CN108297392B - 一种用于制造双层套管的外部加压装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于制造双层套管的外部加压装置，包括加压装置本体、两组密封结构、液压回路和应变测试模块。加压装置本体外筒与外层管之间设有环形腔，并采用两组密封结构实现密封。通过液压回路对外层管施加压力，并在加压完成后进行卸载，使内外层管套合。应变测试模块用于监测加工过程中内层管内壁的应变。本发明适用于制造加工过程中内层管不允许产生塑性变形的双层套管，也适用于制造内层管尺寸较小，难以通过对内层管内壁加压进行加工的双层套管。

Description

一种用于制造双层套管的外部加压装置

技术领域

本发明属于机械制造领域，具体涉及一种用于制造双层套管的外部加压装置。

背景技术

双层套管广泛应用于机械、石油、水利、电力工程中，现有的双层套管制造工艺与装置都是采用从内层管内壁进行加压的方式。《Study on hydro-forming technology ofmanufacturing bimetallic CRA-lined pipe》（International Journal of MachineTools and Manufacture, 2005, 45(4): 373-378）一文中提到一种双层套管加工制造装置，通过给内层管内壁加压进行工作，随着所施压力升高，内层管由弹性变形状态进入塑性变形状态，并紧贴外层管，当所施压力达到一定值时，外层管发生弹性变形，两管紧密贴合在一起，当所施压力卸除后，外层管弹性回复大于内层管弹性回复，从而使内层管和外层管紧密套合。这种方式不可避免地造成内层管塑性变形。若内层管直径小，则要求内部加压装置尺寸也小，增加了制造难度。对于不允许内层管发生塑性变形的场合，以及内层管内径过小难以采用合适内部加压装置的情况，需要提出从外部加压来制造双层套管的装置。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于制造双层套管的外部加压装置，通过改变现有双层套管制造装置加载压力的作用对象，解决加工过程中对内层管内壁施加压力造成内层管塑性变形的问题，也能解决内层管内径过小难以采用合适内部加压装置的问题。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种用于制造双层套管的外部加压装置，包括加压装置本体、两组密封结构、液压回路和应变测试模块，所述加压装置本体包括外筒、第一环形端盖、第一堵头、第二环形端盖和第二堵头，所述外筒内靠近端口的内壁上分别设有一圈环形凸起，待加工的内层管设置在待加工的外层管内，外层管同轴嵌套在外筒内，环形凸起内壁与外层管外壁之间设为紧密配合，两者之间形成环形腔，第一堵头设置在外层管一端并伸入外筒，通过第一环形端盖与外筒的端部固连，第二堵头设置在外层管的另一端并伸入外筒，通过第二环形端盖与外筒的另一个端部固连；第一堵头、外筒和外层管之间设有一组密封结构，第二堵头、外筒和外层管之间设有另一组密封结构，液压回路用于对外层管外壁进行加压，并在加压完成后进行卸载，应变测试模块用于监测加工过程中内层管内壁的应变。

所述外筒侧壁上还设有液压孔道，液压孔道设置于两个环形凸起之间，外筒的外壁面上设置有液压孔道凸台，液压回路的端口固定在液压孔道凸台上，与液压孔道相通。

所述液压回路包括四通管接头、三通管接头、单向阀、溢流阀、截止阀、压力泵、液箱和压力计；所述压力泵一端与液箱相连，另一端与单向阀一端相连，所述单向阀另一端经四通管接头与液压孔道相连，所述溢流阀一端与液箱相连，另一端与三通管接头相连，所述三通管接头与四通管接头相连，所述截止阀一端与液箱相连，另一端与三通管接头相连，所述压力计与四通管接头相连。

所述第一堵头伸入外筒的部分为环形柱段，环形柱段的端面采用凸出的V型斜面，环形柱段内壁与外层管外壁之间采用间隙配合，环形柱段外壁与外筒内壁之间采用间隙配合，凸出的V型斜面将密封结构抵在环形凸起上，实现密封。

所述第二堵头伸入外筒的部分为环形柱段，环形柱段的端面采用凸出的V型斜面，环形柱段内壁与外层管外壁之间采用间隙配合，环形柱段外壁与外筒内壁之间采用间隙配合，凸出的V型斜面将密封结构抵在环形凸起上，实现密封，第二堵头中心设有通孔。

所述密封结构包括依次设置的L形聚四氟乙烯挡圈、O形密封圈、聚四氟乙烯环和梯形聚四氟乙烯环，所述聚四氟乙烯环的横截面为矩形，自内壁向外壁切去一个直角梯形，V型斜面的一个斜面与聚四氟乙烯环的斜面紧密配合，梯形聚四氟乙烯环设置在V型斜面的另一个斜面与聚四氟乙烯环之间，L形聚四氟乙烯挡圈一侧紧贴环形凸起，O形密封圈位于L形聚四氟乙烯挡圈、聚四氟乙烯环和外筒内壁之间。

所述应变测试模块包括应变测试仪和若干组应变片，所述若干组应变片间隔粘贴在内层管内壁上，同一组的若干个应变片沿内层管的周向分布，所述应变片通过导线经通孔连接到应变测试仪上。

本发明与现有技术相比，其显著优点在于：（1）制造双层套管过程中可使内层管不产生塑性变形；（2）能够用于制造内层管尺寸较小，难以通过对内层管内壁加压进行加工的双层套管；（3）结构简单，易于实现。

附图说明

图1为本发明的一种用于制造双层套管的外部加压装置的结构示意图。

图2为本发明的一种用于制造双层套管的外部加压装置的密封结构放大图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

结合图1，一种用于制造双层套管的外部加压装置，包括加压装置本体、两组密封结构、液压回路和应变测试模块，加压装置本体包括外筒4、第一环形端盖2、第一堵头1、第二环形端盖10和第二堵头11，外筒4内靠近端口的内壁上分别设有一圈环形凸起13，待加工的内层管6设置在待加工的外层管5内，外层管5同轴嵌套在外筒4内，环形凸起13内壁与外层管5外壁之间设为紧密配合，两者之间形成环形腔8，第一堵头1设置在外层管5一端并伸入外筒4，第一环形端盖2压在第一堵头1的外凸起圆柱段端面上，通过周向上均匀分布的若干个螺栓3与外筒4的一个端部固连，第二堵头11设置在外层管5的另一端并伸入外筒4，第二环形端盖10压在第二堵头11的外凸起圆柱段端面上，通过周向上均匀分布的若干个螺栓3与外筒4的另一个端部固连；第一堵头1、外筒4和外层管5之间设有一组密封结构，第二堵头11、外筒4和外层管5之间设有另一组密封结构。

结合图1，外筒4侧壁上还设有液压孔道14，液压孔道14设置于两个环形凸起13之间，外筒4的外壁面上设置有液压孔道凸台15，液压回路的端口固定在液压孔道凸台15上，与液压孔道14相通。

结合图1，液压回路包括四通管接头16、三通管接头27、单向阀18、溢流阀28、截止阀20、压力泵19、液箱21和压力计17；压力泵19一端与液箱21相连，另一端与单向阀18一端相连，单向阀18另一端经四通管接头16与液压孔道14相连，溢流阀28一端与液箱21相连，另一端与三通管接头27相连，三通管接头27与四通管接头16相连，截止阀20一端与液箱21相连，另一端与三通管接头27相连，压力计17与四通管接头16相连。液压回路用于对外层管5外壁进行加压，并在加压完成后进行卸载。

结合图1和图2，第一堵头1伸入外筒4的部分为环形柱段，环形柱段的端面采用凸出的V型斜面，环形柱段内壁与外层管5外壁之间采用间隙配合，环形柱段外壁与外筒4内壁之间采用间隙配合，凸出的V型斜面将密封结构抵在环形凸起13上，实现密封。

结合图1和图2，第二堵头11伸入外筒4的部分为环形柱段9，环形柱段9的端面采用凸出的V型斜面，环形柱段9内壁与外层管5外壁之间采用间隙配合，环形柱段9外壁与外筒4内壁之间采用间隙配合，凸出的V型斜面将密封结构抵在环形凸起13上，实现密封，第二堵头11中心设有通孔12。

结合图2，密封结构包括依次设置的L形聚四氟乙烯挡圈23、O形密封圈26、聚四氟乙烯环25和梯形聚四氟乙烯环24，聚四氟乙烯环25的横截面为矩形，自内壁向外壁切去一个直角梯形，V型斜面的一个斜面与聚四氟乙烯环25的斜面紧密配合，梯形聚四氟乙烯环24设置在V型斜面的另一个斜面与聚四氟乙烯环25之间，L形聚四氟乙烯挡圈23一侧紧贴环形凸起13，O形密封圈26位于L形聚四氟乙烯挡圈23、聚四氟乙烯环25和外筒4内壁之间。在密封结构安装时，有一定的预压力，使O形密封圈26产生变形，消除L形聚四氟乙烯挡圈23、O形密封圈26与外层管5外壁、外筒4内壁之间的静态间隙。

结合图1，应变测试模块包括应变测试仪22和若干组应变片，若干组应变片间隔粘贴在内层管6内壁上，同一组的若干个应变片7沿内层管6的周向分布，应变片7通过导线经通孔12连接到应变测试仪22上。应变测试模块用于监测加工过程中内层管6内壁的应变。

所述装置的工作过程如下：工作时，关闭截止阀20，开启压力泵19，从液箱21中抽取油液，经单向阀18、四通管接头16和液压孔道14，注入环形腔8，在外筒4与外层管5之间产生压力，用于给外层管5外壁进行加压。加压过程中，环形腔8中油液流经环形凸起13与外层管5外壁之间的间隙，产生的压力作用在L形聚四氟乙烯挡圈23上，L形聚四氟乙烯挡圈23挤压O形密封圈26。当刚开始加压时，环形腔8内油液压力并不是很大，O形密封圈26安装时由于预压作用而产生压缩变形，因此L形聚四氟乙烯挡圈23、O形密封圈26与外层管5外壁、外筒4内壁紧密接触，起到密封作用。当环形腔8内油液压力越来越大，油液推动L形聚四氟乙烯挡圈23和O形密封圈26作向外的轴向运动，此时聚四氟乙烯环25和梯形聚四氟乙烯环24产生膨胀变形，沿着环形柱段9端部凸出的V型斜面楔入间隙，起到密封作用，并且油液压力越大，楔入得越紧，具有自增强密封效果。由于双层套管制造过程中外层管5与内层管6在外筒4上环形凸起13附近变形是局部的，密封结构在整个过程中一直起到良好密封作用。当环形腔8内油液压力达到预定工作压力值，由于溢流阀28的作用，可使环形腔8内油液压力维持恒定，经过预定工作时间，完成内层管6与外层管5套合的压力加载过程。然后，打开截止阀20，环形腔8中的油液从液压孔道14依次经四通管接头16、三通管接头27和截止阀20，回流至液箱21，实现压力卸载。在加压与卸载过程中，通过应变测试模块测试内层管6内壁的应变，监测双层套管制造过程。在装置的工作过程中，加压阶段随着外层管5外壁所施压力升高，外层管5由弹性变形状态进入塑性变形状态，并紧贴内层管6，当所施压力达到一定值时，内层管6发生弹性变形，两管紧密贴合在一起；卸载后，内层管6弹性回复大于外层管5弹性回复，从而使内层管6和外层管5紧密套合，完成双层套管加工制造。

本发明的一种用于制造双层套管的外部加压装置，可以制造加工过程中内层管不允许产生塑性变形的双层套管，也可以制造内层管尺寸较小，难以通过对内层管内壁加压进行加工的双层套管。

Claims (6)

1.一种用于制造双层套管的外部加压装置，其特征在于：包括加压装置本体、两组密封结构、液压回路和应变测试模块，所述加压装置本体包括外筒（4）、第一环形端盖（2）、第一堵头（1）、第二环形端盖（10）和第二堵头（11），所述外筒（4）内靠近端口的内壁上分别设有一圈环形凸起（13），待加工的内层管（6）设置在待加工的外层管（5）内，外层管（5）同轴嵌套在外筒（4）内，环形凸起（13）内壁与外层管（5）外壁之间设为紧密配合，两者之间形成环形腔（8），第一堵头（1）设置在外层管（5）一端并伸入外筒（4），通过第一环形端盖（2）与外筒（4）的端部固连，第二堵头（11）设置在外层管（5）的另一端并伸入外筒（4），通过第二环形端盖（10）与外筒（4）的另一个端部固连；第一堵头（1）、外筒（4）和外层管（5）之间设有一组密封结构，第二堵头（11）、外筒（4）和外层管（5）之间设有另一组密封结构，液压回路用于对外层管（5）外壁进行加压，并在加压完成后进行卸载，应变测试模块用于监测加工过程中内层管（6）内壁的应变；

所述外筒（4）侧壁上还设有液压孔道（14），液压孔道（14）设置于两个环形凸起（13）之间，外筒（4）的外壁面上设置有液压孔道凸台（15），液压回路的端口固定在液压孔道凸台（15）上，与液压孔道（14）相通。

2.根据权利要求1所述的用于制造双层套管的外部加压装置，其特征在于：所述液压回路包括四通管接头（16）、三通管接头（27）、单向阀（18）、溢流阀（28）、截止阀（20）、压力泵（19）、液箱（21）和压力计（17）；所述压力泵（19）一端与液箱（21）相连，另一端与单向阀（18）一端相连，所述单向阀（18）另一端经四通管接头（16）与液压孔道（14）相连，所述溢流阀（28）一端与液箱（21）相连，另一端与三通管接头（27）相连，所述三通管接头（27）与四通管接头（16）相连，所述截止阀（20）一端与液箱（21）相连，另一端与三通管接头（27）相连，所述压力计（17）与四通管接头（16）相连。

3.根据权利要求1所述的用于制造双层套管的外部加压装置，其特征在于：所述第一堵头（1）伸入外筒（4）的部分为环形柱段，环形柱段的端面采用凸出的V型斜面，环形柱段内壁与外层管（5）外壁之间采用间隙配合，环形柱段外壁与外筒（4）内壁之间采用间隙配合，凸出的V型斜面将密封结构抵在环形凸起（13）上，实现密封。

4.根据权利要求1所述的用于制造双层套管的外部加压装置，其特征在于：所述第二堵头（11）伸入外筒（4）的部分为环形柱段（9），环形柱段（9）的端面采用凸出的V型斜面，环形柱段（9）内壁与外层管（5）外壁之间采用间隙配合，环形柱段外壁与外筒（4）内壁之间采用间隙配合，凸出的V型斜面将密封结构抵在环形凸起（13）上，实现密封，第二堵头（11）中心设有通孔（12）。

5.根据权利要求1、3或4所述的用于制造双层套管的外部加压装置，其特征在于：所述密封结构包括依次设置的L形聚四氟乙烯挡圈（23）、O形密封圈（26）、聚四氟乙烯环（25）和梯形聚四氟乙烯环（24），所述聚四氟乙烯环（25）的横截面为矩形，自内壁向外壁切去一个直角梯形，V型斜面的一个斜面与聚四氟乙烯环（25）的斜面紧密配合，梯形聚四氟乙烯环（24）设置在V型斜面的另一个斜面与聚四氟乙烯环（25）之间，L形聚四氟乙烯挡圈（23）一侧紧贴环形凸起（13），O形密封圈（26）位于L形聚四氟乙烯挡圈（23）、聚四氟乙烯环（25）和外筒（4）内壁之间。

6.根据权利要求1所述的用于制造双层套管的外部加压装置，其特征在于：所述应变测试模块包括应变测试仪（22）和若干组应变片，所述若干组应变片间隔粘贴在内层管（6）内壁上，同一组的若干个应变片（7）沿内层管（6）的周向分布，所述应变片（7）通过导线经通孔（12）连接到应变测试仪（22）上。