1、焊管第32卷第8期2009年8月 47工艺与设备钢管静水压机水压与油压的计算， 刘洪飞(辽阳石油钢管厂，辽宁辽阳111000)摘要：介绍了钢管静水压试验机的结构及其试压过程，建立了静水压机主油缸压力与钢管静水试验压力之间的油、水平衡方程。对GBT 97111一1997、GBT 971121999、GBT97113-2005和API SPEC 5L第43版4个标准中静水压试验压力P值进行了比较，并举例说明了静水压机主油缸推力的计算过程。试验证明，该方法确定的参数适中，确保了钢管静水压试验顺利进行。关键词：钢管水压试验；静水压机推力；静水试验压力中图分类号：TH879文献标志码：B文章编号：100
2、13938(2009)08004704Hydraulic Water Pressure and Oil Pressure Calculation of Hydrotesting machineLIU Hongfei(Liaoyang Petroleum Steel Pipe Factory-Liaoyang 111000，Liaoning，China)Abstract：This article introduced structure and testing pressure course of steel pipe hydrotesfing machine。and set upoil and
3、 water balance equation between main oil cylinder pressure and water pressure of hydrotesting machineIt corn。pared hydraulic waterpressureP value in GBT97111199r7。GBT97112一1999。GBT97113-2005 and APISPEC 5L(43rd)，and gave all sample introducing the calculation process of main oil cyhnder pushing stre
4、ngth ofhydrotesting machineThe tested results proved that the determined parameter by this method was applicable and enosuring steel pipe hydrotesting operation smoothlyKey words：steel pipe hydraulic test；hydrotesting machine push；hydraulic test pressure0前言钢管水压试验是钢管生产过程中检验钢管承压能力的重要工序，按照相关标准要求，在试压规定时
5、间内，不渗不漏，保证出厂钢管在设计工作压力下输送介质有足够的承压能力。不同规格钢管的静水试验压力不同，所需要静水压机主油缸的推力也不同，因而，在每次钢管换型时，都要重新调试主油缸的推力。主油缸推力的大小由液压系统电控溢流阀控制，需要通过人工计算出试压参数，输入计算机中，再由计算机输出电信号控制电液比例溢流阀，由电液比例溢流阀控制静水压机主油缸推力。主油缸产生的推力是否合适，关系到钢管试压是否能够完成，试压时主油缸的推力过小，静水压机端面就会与钢管端口密封不严而产生泄漏，当充满高压水的钢管产生泄漏时，就会撕裂密封胶圈；静水压机主油缸推力过大，试验头会顶弯钢管，造成废品。因此选择合适的静水压机主油
6、缸推力是十分重要的。1钢管静水压机结构及试压过程钢管静水压机结构简图如图1所示。一般静水压试验机结构为框架式，主要由4根拉力横梁，1个固定试验头，1个可移动试验头以及油压系统、水压系统和电控系统组成。4根拉力横梁，一端安装在支架上，另一端安装在固定试验头上，中间是可移动的试验头。在2个下拉力横梁内侧安装2条直齿条，可移动试验头下面两侧安装2台液压马达，液压马达输出轴上的齿轮靠在2条直齿条上，转动带动可移动试验头。可移动试验头根据试压钢管的长短移位。定位时，可移位试验万方数据焊 管 2009年8月头上、下定位孔与上、下拉力梁孔对准，通过液压轴销插进上、下横梁的孑L中，锁定可移动试验头。当试压钢管
7、进入静水试压机内，可移动端试验头主油缸推动试验头，使试压钢管管端插入可移动排气阀注水，试压钢管充满水后，关闭排气阀，启动补水泵为试压钢管补水，到达规定压力后，停止补水，开始稳压，在计算机系统的控制下，水压机记录系统打印出水压一时间曲线，达到规定稳压试验头密封圈和固定试验头密封圈，打开水阀和 时间后泄压，完成钢管的水压试验。|7 一 L0-一 ，w讯 ，书崔 一 令 奄令 奄 I ?一 1 )f嗣I啦 1 m _ 醐1， Jl L 甄剖 u叫“ 土 一H叵 书_却_一腓一一一一 PT黝l_Xl试压钢管2-水密封胶圈3一定位轴销杠推力油缸嗍结构拉杆及支架图l钢管静水压机结构示意图2建立油、水平衡方
8、程建立油、水平衡方程，就是在静水压机主油缸压力与钢管静水试验压力之间建立方程，找出其数学关系。静水压机主油缸压力与钢管内压力平衡示意如图2所示。静水压机油缸的推力不能过大或过小，推力过大会顶弯试压钢管；推力过小，试压钢管端头就会密封不严。因此，静水压机油缸的推力应略大于试压钢管内水压所产生的反推力，以保证试压钢管端口的密封。静水压机的油缸推力与试压钢管的反推力之间的关系为Fy只。l耄 孓n -_-。J：告一 ，一 J一二 岛L一耍j1一油缸活塞2一水压密封圈3试压钢管py一油缸压力Dr一油缸直径D试压钢管直径p钢管内压力图2主油缸压力与管内压力示意图Fy=AyPy，Fg=Ag P，(1)(2)
9、式中：F。一静水压机油缸推力，MN；A，一油缸内截面积，m2；p，一静水压机油缸压力，MPa；只一钢管静水压反推力，MN；A。一钢管内截面积，m2；p一静水试验压力，MPa。在实际生产中把静水压机主油缸推力与钢管静水试验压力联系起来，找出等量关系，用系数f(0889him的钢管的试验压力限制到193 MPa，其他尺寸的钢管压力已给定。L290级一L555级钢管的试验压力限制到207 MPa以适应静水压试验的能力。表2钢级及其与相应规定总伸长应力噩的对应关系钢级规定Rt总o5伸M长P应a力钢级 规定Rt总o5伸M长P应a力 L175 175 L390 390也lO 210 M15 4a5也珥5
10、245 L450 450L290 290 L485 485L320 320 L555 555U60 360注：此表为GBT97111一1997标准中的表3。32 GBT 97112一1999的P值计算GBT 971 12一1999标准规定，静水压试验压力应采用钢管的规定最小壁厚，钢管环向应力达到相应钢级(见表3)规定总伸长应力最小值的95。除非另有协议，静水压试验压力在任何情况下外径。4064 innl时不得大于25 MPa。表3壁厚25 mill钢管的钢级及其与规定05总伸长应力足。的对应关系钢级 Rt o 5MPaL245NB，L245MB 245440：L290NB，也90MB 2904
11、40L360NB，L360Q81360MB 360510IAl5NB，IAl5QB，L415MB 415565，L450QB，IA50MB 450570；L485QB，L485MB 485605 。i 望塑52星：堕堑丝墅 i墅=鲤i i注：此表为GBT 97112一1999标准中的表5。321 钢管采用内外径向密封时P值计算静水压试验压力应采用钢管的规定最小壁厚，钢管环向应力达到相应钢级(见表3)规定总伸长应力最小值的95时，钢管可采用内外径向密封进行静水压试验，此时P=2St。i。D， (10)式中：p一静水压试验压力，MPa；tmin一规定最小壁厚，mm；口一规定外径，aim；S一应力，
12、MPa，等于相应钢级规定总伸长应力最小值的95。322钢管采用端面密封时P值计算钢管采用端面密封时P值计算公式为：s一单P 2而l_p， (11)2fmi。 AP式中：p一静水压试验压力，MPa；A；一钢管内横截面积，mm2；A，一钢管管壁横截面积，lain2；A。一端面密封水压试验机工作油缸横截面积，mm2；pR一端面密封水压试验机工作油缸内压力，MPa。33 GBT 97113q005的P值计算GBT 97113_2005标准规定，静水压试验万方数据50 焊 管 2009年8月压力应采用钢管的规定最小壁厚，使得环向应力达到相应钢级(见表4)规定最小屈服强度的95。除非另有协议，静水压试验压
13、力在任何情况下外径。4064 mm时不得大于25 MPa。表4壁厚25 mill钢管的钢级及其与相应规定05总伸长应力墨的对应关系钢级 1鬻L245NCL245NCS 245摊L290NC。u290QC，L290MC，L290NCS，t290QCS290MCS 290一橼L3f弛NC，tS60QC，L360MC，L360NGS。L跚)QCS。L360MCS 360-51L415QC，IAl5MC，L415QCS，L415MCS 415565L450QC，L450MC，L450QCS，IA50MCS 4505嚣L485QC，L485MC，IM85MCS 4856。黪。!签!塑：竖茎墼 。墨箜=垒
14、氇注：此表为GBT 971132005标准中的表5。环向应力达到规定最小屈服强度的100，钢管可能会出现塑性变形。环向应力达到规定最小屈服强度的95时，静水压试验压力P值的计算方法有两种：采用内外径向密封进行静水压试验时，P值按式(10)计算；采用端面密封进行静水压试验时，P值按式(11)计算。此时，壁厚25 mm钢管的钢级及其与相应规定05总伸长应力置。，的对应关系均按表4处理。34 API SPEC 5L第43版中P值的计算美国石油学会API SPEC 5L第43版规定的静水试验压力P值的计算公式为P=2000StD， (12)式中：r静水压试验压力，kPa；t一规定壁厚，mm；D一规定外
15、径，mm；卜环向应力，MPa，其数值等于不同尺寸钢管规定最小屈服强度乘以表5所列的百分数k，相应钢级及其与规定最小屈服强度矿。血。的对应关系见表6和表7，则有S=ko-。晌。4静水压机推力计算实例41根据GBT 971111997计算静水压机推力按照GBT971 11n1997生产的L415钢级妒10mm x71 mm钢管，静水压机主油缸直径D，=800mm，f取005，采用内径径向密封，计算静水压机油缸推力。表5不同钢级和规格钢管的百分数k；钢级钢管直径mm雩篡逮鬟毳雾譬著壅专舞。垒垄 !兰!：垫竺 鲤 裂； 垒 兰鲤：!箜竺 竺 ! i淼 曼 童螋：!箜竺 鲤 ! 。i 14129 60每
16、 75 箍：?嗍x42。X80坠望二!：竺! !竺 !竺 。1X4 二=二=孽， i!：塑：!塑 墅! 墅： 豢盏 之!竺! 麴竺墨星 誊注：试验压力限制在193 MPa范围内。其他尺寸钢管的试验压力系人为给定：对尺寸889 mm的钢管。试验压力限制在172MPa范围内，对于尺寸889mm的钢管，试验压力限制在193MPa范围内，其他尺寸钢管的试验压力系人为给定：(9X42X80级钢管，试验压力限制在207MPa范围内，以适应静水压试验机的能力；尺寸4064mill的X42X80级钢管试验压力限制在25 MPa范围内。表6 PSLl钢级及其与规定最小屈服强度的关系钢级最小屈服强度MPa 钢级最
17、小属服强度M鹾；t25 172 X56 386 鬟A 207 x60 4悸 、l；B 241 X65 448 瀵；X42 290 X70 483 霪豢鬻晓317。 。?。、。j，瀛表7 PSL2钢级及其与规定最小屈服强度的关系；镳级最小屈服强度M孙 钢级最小屈服强度MpB 241 X60 414 j)澉 290 X65 448 溪!X52 317 X70 483 t聪。，。386一。 XS0一。552：滋按GBT 97111一1997标准要求，M15钢级在L2901555范围内，钢管直径508 mm，取后=09，则有S=kRto5=3735 MPa。由(9)式得，静水压试验压力：，C+P=篙=
18、87MPa。由(8)式得，静水压机油缸压力：p：鲤鱼监坐盟：51 MPaYn2 O，一 一“1 o上，v把计算出的数据输入静水压机计算机中，钢管静水试验压力P=87 MPa，静水压主油缸压力P，=51 MPa，油压系统、水压系统由计算机控制，钢管在水压试验中，水压保压10 s，既无泄压，也没有发生顶弯变形。 (下转第54页)万方数据焊 管 2009年8月如图8所示。然后，再采取一定的矫正措施，以消除成型过程中出现的弯曲和扭转误差，才能顺利地完成整个插接式法兰型材的滚压成型加工。时图8合缝阶段侧立辊辅助成型示意图4 结语滚压成型加工技术是一门实践性很强的学科，仔细研究每种型材截面特点，采取相应的
19、设计计算方法和特殊的结构措施，是专用型材轧机研制成功的关键。通过以上过程，并在试制中对个别零部件进行了完善改进，得到了比较满意的效果。插接式法兰型材截面尺寸在允差范围内，型材纵向平直度达到21000，合缝严密，过渡光滑，成型过程平稳，型材外表面没有严重的损伤，并且配备了由光电开关控制定尺长度、液压缸控制砂轮位移的随动切断系统，圆满地完成了这种专用型材滚轧成型的研制工作。参考文献：1日本塑性加工学会压力加工手册M北京：机械工人出版社，19852万战胜，顾圣岩，庞锐冲压模具设计M北京：中国铁道出版社，19833韦忠洪滚压成形工件展开料的计算J模具工业，1994(8)：41434王先进冷弯型钢生产及
20、应用M北京：冶金工业出版社，19955小奈弘，刘继英冷弯成型技术M北京：化学工业出版社，2008作者简介：李静(1964一)，女，工程师，陕西省安装机械厂研究所所长，多年来一直从事风管加工设备的研制和技术管J里X-作。收稿日期：20090410编辑：罗刚(上接第50页) 版社，20055 结语通过对不同规格钢管的静水压机主油缸推力计算，准确给出了钢管试验压力和主油缸压力参数，使钢管试压过程中管端密封有合适的推力，达到水压与油压的平衡，防止由于推力不足密封泄压或推力过大钢管被顶弯变形，确保钢管静水压试验顺利进行。参考文献：1张利平液压传动与控制M西安：西北工业大学出2GBT 97111一1997
21、，石油天然气工业输送钢管交货技术条件第1部分：A级钢管S3GBT 971121999，石油天然气工业输送钢管交货技术条件第2部分：B级钢管S4GBT 971132005，石油天然气工业输送钢管交货技术条件第3部分：c级钢管s5API SPEC 5L(第43版)，管线钢管规范s作者简介：刘洪飞，男，高级工程师，主要从事焊管机械设计和生产管理工作。收稿日期：20081105编辑：谢淑霞万方数据钢管静水压机水压与油压的计算作者： 刘洪飞， LIU Hong-fei作者单位： 辽阳石油钢管厂,辽宁,辽阳,111000刊名： 焊管英文刊名： WELDED PIPE AND TUBE年，卷(期)： 2009,32(8)参考文献(5条)1.API SPEC 5L.管线钢管规范2.GB/T 9711.3-2005.石油天然气工业输送钢管交货技术条件第3部分:C级钢管3.GB/T 9711.2-1999.石油天然气工业输送钢管交货技术条件第2部分:B级钢管4.GB/T 9711.1-1997.石油天然气工业输送钢管交货技术条件第1部分:A级钢管5.张利平 液压传动与控制 2005本文链接：http:/
