车1上安放的所有装置均置于防护罩14之内。非接触式位置检测传感器11安装在钢管的下方，并位于钢管中心所在的垂直平面内。

上述固定支架4包括底座15、用于位置微调的调整螺旋机构16、支撑架17，调整螺旋机构16和支撑架17安放在底座15上，调整螺旋机构16可对支撑架17进行沿被加工钢管水平径向方向的位置微调。气缸10是指所有的具有位置检测功能并可实现气缸中间任意位置停止的气缸。气缸10的安装应保证气缸活塞杆轴线垂直并通过被加工钢管中心。气动控制阀是实现比例或伺服控制的气动控制阀。

实施例

对大口径钢管进行内喷涂作业时，首先将钢管安放在V型支架12上，由V型支架上的一组滚轮13(滚轮个数根据需要选择)支撑，驱动可移动支架5使其带动小车导轨副3穿过钢管内部，并支撑在另一侧的固定支架4中的支撑架17上，调节固定支架4中的调整螺旋机构16，保证小车导轨副3与钢管轴线平行，且对称地分布在钢管轴线的两侧。由位于钢管下方的非接触式位置检测传感器11(例如：市购的激光位移传感器)检测钢管外圆表面最低点的空间位置，通过数据采集处理及控制设备(如：市购的工控机或数据采集和处理板卡等，通过PLC编程实现顺序动作和通过伺服/比例控制气缸行程)采集数据，并经过程序的分析计算和误差修正后，即可得到被加工钢管的管径大小。近似分析计算可参考式(1)及附图5(C指喷嘴的目标运动位置，D指喷嘴的初始位置)。

$R=\frac{a^2+{(L-x)}^2}{2(L-x)}---\left(1\right)$

式(1)中，R为被加工钢管的外圆半径，L和a为喷涂系统的结构尺寸，为已知值，x为非接触式位置检测传感器检测到的钢管外圆表面最低点的空间位置尺寸。

由于喷嘴8的初始位置为喷涂系统的设计值，是已知量，假设用b表示，在获得了钢管的管径尺寸后，通过计算即可得到喷嘴8的运动行程值，即气缸的运动行程值，假设用l表示，l的计算可参考式(2)及附图5。

l＝x+2R-c-h-b    (2)

式(2)中：l为气缸的运动行程值，c为钢管的壁厚，h为喷嘴与钢管内壁的距离(即喷涂距离)，b为喷嘴初始位置与非接触式位置检测传感器的测试基准面间的距离。

启动气泵9，并由数据采集处理及控制设备发出控制指令信号，通过气动控制阀控制气缸10的活塞杆向外伸出的行程，即可控制喷嘴8与钢管内壁间的距离。此处所说的气缸是指具有位置检测功能并可实现气缸中间任意位置停止的气缸，例如伺服气缸、行程可读出气缸等，此处所说的气动控制阀是指可以实现比例或伺服控制的气动控制阀。喷嘴8调整到位后，启动滚轮13的驱动电机，滚轮13转动，在滚轮13与钢管外圆面间摩擦力的作用下，钢管以较低的速度旋转。启动小车行走驱动机构2(电机+减速器)，使行走小车1在小车导轨副3上沿钢管轴线方向匀速运动。启动涂料泵7，将涂料增压后送至喷嘴8并经喷嘴前端的细小孔洞喷出，即可对整个钢管内壁进行喷涂工作。整个钢管喷涂完成后，关闭涂料泵，气缸活塞杆缩回(即喷嘴复位)，关闭气泵，关闭滚轮13的驱动电机，行走小车退回到初始位置，关闭小车行走驱动机构2。将小车导轨副3从钢管的中间退出，将钢管从V型支架上取下。至此，完成钢管喷涂的一个工作循环。以上的顺序动作控制可利用公知技术进行编程加以实现，自动喷涂工作流程示意参见附图6。

若本发明中气缸的最大行程为l_max，则可加工的最大钢管与最小钢管间的管径变化范围最大可达到2l_max，因此具有管径适应范围大的特点。

Claims (5)

1.一种针对大口径钢管的管径自适应内壁喷涂设备，其特征在于包括行走装置、喷涂装置、喷嘴位置调节装置、钢管支撑装置、防护装置，所述的行走装置包括行走小车(1)、驱动机构(2)、小车导轨副(3)、固定支架(4)、可移动支架(5)；喷涂装置包括储料罐(6)、涂料泵(7)、喷嘴(8)；喷嘴位置调节装置包括气泵(9)、气缸(10)、气动控制阀、非接触式位置检测传感器(11)和数据采集处理及控制设备；钢管支撑装置包括V型支架(12)、一组滚轮(13)以及驱动滚轮转动的电机和减速器；防护装置为防护罩(14)；

所述的钢管支撑装置中的一组滚轮(13)排成两列分别安装在V型支架(12)的V型的两平面上，且两列滚轮呈间隔交错均布；小车导轨副(3)的固定支架4和可移动支架(5)分别设置在V型支架(12)的沿被加工钢管轴线的两侧；小车导轨副(3)的一端与可移动支架(5)垂直固联在一起，小车导轨副(3)的另一端搭放支撑在固定支架(4)上；行走小车(1)置于小车导轨副(3)上，由驱动机构(2)驱动沿小车导轨副(3)运动；行走小车(1)上依次安放有储料罐(6)、涂料泵(7)、气泵(9)、气缸(10)；喷嘴(8)固定在气缸活塞杆的端部，喷嘴(8)通过管道与涂料泵(7)的出口相连，涂料泵(7)的入口与储料罐(6)相连；气泵(9)通过管道及气动控制阀向气缸(10)供气；除喷嘴(8)外，行走小车(1)上安放的所有装置均置于防护罩(14)之内；非接触式位置检测传感器(11)安装在被加工钢管的下方，并位于被加工钢管中心所在的垂直平面内。

2.根据权利要求1所述的针对大口径钢管的管径自适应内壁喷涂设备，其特征在于：固定支架(4)包括底座(15)、用于位置微调的调整螺旋机构(16)、支撑架(17)，调整螺旋机构(16)和支撑架(17)安放在底座(15)上，调整螺旋机构(16)可对支撑架(17)进行沿被加工钢管水平径向方向的位置微调。

3.根据权利要求1所述的针对大口径钢管的管径自适应内壁喷涂设备，其特征在于：气缸(10)是指所有的具有位置检测功能并可实现气缸中间任意位置停止的气缸。

4.根据权利要求1所述的针对大口径钢管的管径自适应内壁喷涂设备，其特征在于：气缸(10)的安装应保证气缸活塞杆轴线垂直并通过被加工钢管中心。

5.根据权利要求1所述的针对大口径钢管的管径自适应内壁喷涂设备，其特征在于：气动控制阀是实现比例或伺服控制的气动控制阀。

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