How a Bucking Unit Works: Main Components of Casing and Tubing Bucking Machines

Bevor eine Kupplung in Betrieb genommen wird, hat eine Maschine das letzte Wort darüber, wie gut die Gewinde zusammengefügt werden: die Gegeneinheit. Es zieht eine Kupplung mit einem kontrollierten Drehmoment am Gehäuse oder Rohr fest, und wenn dieses Drehmoment falsch ist, tritt der Fehler oft erst auf, nachdem die Verbindung in Betrieb ist. Die Hauptkomponenten einer Gegeneinheit bestimmen ihre Genauigkeit, ihre Lebensdauer und ihre Betriebskosten , und jedes verdient eine sorgfältige Prüfung vor einem Kauf.

Eine Gegeneinheit ist bei der täglichen Wartung einfacher als eine Gewindedrehmaschine, aber die auftretenden Kräfte sind groß und der akzeptable Fehler ist gering. Eine Einheit, deren Drehmoment um ein paar Prozent außerhalb der Spezifikation liegt, kann Schäden verursachen, die zu diesem Zeitpunkt unsichtbar und später teuer sind. In der folgenden Tabelle sind die Hauptkomponentengruppen aufgeführt. In den folgenden Abschnitten wird erläutert, was die einzelnen Funktionen bewirken und wie sie sich auf die Produktion auswirken.

Die Rahmen- und Drehmomentreaktionsstruktur

Eine Gegeneinheit erzeugt ein Drehmoment und die Struktur, die sie hält, absorbiert eine gleiche, entgegengesetzte Reaktion. Ist der Rahmen nicht steif genug, verändert sich die Ausrichtung zwischen Drehmomentkopf und Stützzange während des Zyklus und das von der Steuerung erfasste Drehmoment stimmt nicht mehr mit dem tatsächlichen Drehmoment überein.

Gut gebaute Einheiten verwenden eine schwere Gusseisenbasis oder eine geschweißte Stahlkonstruktion mit Innenrippen und spannungsentlasteten Abschnitten. Die entscheidende Geometrie ist die Achse zwischen Drehmomentkopf und Sicherungszange: Sie müssen unter maximaler Belastung konzentrisch bleiben . Ein verschraubter Rahmen, der sich mit der Zeit lockern kann, führt zu einer nachlassenden Drehmomentgenauigkeit, daher ist eine einteilige oder präzisionsgefertigte Struktur vorzuziehen. Beim Vergleich von Maschinen sagen Rahmenmasse und Steifigkeit mehr aus als nur das Nenndrehmoment.

Der Drehmomentkopf: Spindel, Antrieb und Greifen

Der Drehmomentkopf greift ein Element der Verbindung und dreht es. Seine drei Hauptteile sind die Spindel, der Antriebsstrang und die Spannbacken.

Die Spindel ist eine Welle mit großer Bohrung, die von Lagern getragen wird, die radiale und axiale Belastungen bewältigen. Der Bohrungsdurchmesser legt den größten Außendurchmesser des Rohrs oder der Kupplung fest, der durch den Kopf geführt werden kann. Daher ist die Spindelbohrung die erste Spezifikation, die Sie mit Ihrer Produktpalette vergleichen können. Hinter der Spindel vervielfachen ein Hydraulikmotor und ein Untersetzungsgetriebe das Drehmoment auf den Nennwert.

Beim Greifen wird die Maschinenqualität sichtbar. Hydraulisch betätigte Backen oder Gleitmatrizen schließen sich am Werkstück an und übertragen das Drehmoment in die Verbindung. Backeneinsätze sind auf das Rohrmaterial abgestimmt; Ein verschlissener oder nicht passender Einsatz ermöglicht ein Abrutschen, und eine abrutschende Backe ist der schnellste Weg, ein Premium-Gewinde zu ritzen. Auch die Klemmkraft muss begrenzt werden, damit der Griff dünnwandige Rohre nicht quetscht.

Die Sicherungszange: Der feste Anker

Die Sicherungszange hält die gegenüberliegende Seite der Verbindung, während sich der Drehmomentkopf dreht. In einer Futterrohr- und Rohrhalteeinheit wird eine Vollkreis- oder Segmentgreifbaugruppe verwendet, die von hydraulischen Spannzylindern angetrieben wird.

Der Sicherungsgriff muss mindestens so stark sein wie das maximale Drehmoment der Maschine, denn Jeder Schlupf bedeutet hier, dass sich das Rohr dreht, anstatt dass sich die Verbindung festzieht . Die Backen müssen außerdem die Kraft gleichmäßig verteilen, damit sie den Rohrkörper nicht beschädigen oder dünnwandige Rohre ovalisieren. Deshalb sind die Backenpakete auf den Außendurchmesser und die Wandstärke jeder Rohrgröße abgestimmt.

Das Hydraulikaggregat

Das Hydraulikaggregat liefert Energie sowohl für die Drehung als auch für das Spannen: Elektromotor, Pumpe, Behälter, Steuerverteiler, Druckbegrenzungsventile und Akkumulatoren.

Akkumulatoren sind wichtig, weil das Spitzendrehmoment sporadisch auftritt. Sie speichern Energie während der Leerlaufzeit und geben sie während eines Nachspeisezyklus ab, sodass eine kleinere Pumpe das gleiche Spitzendrehmoment liefern kann. Die Ventilabstimmung steuert, wie sanft das Drehmoment ansteigt. Ein abrupter Schritt kann die Gewinde beschädigen und zum Abrieb führen.

Wärmemanagement ist ein Produktionsproblem. Dauerbetrieb erhöht die Öltemperatur, wodurch das Öl verdünnt wird und sich die Druckwerte verschieben. Ein richtig dimensionierter Ölkühler und Behälter halten das System in einem stabilen Temperaturbereich, und diese Stabilität sorgt dafür, dass der Drehmomentregelkreis am Ende einer Schicht gleichmäßiger wird.

Drehmomentmess- und Kontrollsystem

Die Drehmomentmessung unterscheidet eine leistungsstarke Maschine von einer präzisen. Direkte Systeme nutzen eine Kraftmessdose oder einen Drehmomentsensor am Antriebsstrang; Indirekte Systeme berechnen das Drehmoment aus dem hydraulischen Druck am Motor. Die direkte Messung ist genauer, da sie Reibungs- und Temperatureffekte im Hydraulikkreislauf ausschließt, und wird bevorzugt, wenn dokumentierte Drehmomentwerte erforderlich sind.

Der Regelkreis verwaltet den Aufbau als Folge: Kontakt, steigendes Drehmoment, endgültiges Halten und Loslassen. Bei einigen Vorgängen ist nur eine Drehmomentsteuerung erforderlich; andere benötigen eine Drehmoment- und Drehsteuerung, bei der das System den Drehwinkel verfolgt und Quergewinde erkennen kann. Eine gute Steuerung hält die oberen und unteren Drehmomentgrenzen konstant und hält den Zyklus gleichzeitig schnell genug für die Liniengeschwindigkeit.

Bei Ölfeldrohren ist die dokumentierte Leistung Teil der Produktakzeptanz. Geschäfte, die API 5CT-Gehäuse und -Schläuche verwenden, prüfen in der Regel die API 5CT-Konformitätsanforderungen bevor Sie die Drehmomentaufzeichnungen einer Einheit akzeptieren.

Wenn ein Zeitplan zwischen Gehäusegrößen wechselt, wird die Einheit Drehmomentregelung und Umschaltverhalten bestimmt, wie viel Ausfallzeit jeder Größenwechsel kostet.

Elektrische Steuerung und Bedienerschnittstelle

Eine SPS führt den Zyklus aus: Spannen, Positionieren, Drehmomentrampe, Abschluss und Freigabe. Das HMI zeigt das Zieldrehmoment, das erreichte Drehmoment, die Anzahl der Zyklen und Alarme an und speichert Rezepte für verschiedene Rohrgrößen. Durch die Eingabe eines Rezepts anstelle des Drehens eines manuellen Ventils werden die meisten bedienerabhängigen Schwankungen der Verbindungsqualität beseitigt.

Das elektrische System trägt auch die Sicherheitsfunktion: Zweihandstart, verriegelte Schutzvorrichtungen, Not-Aus und automatische Abschaltung bei Überschreiten einer Drehmomentgrenze. Durch Datenprotokollierung und Netzwerkkonnektivität kann jede Verbindung auf ihre Zusammensetzungsparameter zurückgeführt werden, was bei Qualitätsprüfungen zunehmend erwartet wird.

Hilfssysteme, die sich auf die Betriebszeit auswirken

Die Nebenaggregate erzeugen kein Drehmoment, entscheiden aber darüber, ob die Maschine eine volle Schicht ohne Unterbrechung durchläuft.

Gewindeverbindungsanwendung

Die Gewindemischung schützt die Gewindeoberfläche und kontrolliert die Reibung. Automatische Dope-Applikatoren dosieren eine reproduzierbare Menge pro Verbindung, während die manuelle Anwendung von Bediener zu Bediener unterschiedlich ist: Zu viel Compound kann ein zu starkes Anziehen ermöglichen, und zu wenig erhöht die Gefahr von Abrieb.

Schmierung und Kühlung

Die Hauptlager, das Getriebe und die Gleitflächen benötigen eine kontinuierliche Ölversorgung. Schmierungsverlust ist die häufigste Ursache für vorzeitigen Lagerausfall bei diesen Maschinen und lässt sich in der Regel verhindern. Das Kühlsystem hält die Öltemperatur innerhalb des vom Regelkreis erwarteten Fensters.

Sicherheits- und Automatisierungsintegration

Verriegelte Schutzvorrichtungen und Drehmomentauslösemechanismen stoppen die Maschine nach einem ungewöhnlichen Ereignis. In Anlagen mit höherem Durchsatz ist die Abrolleinheit mit Förderbändern und Ladegeräten verbunden, sodass sich die Rohre automatisch hindurchbewegen. In dieser Anordnung wird die Station zu einem Element einer gekoppelten intelligenten Produktionslinie, die Handhabung, Inspektion und Anziehen koordiniert, und ihr SPS-Handshake und ihre Zykluszeitübereinstimmung sind ebenso wichtig wie ihr Drehmomentwert.

Was Sie vor dem Kauf überprüfen sollten

Die Komponentengruppen reduzieren sich auf eine Checkliste. Das Nenndrehmoment erfordert einen Spielraum über Ihrer schwersten Verbindung. Die Spindelbohrung muss die größte Kupplung freigeben. Für API-gesteuerte Arbeiten sollte die Drehmomentmessung direkt erfolgen und dokumentiert werden. Die Umrüstgeschwindigkeit hängt von den Backen und der Rezepturspeicherung ab. Der Wartungszugang bestimmt, wie lange Reparaturen dauern.

• Maximale Drehmomentabgabe mit einer Sicherheitsmarge über dem höchsten Ausgleichsdrehmoment in Ihrer Produktpalette.
• Spindelbohrung und Spannbereich abgestimmt auf die kleinsten und größten Rohrgrößen, die Sie verarbeiten.
• Drehmomentmessmethode und Wiederholbarkeit, beurteilt anhand Ihrer Qualitäts- und Auditanforderungen.
• Schnellwechselbacken und gespeicherte Rezepte für akzeptable Umrüstzeiten.
• Zugängliche Filter, Ventile und Verschleißteile für eine schnellere Wartung.

Dies sind die Kriterien, die in jeden Vergleich einbezogen werden müssen. Die Auswahlhilfe für Gehäuse- und Rohrkupplungen, Gegeneinheit, Drehmaschine erklärt, wie man sie einem bestimmten Produktionsprogramm zuordnet, sodass die Entscheidung auf messbaren Fähigkeiten und nicht auf Typenschildnummern basiert.

Ein Beispiel für diese in der Praxis umgesetzten Entscheidungen ist die Gegeneinheit für Gehäuse- und Rohrkupplungen der Serie TYSKNKJ-100, eine Anschraubmaschine, die auf kontrolliertem Drehmomentanstieg, sicherem Greifen und schnellem Wechsel basiert. Es ist für Betriebe gedacht, die Gehäuse und Rohre in Produktionsmengen verarbeiten und bei denen die Einheit über eine ganze Schicht hinweg Toleranzen einhalten muss.

Anpassen der Bucking-Einheit an den Rest der Linie

Eine Gegeneinheit erledigt eine scheinbar einfach klingende Aufgabe – das Herstellen oder Lösen einer Schraubverbindung mit einem kontrollierten Drehmoment – und alle Hauptkomponenten sind vorhanden, um diese Aufgabe wiederholbar zu machen. Der Rahmen nimmt die Kräfte auf, der Drehmomentkopf und die Stützzange greifen und drehen sich, die Hydraulikeinheit liefert Strom, das Steuerungssystem sorgt für Genauigkeit und die Elektro- und Hilfssysteme sorgen für einen sicheren Betrieb. Eine Schwachstelle in einer Komponente zeigt sich schließlich in Ausschuss, Nacharbeit oder ungeplanter Wartung.

In den meisten Werkstätten wird die Gegenhaltereinheit zusammen mit der Gewindeschneidmaschine geplant: Die Drehmaschine schneidet das Gewinde und die Gegenhaltereinheit prüft, ob die Teile korrekt zusammengefügt werden. Eine Bohrrohr-Verbindungskupplungsdrehmaschine deckt die Schneidseite derselben Produktpalette ab, und die beiden Maschinen sollten für den gleichen Rohraußendurchmesser, Verbindungstyp und die gleiche Produktionsrate ausgelegt sein.