CN106276432A - 超高压大口径石油钻采输送软管钢丝缠绕机 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种超高压大口径石油钻采输送软管钢丝缠绕机，由预成型机、中胶缠绕机、缠绕机、旋转线模座、牵引机和胶管托架由左向右依次设置构成，所述预成型机由预成型装置构成，包括底座，在底座上设置有两个过线轮，两个过线轮之间设置有成型杆，两个过线轮和成型杆不在同一平面内，成型杆为柱形杆轴向斜切形成的斜面杆。预成型机、中胶缠绕机、缠绕机、旋转线模座、牵引机和胶管托架的动力装置均与主控制系统连接。本发明通过主控制系统采用全自动控制技术，预先设定参数、自动控制、主要参数数显、故障数显提示，确保启动时速度、扭矩、转速行程的自动匹配得到控制。

Description

超高压大口径石油钻采输送软管钢丝缠绕机

技术领域

本发明属于胶管领域，具体地说涉及一种适用于生产超高压大口径石油钻采输送软管的钢丝缠绕机。

背景技术

石油钻采输送软管是石油钻井工业中不可或缺的关键设备，属于特种高压大口径钢丝缠绕胶管。由于工作压力高，作业环境恶劣，对石油钻采输送软管的可靠性、安全性、技术稳定性等提出了严苛的要求。目前我国国内各大油田使用的API 7K、16C、16D等超高压大口径石油钻采输送软管，一直依赖美国、法国、意大利等国家的进口产品。此外，国外厂家对超高压大口径石油钻采输送软管制造技术完全封锁，市场上的超高压大口径钢丝缠绕机更是千金难买，甚至拒绝其他厂家对生产线的参观学习。近年来，国内虽有个别企业生产过此类设备，但由于缺乏系统的认识，造成设备精度和自动化程度无法满足API 7K、16C、16D等油田专用胶管的技术标准。

石油钻采输送软管对钢丝缠绕机的性能要求，对于控制工艺的关键要素及影响质量的特殊细节，都需要系统设计和制造。钢丝缠绕机一般由中胶缠绕机、预成型机、缠绕机、旋转线模座、牵引机和胶管托架构成。

目前超大型钢丝缠绕机性能的关键技术难点如下：

1、全自动控制启动时，速度、扭矩、转速行程匹配能不能确保稳定，国内电器设备能不能满足要求。

2、对核心技术点——预成型采用哪种结构，如何任意控制，偏差大小的控制措施。因为目前钢丝缠绕机的预成型装置的成型杆都是圆柱形杆。由于超大型钢缠胶管所用钢丝的直径增大了5至10倍，钢丝刚性大,柔性差,不易操作,预成型非常困难。圆柱形成型杆不利于成型，很难保证钢丝预成型所需的圈径。而且行程偏差不好控制。进口机器会出现规格不稳、头部缩口、头部散开等缺陷。

3、钢丝缠绕理想平衡角度难以确保。

4、牵引机易夹（压）伤管体缺陷：目前钢丝缠绕机的牵引机是机械夹持，由于中、小型进口缠绕机牵引均是机械结构的夹持牵引，依据经验掌控夹持力。生产中如果夹持力不够，会引起牵引打滑；夹持力稍大，就会夹伤内管，缠绕的工艺稳定性无法保证，直接影响最终胶管的内在品质。

5、张力控制的不稳定性难以控制和消除：缠绕主机主要承载钢丝锭子并将钢丝导出张力控制系统，将钢丝缠绕在胶管的内胶层上，同时胶管管胎由液压牵引水平拖动，缠绕机主机做顺时针或逆时针运转，使钢丝按一定的角度，呈螺旋状缠绕在内胶上。内管缠绕钢丝的过程中，保持张力稳定，是控制缠绕质量的关键环节，因此缠绕机上均设置有张力控制装置。大、中型钢缠机，普遍采用机械摩擦原理控制张力。由于钢丝线轴长期的生产磨耗，放线半径随之减小，张力相对增大，这便是机械摩擦控制张力的弊端，目前行业内一直没有较好的办法来解决。

发明内容

本发明的发明目的在于克服上述不足，提供一种超高压大口径石油钻采输送软管钢丝缠绕机，

为实现上述目的本发明采用以下技术方法：

一种超高压大口径石油钻采输送软管钢丝缠绕机，由预成型机、中胶缠绕机、缠绕机、旋转线模座、牵引机和胶管托架由左向右依次设置构成，所述预成型机由预成型装置构成，包括底座，在底座上设置有两个过线轮，两个过线轮之间设置有成型杆，两个过线轮和成型杆不在同一平面内，成型杆为柱形杆轴向斜切形成的斜面杆。预成型机、中胶缠绕机、缠绕机、旋转线模座、牵引机和胶管托架的动力装置均与主控制系统连接。

上述超高压大口径石油钻采输送软管钢丝缠绕机，所述斜面杆的横截面为圆形的一部分圆弧裁切掉形成的优弧面。

上述超高压大口径石油钻采输送软管钢丝缠绕机，所述斜面杆的横截面为圆形对称的部分圆弧栽切掉形成两个劣弧和连接两个劣弧的两个斜线构成的平面，且两个劣弧的度数不同。

上述超高压大口径石油钻采输送软管钢丝缠绕机，所述缠绕机包括张力控制装置，张力控制装置包括设置在底架上的转盘，在转盘上设置有过线轮，在转盘的右侧还依次设置有大环张力盘、小环张力盘和内口型组，其中转盘、大环张力盘、小环张力盘、内口型组均设置在大口径轴套上，大环张力盘和小环张力盘沿大口径轴套轴向移动，大口径轴套的端部与驱动机构连接，由驱动机构带动大口径轴套旋转。

上述超高压大口径石油钻采输送软管钢丝缠绕机，：大环张力盘和小环张力盘内分别套设有小口径轴套上，小口径轴套与大口径轴套之间通过螺栓连接，其中大口径轴套上设置有条形孔，小口径轴套上设置有螺栓孔，螺栓穿过小口径轴套上的螺栓孔和大口径轴套上的条形孔将大环张力盘和小环张力盘固定在大口径轴套上。

上述超高压大口径石油钻采输送软管钢丝缠绕机，所述底架包括设置在转盘两侧的导滚，转盘设置在两导滚之间与两导滚摩擦连接，导滚通过支架设置在地槽里。

上述超高压大口径石油钻采输送软管钢丝缠绕机，所述牵引机便是牵引系统，包括底部架，在底部架顶部平行设置有两套履带系统，弧形夹持部安装在履带的滑块上，两套履带系统上的弧形夹持部的弧形面相对设置，形成夹持软管的夹持部，其中一套履带系统通过支架固定在底部架上，另一套履带系统通过液压缸设置在连接架上，连接架固定在底部架上，液压缸与液压系统连接，液压系统通过液压控制系统控制其操作，履带系统套在从动轮和主动轮之间，主动轮与电机相连。

上述超高压大口径石油钻采输送软管钢丝缠绕机，所述履带系统包括外支架，在外支架内设置的导轨，导轨上设置有导链，滑块固定在导链上，其中左履带系统的外支架铰接在液压缸的活塞杆端部，液压缸通过连接架固定在底部架上，从动轮和主动轮分别设置在两个导轨的两端。

上述超高压大口径石油钻采输送软管钢丝缠绕机，所述链块为双耳链块，所述夹持部的弧形面上设置有弹性层。

上述超高压大口径石油钻采输送软管钢丝缠绕机，所述张力控制装置的驱动机构、牵引机的电机、牵引机的液压控制系统、预成型机的动力机构、中胶缠绕机的动力机构和旋转线模座的动力机构均与主控制系统连接。

采用上述技术方案，本发明有以下优点：

1．本发明采用全自动控制技术

项目组充分研究了中、小型进口缠绕机的特性，并结合前期经验，选用了主控制系统，主控制系统采用PCL控制系统。主要电器件采用伺服电器，全系统触摸屏预先设定参数、自动控制、主要参数数显、故障数显提示，确保启动时速度、扭矩、转速行程的自动匹配得到控制。

2．预成型的技术关键点

结合大口径成型理论及以往设计经验，采用了80°钢丝弯曲预成型装置，成型杆为斜面,有利于成型，通过机下预成型机，保证了钢丝预成型所需的圈径。由于超大型钢缠胶管所用钢丝的直径增大了5至10倍，钢丝刚性大,柔性差,不易操作,预成型非常困难。因此,本发明采取了机下预成型机，成型杆由传统的圆柱面改为斜面,更有利于成型，保证了钢丝预成型所需的圈径。通过有效措施，行程偏差控制在±10％以内,有效的解决了进口机器出现的规格不稳、头部缩口、头部散开等缺陷。

3.钢丝缠绕理想平衡角度的技术关键点

钢丝缠绕理想平衡角度的控制直接影响产品的内在质量。本发明采用了主控制系统即CPL系统，确保两个辅助盘、两个主盘、两个牵引得到稳定控制，此外转速、转比、牵引行程可以任意选择与组合，满足胶管对每层钢丝不同缠绕角度、行程等技术参数的要求，实现设计理想化。

4．牵引机的智能调节结构

本发明采用牵引机的液压控制系统控制牵引机，利用液压压力可控原理, 通过控制压力来控制牵引机夹持力,确保夹持力可任意调节 ,避免了由机械夹伤造成的软管质量不稳定。由于中、小型进口缠绕机牵引均是机械结构的夹持牵引，依据经验掌控夹持力。生产中如果夹持力不够，会引起牵引打滑；夹持力稍大，就会夹伤内管，缠绕的工艺稳定性无法保证，直接影响最终胶管的内在品质。项目组针对机械式牵引夹持的弊端,利用液压压力可控原理, 大胆的采用通过控制压力来控制夹持力的方法,确保夹持力可任意调节,并保持恒定,避免了由夹伤造成的缠绕质量不稳定。

5．张力的控制

采用四级张力控制系统，在转盘后面增加了可任意调张力的大环张力盘、小环张力盘，与内口型组、外口型一起形成了四级张力调节系统，实现了张力的任意调节，有效的解决了机械摩擦不能稳定控制张力的弊端。

内管缠绕钢丝的过程中，保持张力稳定，是控制缠绕质量的关键环节。大、中型钢缠机，普遍采用机械摩擦原理控制张力。由于钢丝线轴长期的生产磨耗，放线半径随之减小，张力相对增大，这便是机械摩擦控制张力的弊端，目前行业内一直没有较好的办法来解决。经过多次模拟试验，在每个盘前面增加了可任意调张力的大环张力圈、小环张力圈，通过轴向移位，实现了张力的任意调节，有效的解决了以上弊端。

附图说明

图1是本发明结构示意图。

图2是本发明预成型机的结构示意图。

图3是图2的左视图。

图4是本发明成型杆的横截面示意图。

图5是本发明成型杆横截面的另一种结构示意图。

图6是本发明缠绕机张力装置结构示意图。

图7是图6中转盘的左视图。

图8是本发明牵引机结构示意图。

图9是图8去掉主动轮和从动轮后的左视图。

图10是本发明旋转线模座的结构示意图。

图11是图10的左视图。

具体实施方式

如图1所示的一种超高压大口径石油钻采输送软管钢丝缠绕机，主要由预成型机、中胶缠绕机、缠绕机、旋转线模座、牵引机和胶管托架由左向右依次设置构成。

具体地说本发明从左向右依次设有第一中胶缠绕机A、第一缠绕机B、第一旋转线模座C、第二中胶缠绕机D、第二缠绕机E、第二旋转线模座F、第一胶管托架G、第一牵引机H、第二胶管托架I、第二牵引机J、第三胶管托架K。

大盘上的钢丝通过预成型机将钢丝弯曲成需要的度数，本发明钢丝弯曲度数为80°，将钢丝度数为80°第一台钢丝缠绕在缠绕机张力装置的过线轮上，内胶管通过缠绕机张力控制装置的大口径轴承内穿过，张力控制装置的轴套在张力控制装置的驱动机构驱动下旋转，把钢丝缠绕到内胶管上形成第一层钢丝编织层；有一层钢丝编织层的内胶管通过第一旋转线模座，将钢丝均匀的排列开来。然后再通过中胶缠绕机、第二台缠绕机，第二台缠绕机的旋转方向与第一台缠绕机的旋转方向相反，缠上第二层钢丝层，从第二旋转线模座后由牵引机运向胶管托架。

如图2和图5所示，所述预成型机由预成型装置构成，预成型装置包括底座15，在底座上设置有两个过线轮16、17，两个过线轮之间设置有成型杆18，两个过线轮和成型杆不在同一平面内，成型杆为柱形杆轴向斜切形成的斜面杆。为使钢丝呈一定的夹角，本发明的斜面杆的横截面为圆形对称的部分圆弧栽切掉形成两个劣弧18、19和连接两个劣弧的两个斜线21构成的平面，且两个劣弧的度数不同。其中两个劣弧的度数根据不同钢丝弯曲度数通过控制器及相关软件设计得到。本发明的优选钢丝度数为80°钢丝。

本发明预成型装置的的斜面杆的横截面还可以为圆形的一部分圆弧裁切掉形成的优弧面22，如图5所示，同样能完成本发明的目的。

如图6和图7所示，所述缠绕机包括张力控制装置，张力控制装置包括底架23，底架23上的转盘24，在转盘上设置有过线轮25，在转盘的右侧还依次设置有大环张力盘26、小环张力盘27和内口型组28，其中转盘、大环张力盘、小环张力盘、内口型组均设置在大口径轴套29上，大环张力盘和小环张力盘沿大口径轴套轴向移动，大口径轴套的端部与驱动机构30连接，由驱动机构带动大口径轴套旋转。所述底架包括设置在转盘两侧的导滚31，转盘设置在两导滚之间与两导滚摩擦连接，导滚通过支架32设置在地槽33里，地槽是在地面上往下挖开的槽。

本发明的大口径轴套的一端通过轴承设置在架子34上，且大口径轴套与驱动机构30连接，驱动机构为减速机，减速机的输出轴上设置有主动轮，大口径轴套上设置有从动轮，主动轮与从动轮啮合，减速机与控制系统连接。

本发明大环张力盘和小环张力盘能够沿大口径轴套移动是通过以下结构完成的：大环张力盘和小环张力盘内分别套设有小口径轴套上，小口径轴套与大口径轴套之间通过螺栓连接，其中大口径轴套上设置有条形孔，小口径轴套上设置有螺栓孔，螺栓穿过小口径轴套上的螺栓孔和大口径轴套上的条形孔将大环张力盘和小环张力盘固定在大口径轴套上。

内管缠绕钢丝的过程中，保持张力稳定，是控制缠绕质量的关键环节。大、中型钢缠机，普遍采用机械摩擦原理控制张力。由于钢丝线轴长期的生产磨耗，放线半径随之减小，张力相对增大，这便是机械摩擦控制张力的弊端，目前行业内一直没有较好的办法来解决。我们经过多次模拟试验，在每个盘前面增加了可任意调张力的大环张力盘、小环张力盘，通过轴向移位，实现了张力的任意调节，有效的解决了以上弊端。

本发明超高压大口径石油钻采输送软管钢丝缠绕机，所述牵引机便是牵引系统，包括底部架1，在底部架顶部平行设置有两套履带系统2、3，履带系统上设置有滑块4，弧形夹持部5安装在履带的滑块上，两套履带系统上的弧形夹持部的弧形面相对设置，形成夹持软管的夹持部，为了防止夹伤胶管，在夹持部的弧形面上设置有弹性层。两套履带系统中的一套履带系统即右履带系统，如图2所示，通过支架6固定在底部架上，另一套履带系统即左履带系统，如图2所示，通过液压缸7设置在连接架8上，连接架固定在底部架上，液压缸与液压系统连接，液压系统通过液压控制系统控制其操作，履带系统套在从动轮9和主动轮10之间，主动轮与电机11相连。

本发明的履带系统包括外支架12，在外支架内设置的导轨13，导轨上设置有导链14，滑块固定在导链上，其中左履带系统的外支架铰接在液压缸的活塞杆端部，液压缸通过连接架固定在底部架上，从动轮和主动轮分别设置在两个导轨的两端。

本发明的液压控制系统可以根据生产工艺，设定压力，通过压力调整夹持力。生产中根据工艺要求，设定夹持力参数，液压牵引机左侧液压系统供油，液压缸工作，推动左侧牵引向右侧运行，左右两侧牵引间距减小，由此产生夹持力。

液压控制系统控制整个牵引机的外支架，利用液压压力可控原理, 通过控制压力来控制牵引机夹持力,确保夹持力可任意调节 ,避免了由机械夹伤造成的软管质量不稳定。避免了目前牵引机的以下缺陷：目前中、小型进口缠绕机牵引均是机械结构的夹持牵引，依据经验掌控夹持力。生产中如果夹持力不够，会引起牵引打滑；夹持力稍大，就会夹伤内管，缠绕的工艺稳定性无法保证，直接影响最终胶管的内在品质。本发明针对机械式牵引夹持的弊端,利用液压压力可控原理, 大胆的采用通过控制压力来控制夹持力的方法,确保夹持力可任意调节,并保持恒定,避免了由夹伤造成的缠绕质量不稳定。

本发明超高压大口径石油钻采输送软管钢丝缠绕机，所述张力控制装置的驱动机构、牵引机的电机、牵引机的液压控制系统、预成型机的动力机构、中胶缠绕机的动力机构和旋转线模座的动力机构均与主控制系统连接。

本发明旋转线模座，包括旋转底架35，旋转底架上设置有定位滑杆36，定位滑杆上设置有移动座37，外口型组39与张力控制装置的内口型组28相对应设置，外口型组外套设轴承38，轴承外圈固定在移动座上，移动座与定位滑杆丝杠丝套连接，定位滑杆两端通过轴承安装在移动座上，定位滑杆的一端设有滑杆从动轮，旋转底架上设置有电机，电机输出轴上套有滑杆主动轮，滑杆主动轮与滑杆从动轮之间通过链条连接，从而带动外口型组在定位滑杆上移动。

在旋转线模座上增加旋转组件即外口径组外部的轴承，调节前面张力控制装置的大环张力盘与转盘间距，便于排线均匀。通过旋转线模座，使进入外口型组的钢丝均匀紧密的缠绕在管胎上，一旦出现钢丝的错层或非正常排列，由于钢丝胶管在牵引机的牵引下向右作直线移动，这样旋转组件会根据摩擦力的大小灵活的调节非正常排列的钢丝的位置，使其在不受剧烈机械外力的作用下，快速准确的归位，保证了钢丝缠绕层的紧密有序，均匀一致。

具体地说本发明从左向右依次设有第一中胶缠绕机A、第一缠绕机B、第一旋转线模座C、第二中胶缠绕机D、第二缠绕机E、第二旋转线模座F、第一胶管托架G、第一牵引机H、第二胶管托架I、第二牵引机J、第三胶管托架K。工作过程中，有两个部件同时进入本缠绕机中，一个是胶管，走直线；另一个是钢丝，需要分层旋转缠绕在胶管上。

胶管走向：从左向右穿过第一中胶缠绕机A、第一缠绕机B、第一旋转线模座C、第二中胶缠绕机D、第二缠绕机E、第二旋转线模座F和第一胶管托架G，再由第一牵引机H牵拉到第二胶管托架I上，再由第二牵引机J牵拉到第三胶管托架K上。

钢丝走向：钢丝从大盘上出来经过预成型装置使钢丝度数为80°钢丝，缠绕到第一缠绕机B的张力控制装置的过线轮上，过线轮上的钢丝穿过大环张力盘和小环张力盘再绕过外口型组，旋转盘、大环张力盘、小环张力盘和外口型组均在张力控制系统的电机带动下旋转，从而把钢丝缠绕在同时从外口型组内经过的胶管上，形成第一层钢丝缠绕层，有一层钢丝缠绕层的胶管通过第一旋转线模座C的内口型组使钢丝均匀排列；再进入第二中胶缠绕机D缠绕一层中胶管，缠绕有一层钢丝层和一层中胶层的胶管再进入第二缠绕机E，第二缠绕机E旋转方向与第一缠绕机B的旋转方向相反，从而在缠绕上第二层钢丝层，再到第二旋转线模座F的内口型组使第二层钢丝均匀排列；缠绕两层钢丝层的胶管通过第一胶管托架G，再由第一牵引机H牵拉到第二胶管托架I上，再由第二牵引机J牵拉到第三胶管托架K上。

整个工作过程不论是胶管运行还是钢丝缠绕过程都是通过主控制系统控制，主控制系统采用PCL控制系统。主要电器件采用伺服电器，全系统触摸屏预先设定参数、自动控制、主要参数数显、故障数显提示，确保启动时速度、扭矩、转速行程的自动匹配得到控制。钢丝的弯曲度数、缠绕机张力装置的旋转速度、缠绕机大不张力盘、小环张力盘与旋转盘之间的距离的调整、旋转线模座的移动座移动位置、牵引机液压缸的控制以及牵引机的电机均由主控制系统控制，确保启动时速度、扭矩、转速行程的自动匹配得到控制。

Claims (10)

1.一种超高压大口径石油钻采输送软管钢丝缠绕机，由预成型机、中胶缠绕机、缠绕机、旋转线模座、牵引机和胶管托架由左向右依次设置构成，其特征在于：所述预成型机由预成型装置构成，包括底座，在底座上设置有两个过线轮，两个过线轮之间设置有成型杆，两个过线轮和成型杆不在同一平面内，成型杆为柱形杆轴向斜切形成的斜面杆，预成型机、中胶缠绕机、缠绕机、旋转线模座、牵引机和胶管托架的动力装置均与主控制系统连接。

2.根据权利要求1所述的超高压大口径石油钻采输送软管钢丝缠绕机，其特征在于：所述斜面杆的横截面为圆形的一部分圆弧裁切掉形成的优弧面。

3.根据权利要求1所述的超高压大口径石油钻采输送软管钢丝缠绕机，其特征在于：所述斜面杆的横截面为圆形对称的部分圆弧栽切掉形成两个劣弧和连接两个劣弧的两个斜线构成的平面，且两个劣弧的度数不同。

4.根据权利要求1所述的超高压大口径石油钻采输送软管钢丝缠绕机，其特征在于：所述缠绕机包括张力控制装置，张力控制装置包括设置在底架上的转盘，在转盘上设置有过线轮，在转盘的右侧还依次设置有大环张力盘、小环张力盘和内口型组，其中转盘、大环张力盘、小环张力盘、内口型组均设置在大口径轴套上，大环张力盘和小环张力盘沿大口径轴套轴向移动，大口径轴套的端部与驱动机构连接，由驱动机构带动大口径轴套旋转。

5.根据权利要求4所述的超高压大口径石油钻采输送软管钢丝缠绕机，其特征在于：大环张力盘和小环张力盘内分别套设有小口径轴套上，小口径轴套与大口径轴套之间通过螺栓连接，其中大口径轴套上设置有条形孔，小口径轴套上设置有螺栓孔，螺栓穿过小口径轴套上的螺栓孔和大口径轴套上的条形孔将大环张力盘和小环张力盘固定在大口径轴套上。

6.根据权利要求4所述的超高压大口径石油钻采输送软管钢丝缠绕机，其特征在于：所述底架包括设置在转盘两侧的导滚，转盘设置在两导滚之间与两导滚摩擦连接，导滚通过支架设置在地槽里。

7.根据根据权利要求1所述的超高压大口径石油钻采输送软管钢丝缠绕机，其特征在于：所述牵引机便是牵引系统，包括底部架，在底部架顶部平行设置有两套履带系统，弧形夹持部安装在履带的滑块上，两套履带系统上的弧形夹持部的弧形面相对设置，形成夹持软管的夹持部，其中一套履带系统通过支架固定在底部架上，另一套履带系统通过液压缸设置在连接架上，连接架固定在底部架上，液压缸与液压系统连接，液压系统通过液压控制系统控制其操作，履带系统套在从动轮和主动轮之间，主动轮与电机相连。

8.根据权利要求7所述的超高压大口径石油钻采输送软管钢丝缠绕机，其特征在于：所述履带系统包括外支架，在外支架内设置的导轨，导轨上设置有导链，滑块固定在导链上，其中左履带系统的外支架铰接在液压缸的活塞杆端部，液压缸通过连接架固定在底部架上，从动轮和主动轮分别设置在两个导轨的两端。

9.根据权利要求7所述的超高压大口径石油钻采输送软管钢丝缠绕机牵牵引系统，其特征在于：所述链块为双耳链块，所述夹持部的弧形面上设置有弹性层。

10.根据权利要求1-9中任一项所述的超高压大口径石油钻采输送软管钢丝缠绕机，其特征在于：所述张力控制装置的驱动机构、牵引机的电机、牵引机的液压控制系统、预成型机的动力机构、中胶缠绕机的动力机构和旋转线模座的动力机构均与主控制系统连接。