CN114700367B - 一种无缝钢管热扩生产系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及无缝钢管生产技术领域，具体是一种无缝钢管热扩生产系统，包括锥头芯模，锥头芯模由锥头部分和柱条部分组成，锥头部分和柱条部分的连接处套设有电磁加热圈，所述锥头芯模的锥头部分内设有空腔，该空腔内设置蒸汽动力机构，所述锥头芯模的柱条部分内沿轴向设置有水汽进入流道和水汽排出流道，水汽进入流道和水汽排出流道均与蒸汽动力机构相连通，且水汽进入流道的一端连通有输送泵；所述锥头芯模具有锥头部分的一端设置有旋转头，且旋转头与蒸汽动力机构传动连接，本发明的锥头芯模内能够流通水分，利用水分蒸发吸热，带走锥头芯模的热量，防止锥头芯模温度过高与管胚发生粘连，防止内麻坑的产生。
Description
技术领域
本发明涉及无缝钢管生产技术领域，具体是一种无缝钢管热扩生产系统。
背景技术
无缝钢管具有中空截面，大量用作输送流体的管道，如输送石油、天然气、煤气、水及某些固体物料的管道等。钢管与圆钢等实心钢材相比，在抗弯抗扭强度相同时，重量较轻，是一种经济截面钢材，广泛用于制造结构件和机械零件，如石油钻杆、汽车传动轴、自行车架以及建筑施工中用的钢脚手架等用钢管制造环形零件，可提高材料利用率，简化制造工序，节约材料和加工工时，已广泛用钢管来制造；热扩管指的是密度比较低但是收缩很强的钢管，热扩生产是用斜轧法或拉拔法扩大管材直径的一种荒管精轧工序。
现有技术中具有如下问题：
无缝钢管热扩系统中，锥头芯模位于管胚中间，一般是固定不动的，通过外部施加压力，对荒管进行推或者拉，使管胚在锥头芯模的配合作用下被热轧扩大，过程中，不仅管胚温度很高，锥头芯模的温度也会很高，高温会致使锥头芯模的外壁与管胚粘连，导致成型的无缝钢管内壁出现内麻坑，且管胚在加热过程中，受管胚材质纯度影响和空气流动影响，会发生温度不均的情况，管胚温度高的部位相对更软，温度低的部位更硬，不同部位延展性不同，锥头芯模与管胚接触时阻力不同，硬的部位拉伸小，软的部位拉伸大，这就导致会出现壁厚不均和内褶皱等情况，现有的热扩工艺一般是从管胚外部施加压力热轧，缺少对管道内壁的处理工作，处理管胚内部缺陷的能力弱。
发明内容
本发明的目的在于提供一种无缝钢管热扩生产系统，以解决上述背景技术中提出的问题。
本发明的技术方案是：一种无缝钢管热扩生产系统，包括锥头芯模，锥头芯模由锥头部分和柱条部分组成，锥头部分和柱条部分的连接处套设有电磁加热圈，所述锥头芯模的锥头部分内设有空腔，该空腔内设置蒸汽动力机构，所述锥头芯模的柱条部分内沿轴向设置有水汽进入流道和水汽排出流道，水汽进入流道和水汽排出流道均与蒸汽动力机构相连通，且水汽进入流道的一端连通有输送泵；
所述锥头芯模具有锥头部分的一端设置有旋转头，且旋转头与蒸汽动力机构传动连接；
所述旋转头的四周环绕设置有轧碾轮。
进一步的，所述锥头芯模的锥头部分内设有环形空腔，该环形空腔一侧的两端分别与水汽进入流道和水汽排出流道连通；
所述蒸汽动力机构包括水汽轮，水汽轮转动设置于所述环形空腔内，且水汽轮的轮叶与所述环形空腔的内壁滑动连接，所述水汽轮的一侧同轴连接有第一伞齿轮，第一伞齿轮的一侧啮合连接有第二伞齿轮，第二伞齿轮的一侧同轴连接有第一传动齿轮，第一传动齿轮通过第二传动齿轮传动连接有驱动齿轮；
所述旋转头靠近锥头芯模的一端套设有固定齿环，固定齿环与驱动齿轮啮合连接。
进一步的，所述旋转头的四周环绕设置有多个孔槽，该孔槽内滑动设置有滑座，轧碾轮与滑座转动连接，且轧碾轮的一侧同轴连接有从动齿轮；
所述锥头芯模靠近旋转头的一端设置有内齿环，内齿环与从动齿轮啮合连接。
进一步的，所述滑座靠近旋转头轴心的一侧设置有两根支臂，支臂与滑座为铰接，且两根支臂远离滑座的一端各连接有一根活塞杆，活塞杆的侧边与支臂铰接，且两根活塞杆分别插设连接于第一缸筒的两端，第一缸筒的中部一侧设置有通气孔。
进一步的，所述活塞杆为双头结构，且活塞杆远离第一缸筒的一端插设连接于第二缸筒内，活塞杆位于第二缸筒内的一端与第二缸筒之间连接有弹簧，所述第二缸筒远离活塞杆的一端设置有通气孔，该通气孔旋转连接有气压监测流道，气压监测流道沿着锥头芯模的轴向分布，且气压监测流道的远离第二缸筒的通气孔的一端连通有压力变送器。
进一步的，所述锥头芯模上柱条部分的一端可分离的契合连接有对接头，对接头的中间设置有三条通道，三条所述通道的结构分别与水汽进入流道、水汽排出流道和气压监测流道的结构相对应，其中与水汽进入流道相对应的所述通道通过软管和进气单向阀连接有输送泵，且其中与水汽排出流道相对应的所述通道连接有排汽管，而其中与气压监测流道相对应的所述通道与压力变送器连接。
进一步的，所述对接头的一侧设置有旋臂，旋臂的中部转动设置有第一支座，且旋臂的一端铰接有第一液压缸。
进一步的，所述锥头芯模上柱条部分的一端的两侧分别开设有凹槽，该凹槽的一侧对应设置有顶推臂，顶推臂一端的结构与所述凹槽的结构相匹配，且顶推臂的中部铰接有第二支座，顶推臂远离锥头芯模的一端铰接有第二液压缸。
进一步的，所述锥头芯模的侧边至少设置有两组推管机构，推管机构分布于电磁加热圈的两侧；
所述推管机构包括两根电动转辊，两根电动转辊分别设置于锥头芯模的上下两侧，且电动转辊的两端分别连接有立架。
进一步的，所述电动转辊通过滑动支座与立架连接，滑动支座设置于电动转辊的两端，且滑动支座的一侧与立架滑动连接，并且位于锥头芯模上下两侧的位置相对应的滑动支座之间连接有压力调节液压缸。
本发明通过改进在此提供一种无缝钢管热扩生产系统，与现有技术相比，具有如下改进及优点：
其一：本发明中，输送泵能够将水分送入锥头芯模的水汽进入流道，水分在锥头芯模内受热蒸发，体积膨胀，再加速流动至蒸汽动力机构中，利用蒸汽能量驱动蒸汽动力机构运行，而后蒸汽再从水汽排出流道排出锥头芯模，过程中的水分蒸发吸热，能够带走锥头芯模的热量，防止锥头芯模温度过高与管胚发生粘连，防止内麻坑的产生；
其二：本发明中，蒸汽动力机构与旋转头联动，让旋转头能够被蒸汽动力带动旋转，旋转头旋转时能够带动轧碾轮旋转，对管坯的内壁进行周向的动态碾压，当旋转的轧碾轮遇到壁厚较大的部位、内鼓包部位或者凸起的内褶皱会产生撞击，撞击上述凸起的异常部位形成热轧效果，实现对管胚内部缺陷的处理；
其三：本发明中，轧碾轮能够在受到过大压力负荷时，随着滑座的移动略微的向旋转头内收缩，避免刚性接触而损坏；
其四：本发明中，当管坯内壁凸起部位较大或者较多时，轧碾轮能够加速热轧，实现根据实际情况对管坯内壁的智能热轧。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步解释:
图1是本发明的内部结构正视图；
图2是本发明的图1中a处放大结构示意图；
图3是本发明的图1中b处放大结构示意图；
图4是本发明的图1中c处放大结构示意图；
图5是本发明蒸汽动力机构的结构示意图；
图6是本发明的内齿环侧视图；
图7是本发明的轧碾轮侧视图；
图8是本发明的锥头芯模剖视图；
图9是本发明的顶推臂俯视图；
图10是本发明推管机构的结构示意图。
附图标记说明：1、电磁加热圈；2、蒸汽动力机构；21、水汽轮；22、第一伞齿轮；23、第二散齿轮；24、第一传动齿轮；25、第二传动齿轮；26、驱动齿轮；27、固定齿环；3、旋转头；31、轧碾轮；32、滑座；33、从动齿轮；4、弹性支撑组件；41、支臂；42、活塞杆；43、第一缸筒；44、第二缸筒；45、弹簧；5、锥头芯模；51、水汽进入流道；52、水汽排出流道；53、气压监测流道；54、内齿环；6、排汽管；7、顶推臂；71、第二支座；72、第二液压缸；8、对接头；81、旋臂；82、第一支座；83、第一液压缸；9、输送泵；91、软管；92、进气单向阀；10、推管机构；101、电动转辊；102、滑动支座；103、立架；104、压力调节液压缸；11、压力变送器。
具体实施方式
下面对本发明进行详细说明，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明通过改进在此提供一种无缝钢管热扩生产系统，如图1-图10所示，一种无缝钢管热扩生产系统，包括锥头芯模5，锥头芯模5由锥头部分和柱条部分组成，锥头部分和柱条部分的连接处套设有电磁加热圈1，锥头芯模5的锥头部分内设有空腔，该空腔内设置蒸汽动力机构2，锥头芯模5的柱条部分内沿轴向设置有水汽进入流道51和水汽排出流道52，水汽进入流道51和水汽排出流道52均与蒸汽动力机构2相连通，且水汽进入流道51的一端连通有输送泵9；
锥头芯模5具有锥头部分的一端设置有旋转头3，且旋转头3与蒸汽动力机构2传动连接；
旋转头3的四周环绕设置有轧碾轮31。
管胚套在锥头芯模5上，将管胚向锥头部分的方向推拉，过程中，管胚受到逐渐变粗的锥头部分的扩撑作用，从内部被热轧扩大直径，过程中，输送泵9将水分送入水汽进入流道51，水分在锥头芯模5内受热蒸发，体积膨胀，再加速流动至蒸汽动力机构2中，利用蒸汽能量驱动蒸汽动力机构2运行，而后蒸汽从水汽排出流道52排出锥头芯模5，过程中，水分蒸发吸热，能够带走锥头芯模5的热量，防止锥头芯模5温度过高与管胚发生粘连，防止内麻坑的产生；
蒸汽动力机构2与旋转头3联动，让旋转头3能够被蒸汽动力带动旋转，旋转头3旋转时能够带动轧碾轮31旋转，对管坯的内壁进行周向的动态碾压，当旋转的轧碾轮31遇到壁厚较大的部位、内鼓包部位或者凸起的内褶皱才会产生撞击，撞击上述凸起的异常部位形成热轧效果，实现对管胚内部缺陷的处理。
锥头芯模5的锥头部分内设有环形空腔，该环形空腔一侧的两端分别与水汽进入流道51和水汽排出流道52连通；
蒸汽动力机构2包括水汽轮21，水汽轮21转动设置于环形空腔内，且水汽轮21的轮叶与环形空腔的内壁滑动连接，水汽轮21的一侧同轴连接有第一伞齿轮22，第一伞齿轮22的一侧啮合连接有第二伞齿轮23，第二伞齿轮23的一侧同轴连接有第一传动齿轮24，第一传动齿轮24通过第二传动齿轮25传动连接有驱动齿轮26；
旋转头3靠近锥头芯模5的一端套设有固定齿环27，固定齿环27与驱动齿轮26啮合连接；水汽轮21能够通过第一伞齿轮22、第二伞齿轮23、第一传动齿轮24和驱动齿轮26带动固定齿环27旋转，进而带动与固定齿环27连接的旋转头3旋转；
锥头芯模5中的水分蒸发后能够从环形空腔的一端流入，再从另一端流出至水汽排出流道52，过程中，蒸汽膨胀流动的能量能够推动水汽轮21旋转，从而实现对蒸汽动能的利用；
蒸汽动力机构2也可以是蒸气涡轮机，利用蒸气涡轮机转化蒸汽能量来达到所需的效果。
旋转头3的四周环绕设置有多个孔槽，该孔槽内滑动设置有滑座32，轧碾轮31与滑座32转动连接，且轧碾轮31的一侧同轴连接有从动齿轮33；轧碾轮31能够在受到过大压力负荷时，随着滑座32的移动略微的向旋转头3内收缩，避免刚性接触而损坏；
锥头芯模5靠近旋转头3的一端设置有内齿环54，内齿环54与从动齿轮33啮合连接；轧碾轮31在随着旋转头3旋转时，还能够受到内齿环54与从动齿轮33的带动而自转，提高对管坯内壁的热轧效果。
滑座32靠近旋转头3轴心的一侧设置有两根支臂41，支臂41与滑座32为铰接，且两根支臂41远离滑座32的一端各连接有一根活塞杆42，活塞杆42的侧边与支臂41铰接，且两根活塞杆42分别插设连接于第一缸筒43的两端，第一缸筒43的中部一侧设置有通气孔；通气孔的大小影响第一缸筒43的排气和吸气速率，通过设置较小的通气孔，能够对活塞杆42在第一缸筒43内的伸缩起到缓冲作用，让轧碾轮31受到过大压力时能够缓慢收缩。
活塞杆42为双头结构，且活塞杆42远离第一缸筒43的一端插设连接于第二缸筒44内，活塞杆42位于第二缸筒44内的一端与第二缸筒44之间连接有弹簧45，第二缸筒44远离活塞杆42的一端设置有通气孔，该通气孔旋转连接有气压监测流道53，气压监测流道53沿着锥头芯模5的轴向分布，且气压监测流道53的远离第二缸筒44的通气孔的一端连通有压力变送器11；压力变送器11具体是气压变送器，当管坯内壁凸起部位较大或者较多时，轧碾轮31会更多次数的撞击异常部位，导致向旋转头3内收缩的频率会变高或者收缩时间长，让活塞杆42向第二缸筒44内收缩的频率也更高，第二缸筒44内的气体被活塞杆42推动压缩，那么其内气压变高的频率变的密集，第二缸筒44通过气压监测流道53与压力变送器11连通，压力变送器11能够检测气压数据，进而判断出管坯内壁的异常情况增多，通过控制器控制输送泵9增加功率，加大水分和蒸汽供应，提高蒸汽动力机构2的运行速度，让轧碾轮31加速热轧，实现根据实际情况对管坯内壁的智能热轧。
锥头芯模5上柱条部分的一端可分离的契合连接有对接头8，对接头8的中间设置有三条通道，三条通道的结构分别与水汽进入流道51、水汽排出流道52和气压监测流道53的结构相对应，其中与水汽进入流道51相对应的通道通过软管91和进气单向阀92连接有输送泵9，且其中与水汽排出流道52相对应的通道连接有排汽管6，而其中与气压监测流道53相对应的通道与压力变送器11连接；对接头8能够让输送泵9、排汽管6和压力变送器11与水汽进入流道51、水汽排出流道52和气压监测流道53快速的连接或者分离。
对接头8的一侧设置有旋臂81，旋臂81的中部转动设置有第一支座82，且旋臂81的一端铰接有第一液压缸83；该结构使得对接头8与锥头芯模5的对接能够自动进行。
锥头芯模5上柱条部分的一端的两侧分别开设有凹槽，该凹槽的一侧对应设置有顶推臂7，顶推臂7一端的结构与凹槽的结构相匹配，且顶推臂7的中部铰接有第二支座71，顶推臂7远离锥头芯模5的一端铰接有第二液压缸72；第二液压缸72能够推动顶推臂7旋转，让顶推臂7推动锥头芯模5，使锥头芯模5保持相对稳定。
锥头芯模5的侧边至少设置有两组推管机构10，推管机构10分布于电磁加热圈1的两侧；
推管机构10包括两根电动转辊101，两根电动转辊101分别设置于锥头芯模5的上下两侧，且电动转辊101的两端分别连接有立架103；两根电动转辊101能够从锥头芯模5的上下两侧对管坯进行自动的推动。
电动转辊101通过滑动支座102与立架103连接，滑动支座102设置于电动转辊101的两端，且滑动支座102的一侧与立架103滑动连接，并且位于锥头芯模5上下两侧的位置相对应的滑动支座102之间连接有压力调节液压缸104；压力调节液压缸104能够推动伸缩动作推拉两根电动转辊101靠近或者远离，进而调节两根电动转辊101对管坯的夹紧力度。
工作原理：管坯从锥头芯模5的右端套上，套设前，对接头8、在第一液压缸83的拉动下避让，同时顶推臂7在第二液压缸72的拉动下避让，当管坯完全套上锥头芯模5后，顶推臂7和对接头8再恢复原位；
管坯由电动转辊101推动，向锥头芯模5具有锥头部分的方向推移，使管胚受到逐渐变粗的锥头部分的扩撑作用，从内部被热轧扩大直径，过程中，输送泵9将水分送入水汽进入流道51，水分在锥头芯模5内受热蒸发，体积膨胀，加速流动至蒸汽动力机构2中，利用蒸汽能量驱动蒸汽动力机构2运行，而后蒸汽从水汽排出流道52排出锥头芯模5，过程中的水分蒸发吸热，能够带走锥头芯模5的热量，防止锥头芯模5温度过高与管胚发生粘连，防止内麻坑的产生；
而且，蒸汽动力机构2与旋转头3联动，水汽轮21能够通过第一伞齿轮22、第二伞齿轮23、第一传动齿轮24和驱动齿轮26带动固定齿环27旋转，带动与固定齿环27连接的旋转头3旋转，旋转头3旋转时能够带动轧碾轮31旋转，对管坯的内壁进行周向的动态碾压，由于轧碾轮31是轴向运动，所以当旋转的轧碾轮31遇到壁厚较大的部位、内鼓包部位或者凸起的内褶皱才会产生撞击，撞击上述凸起的异常部位形成热轧效果，实现对管胚内部缺陷的处理。
Claims (10)
1.一种无缝钢管热扩生产系统，包括锥头芯模(5)，锥头芯模(5)由锥头部分和柱条部分组成，锥头部分和柱条部分的连接处环绕设有电磁加热圈(1)，其特征在于：所述锥头芯模(5)的锥头部分内设有空腔，该空腔内设置蒸汽动力机构(2)，所述锥头芯模(5)的柱条部分内沿轴向设置有水汽进入流道(51)和水汽排出流道(52)，水汽进入流道(51)和水汽排出流道(52)均与蒸汽动力机构(2)相连通，且水汽进入流道(51)的一端连通有输送泵(9)；
所述锥头芯模(5)具有锥头部分的一端设置有旋转头(3)，且旋转头(3)与蒸汽动力机构(2)传动连接；
所述旋转头(3)的四周环绕设置有轧碾轮(31)。
2.根据权利要求1所述的一种无缝钢管热扩生产系统，其特征在于：所述锥头芯模(5)的锥头部分内设有环形空腔，该环形空腔一侧的两端分别与水汽进入流道(51)和水汽排出流道(52)连通；
所述蒸汽动力机构(2)包括水汽轮(21)，水汽轮(21)转动设置于所述环形空腔内，且水汽轮(21)的轮叶与所述环形空腔的内壁滑动连接，所述水汽轮(21)的一侧同轴连接有第一伞齿轮(22)，第一伞齿轮(22)的一侧啮合连接有第二伞齿轮(23)，第二伞齿轮(23)的一侧同轴连接有第一传动齿轮(24)，第一传动齿轮(24)通过第二传动齿轮(25)传动连接有驱动齿轮(26)；
所述旋转头(3)靠近锥头芯模(5)的一端套设有固定齿环(27)，固定齿环(27)与驱动齿轮(26)啮合连接。
3.根据权利要求1所述的一种无缝钢管热扩生产系统，其特征在于：所述旋转头(3)的四周环绕设置有多个孔槽，该孔槽内滑动设置有滑座(32)，轧碾轮(31)与滑座(32)转动连接，且轧碾轮(31)的一侧同轴连接有从动齿轮(33)；
所述锥头芯模(5)靠近旋转头(3)的一端设置有内齿环(54)，内齿环(54)与从动齿轮(33)啮合连接。
4.根据权利要求3所述的一种无缝钢管热扩生产系统，其特征在于：所述滑座(32)靠近旋转头(3)轴心的一侧设置有两根支臂(41)，支臂(41)与滑座(32)为铰接，且两根支臂(41)远离滑座(32)的一端各连接有一根活塞杆(42)，活塞杆(42)的侧边与支臂(41)铰接，且两根活塞杆(42)分别插设连接于第一缸筒(43)的两端，第一缸筒(43)的中部一侧设置有通气孔。
5.根据权利要求4所述的一种无缝钢管热扩生产系统，其特征在于：所述活塞杆(42)为双头结构，且活塞杆(42)远离第一缸筒(43)的一端插设连接于第二缸筒(44)内，活塞杆(42)位于第二缸筒(44)内的一端与第二缸筒(44)之间连接有弹簧(45)，所述第二缸筒(44)远离活塞杆(42)的一端设置有通气孔，该通气孔旋转连接有气压监测流道(53)，气压监测流道(53)沿着锥头芯模(5)的轴向分布，且气压监测流道(53)的远离第二缸筒(44)的通气孔的一端连通有压力变送器(11)。
6.根据权利要求5所述的一种无缝钢管热扩生产系统，其特征在于：所述锥头芯模(5)上柱条部分的一端可分离的契合连接有对接头(8)，对接头(8)的中间设置有三条通道，三条所述通道的结构分别与水汽进入流道(51)、水汽排出流道(52)和气压监测流道(53)的结构相对应，其中与水汽进入流道(51)相对应的通道通过软管(91)和进气单向阀(92)连接有输送泵(9)，且其中与水汽排出流道(52)相对应的所述通道连接有排汽管(6)，而其中与气压监测流道(53)相对应的所述通道与压力变送器(11)连接。
7.根据权利要求6所述的一种无缝钢管热扩生产系统，其特征在于：所述对接头(8)的一侧设置有旋臂(81)，旋臂(81)的中部转动设置有第一支座(82)，且旋臂(81)的一端铰接有第一液压缸(83)。
8.根据权利要求1所述的一种无缝钢管热扩生产系统，其特征在于：所述锥头芯模(5)上柱条部分的一端的两侧分别开设有凹槽，该凹槽的一侧对应设置有顶推臂(7)，顶推臂(7)一端的结构与所述凹槽的结构相匹配，且顶推臂(7)的中部铰接有第二支座(71)，顶推臂(7)远离锥头芯模(5)的一端铰接有第二液压缸(72)。
9.根据权利要求1所述的一种无缝钢管热扩生产系统，其特征在于：所述锥头芯模(5)的侧边至少设置有两组推管机构(10)，推管机构(10)分布于电磁加热圈(1)的两侧；
所述推管机构(10)包括两根电动转辊(101)，两根电动转辊(101)分别设置于锥头芯模(5)的上下两侧，且电动转辊(101)的两端分别连接有立架(103)。
10.根据权利要求9所述的一种无缝钢管热扩生产系统，其特征在于：所述电动转辊(101)通过滑动支座(102)与立架(103)连接，滑动支座(102)设置于电动转辊(101)的两端，且滑动支座(102)的一侧与立架(103)滑动连接，并且位于锥头芯模(5)上下两侧的位置相对应的滑动支座(102)之间连接有压力调节液压缸(104)。
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