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1.1课题背景
随着国民经济的飞速发展,钢管被广泛应用于石油化工、锅炉制造等行业,它们的普遍特点是常用于高温、高压等恶劣工况下,因此对钢管的质量提出了更高的要求,根据API (American petroleum institute,美国石油组织) 标准要求,各种不同品种和钢级的油井管,必须能承受相应等级的压力,于是,压力试验成为钢管生产过程中必需的质量检测环节,对钢管质量检验起着重要作用。水压试验机正是为检验钢管的耐压能力而设计制造的。水压实验机是一种利用油水平衡控制对钢管进行静水压试验的机器。它一方面检查钢管是否有渗漏现象,另一方面可以消除钢管在成型过程中产生的残余内应力.将钢管充满高压水后在一定压力范围内对其进行保压,保证规定时间内钢管全长范围内均无泄漏,它是一个多方面为一体的复杂系统,是集机械、电气、液压、传感和自动控制为一体的复杂的机、电、液一体化设备。
1.2 研究意义
水压试验机是钢管生产线上必不可少的设备,因而水压试验机的工作效率直接影响到产品的生产率,因此提高水压试验机的生产率,对提高设备的检验能力及产品质量具有重要意义,很好的研究水压试验机的系统更有利于逐步改进提高现有设备的控制系统，提高设备的自动化水平，进而提高生产力水平，创造更多的经济效益。
1.3 国内外相关领域的研究现状
随着高钢级钢管市场的扩大,对高压钢管水压试验机的需求也日益增大。以前,我国油套管、输送管主要生产企业使用的高压水压试验机主要依赖进口,直到1999年西安重型机械研究所设计研发出第一套高压钢管水压试验机才改变了这种局面。在不到10年的时间里,西安重型机械研究所根据用户需求,开发设计了十多套不同规格、不同试验压力的高压钢管水压试验机。由于国产高压钢管水压试验机的起步较晚,其发展过程中尚存以下亟待解决的问题: (1)制管生产线生产率的提高对高压钢管水压试验机提出了挑战。目前,单头高压钢管水压试验机的试压最高频次是90根/小时,而前道工序的生产率有时会更高,因此,开发高试压频次的高压钢管水压试验机是今后的一个目标。 (2)开发新型的排气端卡头移动机构以满足钢管长度变化时的试压需要。目前水压试验机排气端卡头移动用丝杠螺母机构,虽然定位准确,刚性好,但螺母磨损较严重,可以考虑用液压伺服机构来解决这一问题。
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(3)开发新型的大口径钢管密封结构。随着制管生产技术的提高,钢管外径不断增大,需要试压的管径也相应增大,现在采用的径向预压紧组合密封是靠钢管外径密封的,钢管外径如果太大,此结构就太笨重,不利于更换卡头,寻找一种新的密封方式是需要解决的问题。
目前国内外钢管水压试验机有很多种,但原理基本相似,国内的水压试验机在部分规格和某些部分的工艺上不如国外的水压机, 例如目前我国无缝管轧制的规格仅到508mm,且较大规格(大于630mm)密封圈的制作工艺不过关,因此,我国还没有直径大于630mm、采用径向密封的无缝钢管水压试验机。近二十年来，国外水压机发展很快，技术先进，但系统复杂，制造和运行成本很高。为了适应产品高质量、高效率、降低能耗，减少公害，改善劳动条件，创建锻造文明生产的要求，在70年代中期，不少水压机己经实现通过计算机，一人对压机与操作机进行联动控制。20世纪70年代以后，由于高性能大流量油泵及其液压元器件、PLC、触摸屏、工控机和各种先进的测控元件等进入工业领域，水压机得到了长足进步。从80年代初到现在其控制水平又有提高，压机机组自编程已完全进入工业性实用阶段，并且开始实现钢管检测流程的网络管理及自动控制。
国内外水压试验机的研究主要集中在原理与结构探讨、设备改造、组态系统设计、控制系统和对水压试验机的整体运行状态进行故障诊断以及预报潜在故障等方面，都取得了很大的进展。例如采用丝堵和胶塞密封的石油油套管水压试验机,由于其密封压力低、密封件使用寿命短、效率低、损伤螺纹等原因,已不能满足API标准的新要求。以前进口的水压试验机,因试验压力低,使用受到限制。近年来,新开发了多种水压试验机,不仅满足API标准的新要求,而且价格低,很受用户欢