油气田机械产品质量监督检验系统法兰检验工装的研制

2018-09-29胡凯博刘玉帮

石油工业技术监督 2018年9期

胡凯博，王亮，刘玉帮

中国石油长庆油田分公司技术监测中心（陕西西安 710018）

法兰检验工装主要是配合油气田机械产品质量监督检验系统中三坐标测量机使用，需保证同一规格法兰每次固定于同一位置、法兰所有尺寸参数可测到、覆盖各种规格、机器人搬运等条件。因此工装设计需满足以下要求：①同一规格法兰固定位置统一；②保证法兰平放；③法兰各面参数都可测得；④减少工装数量；⑤耐用。

1 分析调研

1.1 法兰的类型及型号

法兰的类型主要有板式平焊法兰、带颈对焊法兰、带颈平焊法兰、法兰盖四大类，每类法兰根据标准及通径压力不同，对应不同尺寸参数。在本系统测试范围内总共涉及的法兰类型有280余种，因此针对每一种法兰设计一种工装并不现实。

1.2 法兰结构的相似性

虽然涉及的法兰规格较多，但法兰结构都有一定的相似性。法兰的结构规则，大都为车床车削加工，从法兰的俯视投影看，除法兰盖外，法兰的结构大致相同，如图1所示。

1.3 法兰固定位置的选择

1）法兰外径固定。通过标准查询，不同规格的法兰外径虽有部分相同，但所有规格的尺寸依然多达百种以上，仍不能满足通用性要求。

图1 法兰俯视图

2）法兰内径固定。法兰公称通径DN15 mm～DN200 mm共有12个通径尺寸，理想状态下只需要12套工装就可以满足所有法兰的检验需要。但通过标准查询，不同压力下，法兰的内径并不相同，且带颈对焊法兰对内径无要求，法兰盖无内径，无法实现对工装尺寸的确定。

3）螺栓孔固定。通过标准查询，法兰所使用的螺栓都为标准件，DN15 mm～DN200 mm所使用的螺栓涉及8个规格，对应的螺栓孔径只有8个尺寸，且螺栓孔公差较小（±0.5 mm），有利于定位准确[1]。虽然螺栓孔尺寸确定，但螺栓孔中心圆直径仍然不同，因此需解决螺栓孔中心圆的定位问题。

2 工装的设计及功能

2.1 调节方式的选择

前期已确定了螺栓孔固定的方案，现只需调整不同规格法兰对角螺栓孔的距离，使其符合螺栓孔中心圆直径的要求，就可实现法兰的固定，因此需确定尺寸的调节方式。

1）手动调节。手动调节需在调节滑块上设定标尺，且要求调节准确，对手动操作要求较高，调节过程需在护栏内进行，涉及其他设备交叉作业，有一定安全隐患；如将系统整体停机后操作，影响检测效率。

2）伺服电机调节。伺服电机只能实现距离的移动，而无法实现距离的控制，与手动调节的局限性相似，仍然需要人工控制移动、测量。

3）伺服驱动器+伺服电机调节。伺服驱动器适用于位置、速度控制，通过PLC与伺服驱动器编码器连接，编写适宜的控制代码，实现对伺服电机驱动位置、速度控制。既能保证移动精度，也能满足安全性与效率的需要。经过调研，最终选择型号为PRONET-E-08A的伺服驱动器和EMJ-08APA伺服电机,调节精度可达0.01 mm[2]。

通过图2伺服控制器的电气原理图可看出，PLC将接收的命令传递给伺服驱动器，由伺服控制器的编码器将命令进行编码计算，然后控制伺服电机进行正传或反转，由电机的带动，实现水平位移的移动[3]。另外，PLC输入还有启动、停止、急停、伺服限位、伺服报警、气缸开关等命令，保证整个系统运行安全可靠[4]。

图2 伺服控制器电气原理图

2.2 主要零部件设计

由于法兰固定后不能移动，否则对三坐标测量结果产生影响。考虑到法兰密封面高度较低（2 mm左右），测试时法兰密封面朝上有利于三坐标测量机的测量，对于带颈对焊法兰还涉及焊端外径的测量，如法兰密封面朝上放置，焊端外径就在法兰下方，三坐标测量除需改变测针角度，还需被测点与测量基准面存在一定高度差，否则探头传感器将与测试基准面发生接触，无法实现测量。基于以上原因法兰需被架起一定高度，通过标准查询，所检验的法兰焊径最高高度为60 mm。

考虑三坐标探头传感器的高度，法兰被架起高度不应小于100mm，为保证运行可靠及避免误操作的影响，法兰支架高度设计为130 mm，为保证使用耐用性，材料选择Q235B钣金再喷塑（图3）。