呂 江,張 超,劉 磊,劉邯濤,何永紅,梁銀新

(1.中國重型機械研究院股份公司 陜西 西安 710018; 2.寧波東鼎特種管業有限公司,浙江 寧波 315311;3.杭州豐源銅業有限公司, 浙江 杭州 311411)

0 引 言

鋼管作為一種流體輸送管道,具有眾多良好的性能,因此其越來越多地應用到各行各業中[1]。然而,鋼管在使用過程中,其內壁會存在殘留物,進而會對其使用產生影響。在鋼管拉拔、軋制等生產過程中內壁面殘存的大量油脂會影響退火等后續工藝;核電、生物醫藥、食品等行業用管對潔凈度有極高的要求,因此必須對油脂進行清洗[2-3]。目前,國內應用較多的清洗方法有清洗槽浸泡、清洗液打循環清洗、酸洗以及有機溶劑清洗布手工氣打等,但這些方式都存在自動化程度低、工作環境有毒、投資成本大且勞動強度大等缺點。此外,對于細長管而言,上述方法都存在清洗不徹底的問題[4-8]。中國重型機械研究院股份公司開發出利用帶噴頭以及毛刷的清洗軟管深入細長管內壁進行清洗的工藝設備,該方法能使清洗液噴到鋼管內壁的每一處,而且用毛刷清刷油污去除率高、自動化程度高。但該工藝設備的難點在于如何使清洗軟管能順利地送入細長管、如何使清洗后管內部殘存的大量清洗液排出吹干以及清洗液如何實現密封。

針對上述難點,筆者提出了一種新型結構的密封頭裝置,該裝置可以完美地使清洗軟管順利導入細長鋼管進行清洗,可以解決清洗過程中多處泄漏點的密封問題以及清洗完畢后管道內表面殘存清洗液的排出吹干問題。該新型密封頭裝置首次應用于寧波東鼎特種管業有限公司,應用以來,該裝置運行穩定,這表明其設計合理、簡單實用,可為鋼管清洗以及其它相似的應用場景提供一定的參考。

1 新型密封頭裝置結構組成

1.1 新型密封頭裝置主體結構組成

新型密封頭裝置的主體結構示意圖如圖1所示。密封頭裝置主要由8部分組成,其中密封頭本體是一個中空的三階臺階孔,密封頭本體外形為兩階圓柱體,其中間開環形槽用于將密封頭本體固定于連接板上,連接板的另外一端與氣缸執行部件相連接,氣缸被固定在氣缸底座上。密封頭本體尾部負責清洗軟管密封的部件,密封頭頭部負責被清洗鋼管密封的部件。此外在密封頭本體中部設置通孔連通密封頭本體內孔與外圓,在通孔上安裝電磁閥,電磁閥的另外一端接高壓氣管,用于吹干鋼管內壁面清洗完畢后內部殘存的清洗液。

圖1 新型密封頭裝置主體結構示意圖

1.2 尾部清洗軟管密封結構組成

新型密封頭裝置主體結構中的部件4的尾部清洗軟管密封的結構示意圖如圖2所示(圖2是圖1中Z處的局部放大圖)。其中密封頭本體尾部開環形圓槽,槽內設置O型密封圈,O型圈可通過尾部壓蓋與密封頭本體之間的連接螺栓壓緊來實現連接處的靜密封,防止泄露通道行成。尾部壓蓋為一同心圓環結構,在內環的中間部位加工環形槽,環形槽內安裝清洗軟管密封圈,該處密封屬于動密封,當清洗軟管通過時負責清洗液以及吹掃氣的密封。

圖2 尾部清洗軟管密封結構示意圖

1.3 頭部鋼管密封結構組成

新型密封頭裝置主體結構中的部件8的頭部鋼管密封結構示意圖如圖3所示(圖3是圖1中Y處的局部放大圖)。其中密封頭本體頭部內孔為兩階臺階孔,從左往右依次安裝頭部O型密封圈、過渡環、鋼管密封圈以及頭部壓蓋。過渡環外形為兩節同心的圓柱體,在較大圓柱體左側面開一環形圓槽用于設置頭部O型密封圈,在右側端面加工環形槽用于安裝鋼管密封圈。過渡環內孔為兩段通孔組成,右側為直孔,左側為逐漸收縮直到與右側直孔相通的錐孔。頭部壓蓋外形同樣為兩節同心圓柱體,左側圓柱體外徑與過渡環較大圓柱體外徑相同。頭部壓蓋內孔由直孔與錐孔兩段通孔組成,直孔內徑與過渡環直孔內徑相同,錐孔由直孔逐漸擴大呈喇叭狀。頭部壓蓋通過螺栓與密封頭本體連接,實現對頭部O型密封圈以及鋼管密封圈的壓緊并防止泄露通道形成。

圖3 頭部鋼管密封結構組成示意圖

2 新型密封頭裝置工作原理及實踐驗證

2.1 新型密封頭裝置工作原理

新型密封頭裝置工作原理圖如圖4所示。密封頭工作之前清洗軟管通過密封頭尾部穿入密封頭,清洗軟管頭部的噴頭處于過渡環喇叭口左側,氣缸處于縮回狀態,被清洗鋼管管口距離密封頭頭部壓蓋一定距離。當要進行鋼管內壁面清洗時,首先,氣缸帶動密封頭伸出,此時鋼管管頭套入密封頭;然后,清洗軟管在夾送輥的夾持下向前輸送進入鋼管,清洗液在離心泵作用下通過清洗軟管輸送到噴頭處,并從噴頭噴出,完成鋼管內壁面清洗作業。鋼管密封圈與鋼管外壁面形成靜密封,清洗軟管與尾部清洗軟管密封圈形成動密封,實現對清洗液的封堵。當清洗軟管輸送距離與被洗鋼管長度相同時停止輸送,離心泵停止工作,鋼管的內壁面清洗完成。隨后,清洗軟管被夾送輥反轉拉回,此時鋼管內依然殘存了大量的清洗液需要被排出吹干,這時密封頭上的電磁閥打開,高壓空氣通入鋼管內部對清洗液進行吹掃。最后,當清洗軟管被拉回到初始位置時夾送輥停止工作,電磁閥關閉、氣缸縮回,密封頭恢復到工作之前的狀態,鋼管被清洗干凈。

圖4 新型密封頭裝置工作原理圖1.清洗軟管 2.鋼管

2.2 新型密封頭裝置實踐驗證

目前該新型密封頭裝置已經成功地應用到寧波東鼎特種管業有限公司不銹鋼管內外壁脫脂清洗生產線中。該裝置清洗鋼管外徑范圍為12～28 mm,長度最大已達到60 m。新型密封頭裝置對φ16×1.5 mm鋼管進行清洗的實物圖如圖5所示。

圖5 新型密封頭裝置工作圖

通過連續的生產使用證明,該裝置尾部清洗軟管密封以及頭部鋼管密封在工作時無泄漏、性能穩定、壽命長,清洗毛刷頭部能夠順利導入鋼管內部無卡阻,鋼管頭部能夠順利導入密封頭無卡阻。鋼管被清洗前后的內壁面實物圖如圖6所示。由圖6可見,鋼管被清洗前內壁布滿油污,清洗后鋼管內壁光亮無油污,清洗液被徹底吹干且無殘留,密封頭裝置達到設計預期效果。

圖6 鋼管清洗前后內壁面實物圖

3 結 論

(1) 針對利用清洗軟管伸入鋼管內部進行清洗的新型清洗方式,巧妙地設計出可伸縮的密封頭結構。該新型密封頭裝置可以實現鋼管管頭處靜密封以及清洗軟管與密封頭接觸處的動密封。尤其經過實踐檢驗發現,清洗軟管處的動密封不僅有很好的密封效果,還能同時密封清洗液以及高壓空氣,且密封圈阻力小不影響清洗軟管的向前輸送,密封件穩定性好、壽命長。

(2) 針對鋼管內清洗完畢后殘存的清洗液的清除,目前主流的處理方法都是需要單獨設置吹干工位或者人工手動進行處理,該新型密封頭裝置創新性地把壓縮空氣引入密封頭,利用清洗軟管拉回的時間間隙直接進行吹干作業,節省了額外的處理環節,不會造成清洗液的浪費,使用成本低。

(3) 新型密封頭裝置中過渡環內孔左側設計成錐形孔,有利于清洗軟管頭部噴頭更好地導入被清洗鋼管內,不會造成清洗軟管卡阻停機。密封頭頭部壓蓋內孔的右側同樣設計成錐形孔,這樣可防止鋼管管頭偏心而不能成功套入密封頭,從而造成清洗液的泄露。