石油管材压力机液压设备及其辅助元件设计

石油管材压力机液压设备及其辅助元件设计

包月钦1，陈利华2，霍军荣2

包月钦1，陈利华2，霍军荣2（1.河北华油钢管设计研究院有限公司，河北沧州062658；2.渤海装备第一机械厂基建公司，河北沧州062658）

作者简介：包月钦，河北华油钢管设计研究院有限公司。

摘要：石油管材压力机是对石油专用油管、套管、管线进行水压试验的设备。本文对石油管材压力机的液压设备的主要结构进行探讨，并对影响其工况的辅助元件设计进行了研究。

关键词：石油管材；压力机；液压设备

1石油管材液压设备概述

石油管材液压设备主要由液压泵与液压马达两部分组成。液压泵与液压马达都是液压传动系统中的能量转换元件。液压泵是将电动机发出的机械能转换成油液的压力能，以压力与流量的形式进行传输，是液压系统的动力源；液压马达是将压力能转换成机械能，以扭矩与转速的形式输送到执行元件。

2石油管材液压设备的结构

石油管材液压设备的结构主要有机体、活塞装置、缓冲装置和排气装置。下面分别进行探讨。

2.1机体组件

机体组件与活塞组件形成的密封腔承受油压作用，机体组件要有足够的强度，较高的表面精度和可靠的密封性。

常见的机体组件连接形式。法兰式连接：结构简单、加工方便、连接可靠，但是要求压力机端部有足够的壁厚；半环式连接：分为外半环与内半环连接，工艺性好、连接可靠、结构紧凑、但削压力机强度。螺纹式连接：有外螺纹与内螺纹连接，体积小、重量轻、结构紧凑、但压力机端部结构较复杂，一般用于外形尺寸不、重量轻的场合；拉杆式连接：结构简单、工艺性好、通用性强、但端盖的体积和重量较大，拉杆受力后会拉伸变长，影响密封效果。

2.2活塞装置

活塞装置主要用来防止液压油的泄漏，在选用密封装置的基本要求是具有良好的密封性能，并随压力的增加自动提高密封性，摩擦阻力要小、耐油、抗腐蚀、寿命长、制造简单、拆装方便。

间隙密封形式：常用的一种密封方法，它依靠相对运动零件配合间的微小间隙来防止泄漏，结构简单、对零件的加工精度要求较高。只适用于低压、小直径的快速液压缸；活塞环密封形式：依靠在活塞环形槽内的弹性金属环紧贴缸筒内壁实现密封，能自动补偿磨损和温度变化的影响、寿命长。活塞环加工复杂，缸筒内表面加工精度要求高，一般用于高温、高压、高速的场合；密封圈密封形式：O形密封圈、V形密封圈、Y形密封圈。

2.3缓冲装置

当石油管材液压机拖动负载的质量较大，速度较高时，一般应在液压机中设置缓冲装置，必要时还要设置缓冲回路。原理是：当活塞接近行程终端时，在排油腔内增大回油阻力，降低液压机的运动速度。

2.4排气装置

石油管材液压系统往往会混入空气，使系统工作不稳定，产生振动。严重时会使系统不能正常工作。设计专门的排气装置，将油口布置在缸筒两端的最高处，这样也能使空气随油液排往油箱内，再从油箱溢出。对于速度稳定性要求较高的系统，常在液压缸的最高处设置专门的排气装置，如排气阀。

3石油管材液压设备的辅助元件设计

石油管材液压设备除了以上介绍的几种主要结构外，还有两类主要的辅助元件，它们是滤油器和储能器，其性能直接影响设备的工况。因此本文对这两种辅助设备的设计进行详细讨论。

3.1滤油器设计

石油管道的压力系统故障大多数是由于油液中杂质造成的，油液中的污染杂质会使液压元件运动的结合面磨损，堵塞阀口、卡死阀芯，在系统中安装滤油器，是保证液压系统正常工作的必要手段。

选择滤油器的安装位置时应注意以下几种情况：①泵入口的吸油滤油器：这种方法是用来保护液压泵，使其不至于吸入较大的杂质，可选用粗过滤器，为了不影响吸油能力，防止发生气穴现象，滤油能力应为泵的流量两倍以上，压力损失不得超过0.01～0.035MPa。②泵出口油路上的高压滤油器：主要用来滤除进入液压系统的污染杂质，使用过滤精度高，滤油器应能承受油路上的工作压力和冲击压力，压力降小于0.35MPa，并应有安全阀或堵塞报警装置，以防泵过载和滤芯损坏。③系统回油路上的低压滤油器：可滤去油液流入油箱的污染物，因回油路压力很低，可采用耐压较低的精密滤油器，并允许有较大的压力降。④安装在系统以外的旁路过滤系统：在安装滤油器时，只能单向使用，进口了出口不能互换，方便滤芯清洗。

3.2蓄能器设计

在石油管材液压系统中，蓄能器主要负责实现以下几个功能：①辅助动力源：工作周期较短的工作系统或一个循环内速度差别很大的系统，在系统不要大流量时，可以把液压泵输出的多余压力油储存在蓄能器内。到使用时，由蓄能器快速向系统输送能量，可以减少液压泵和电机的消耗。②系统保压：在液压泵停止向系统提供油液的情况下，蓄能器所存储的压力油向系统补充，可以维持系统的压力和运行的机件损坏。③吸收系统脉动、缓和液压冲击：吸收系统压力突变时的冲击，如液压泵突然启动和停止，液压阀的突然关闭和开启，液压缸突然运动和停止，也能吸收液压泵工作时流量的脉动，相当于油路中的平滑滤波。

在选择蓄能器时，应根据其具体的结构形式来进行选择。①重力式蓄能器：主要用地大型液压系统的恒压供油，缺点是反应慢，结构大。②弹簧式蓄能器：利用弹簧的压缩和伸长来储存压力能，结构简单、反应灵敏、但容量小，适用于低压回路起缓冲作用。③薄膜式蓄能器：利用薄膜的弹性来储存压力，主要用于体积和流量较小的情况，如减震器、缓冲器。④活塞式蓄能器：气体和油液由活塞隔开，活塞上部为压缩空气，为防止活塞上下两腔使气液混合，活塞上装O形密封圈。结构简单、寿命长、主要用于大体积大流量的系统中，适用于中高压系统中的吸收压力脉动。

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