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

Antes de que un acoplamiento entre en servicio, una máquina tiene la última palabra sobre qué tan bien se ensamblan las roscas: la unidad de tronzado. Aprieta un acoplamiento sobre una carcasa o tubería con un par controlado y, cuando ese par es incorrecto, la falla a menudo aparece solo después de que la conexión está en servicio. Los componentes principales de una unidad de tronzado definen su precisión, su vida útil y su costo operativo. , y cada uno merece un escrutinio antes de realizar una compra.

Una unidad tronzadora es más sencilla que un torno roscador en el mantenimiento diario, pero las fuerzas implicadas son grandes y el error aceptable es pequeño. Una unidad que entrega un par fuera de las especificaciones en un pequeño porcentaje puede crear daños que son invisibles en el momento y costosos más adelante. La siguiente tabla enumera los principales grupos de componentes; Las secciones siguientes explican qué hace cada uno y cómo afecta la producción.

El marco y la estructura de reacción de torsión

Una unidad de choque genera torque y la estructura que lo sostiene absorbe una reacción igual y opuesta. Si el marco no es lo suficientemente rígido, la alineación entre el cabezal de torsión y la llave de respaldo cambia durante el ciclo y la torsión registrada por el sistema de control ya no coincide con la que realmente experimentan las roscas.

Las unidades bien construidas utilizan una base pesada de hierro fundido o una fabricación de acero soldado con nervaduras internas y secciones sin tensión. La geometría crítica es el eje entre el cabezal de torsión y la llave de respaldo: deben permanecer concéntricos bajo carga máxima . Un marco atornillado que puede aflojarse con el tiempo aparece como una precisión de torsión decreciente, por lo que es preferible una estructura de una sola pieza o mecanizada con precisión. Al comparar máquinas, la masa y la rigidez del bastidor dicen más que el par nominal por sí solo.

El cabezal dinamométrico: husillo, accionamiento y agarre

El cabezal de torsión agarra un miembro de la conexión y lo hace girar. Sus tres partes principales son el husillo, el tren de transmisión y las mordazas de sujeción.

El husillo es un eje de gran diámetro soportado por cojinetes que soportan cargas radiales y axiales. Su diámetro de orificio establece el diámetro exterior más grande de tubería o acoplamiento que puede pasar a través del cabezal, por lo que el orificio del husillo es la primera especificación que se compara con su gama de productos. Detrás del husillo, un motor hidráulico y una caja reductora multiplican el par hasta el valor nominal.

En el agarre es donde se hace visible la calidad de la máquina. Las mordazas accionadas hidráulicamente o los troqueles tipo deslizante se cierran sobre la pieza de trabajo y transmiten torsión a la conexión. Los insertos de mordaza se adaptan al material de la tubería; un inserto desgastado o que no coincide permite el deslizamiento, y una mandíbula deslizante es la forma más rápida de obtener un hilo de primera calidad. La fuerza de sujeción también debe limitarse para que el agarre no aplaste los tubos de paredes delgadas.

La pinza de respaldo: el ancla fija

La pinza de respaldo sujeta el lado opuesto de la conexión mientras gira el cabezal de torsión. En una unidad de tronzado de carcasa y tubería, se utiliza un conjunto de agarre segmentado o de círculo completo impulsado por cilindros de sujeción hidráulicos.

El agarre de respaldo debe ser al menos tan fuerte como el par máximo de la máquina, porque cualquier deslizamiento aquí significa que la tubería gira en lugar de apretar la conexión . Las mordazas también deben distribuir la fuerza de manera uniforme para que no marquen el cuerpo de la tubería ni ovalen los tubos de pared delgada, razón por la cual los paquetes de mordazas se adaptan al diámetro exterior y al espesor de pared de cada tamaño de tubería.

La unidad de energía hidráulica

La unidad de potencia hidráulica suministra energía tanto para la rotación como para la sujeción: motor eléctrico, bomba, depósito, colectores de control, válvulas de alivio de presión y acumuladores.

Los acumuladores son importantes porque el par máximo es intermitente. Almacenan energía durante el tiempo de inactividad y la liberan durante un ciclo de recuperación, lo que permite que una bomba más pequeña proporcione el mismo par máximo. El ajuste de válvulas controla la suavidad con la que aumenta el par; un paso brusco puede sacudir las roscas y provocar irritaciones.

La gestión del calor es un problema de producción. El funcionamiento continuo aumenta la temperatura del aceite, lo que lo diluye y cambia las lecturas de presión. Un enfriador de aceite y un depósito del tamaño correcto mantienen el sistema en una banda de temperatura estable, y esa estabilidad hace que el circuito de control de torsión sea más consistente al final de un turno.

Sistema de control y medición de par

La medición del par distingue una máquina potente de una precisa. Los sistemas directos utilizan una celda de carga o un sensor de torsión en el tren de transmisión; Los sistemas indirectos calculan el par a partir de la presión hidráulica en el motor. La detección directa es más precisa porque excluye los efectos de fricción y temperatura en el circuito hidráulico, y se prefiere cuando se requieren valores de torque documentados.

El circuito de control gestiona el reajuste como una secuencia: contacto, par de rampa, retención final y liberación. Algunas operaciones necesitan control de torsión únicamente; otros necesitan control de torsión y giro, donde el sistema rastrea el ángulo de rotación y puede detectar roscas cruzadas. Un buen control mantiene consistentemente los límites de torsión superior e inferior mientras mantiene el ciclo lo suficientemente rápido para la velocidad de la línea.

Para los tubulares para yacimientos petrolíferos, el rendimiento documentado es parte de la aceptación del producto. Los talleres que operan carcasas y tubos API 5CT generalmente revisan Requisitos de cumplimiento de API 5CT antes de aceptar los registros de torsión de una unidad.

Cuando un programa cambia entre tamaños de carcasa, la unidad control de par y comportamiento de cambio determina cuánto tiempo de inactividad cuesta cada cambio de tamaño.

Controles eléctricos e interfaz del operador

Un PLC ejecuta el ciclo: sujeción, posicionamiento, rampa de par, finalización y liberación. La HMI muestra el par objetivo, el par alcanzado, recuentos de ciclos y alarmas, y almacena recetas para diferentes tamaños de tubería. Introducir una receta en lugar de girar una válvula manual elimina la mayor parte de las variaciones dependientes del operador en la calidad de la conexión.

El sistema eléctrico también cumple con la función de seguridad: arranque a dos manos, protecciones entrelazadas, parada de emergencia y apagado automático cuando se excede un límite de par. El registro de datos y la conectividad de red permiten rastrear cada junta hasta sus parámetros de composición, lo que se espera cada vez más en las auditorías de calidad.

Sistemas auxiliares que afectan el tiempo de actividad

Los componentes auxiliares no producen par, pero deciden si la máquina realiza un turno completo sin interrupción.

Aplicación de compuesto de hilo

El compuesto para hilos protege la superficie del hilo y controla la fricción. Los aplicadores automáticos de producto dosifican una cantidad reproducible por junta, mientras que la aplicación manual varía de un operador a otro: demasiado compuesto puede permitir un ajuste excesivo y muy poco aumenta el riesgo de irritación.

Lubricación y enfriamiento

Los cojinetes principales, la caja de cambios y las superficies de deslizamiento necesitan un suministro continuo de aceite. La pérdida de lubricación es la causa más común de falla prematura de los rodamientos en estas máquinas y generalmente se puede prevenir. El sistema de enfriamiento mantiene la temperatura del aceite dentro de la ventana que espera el circuito de control.

Integración de seguridad y automatización

Las protecciones entrelazadas y los mecanismos de disparo de torsión detienen la máquina después de un evento anormal. En plantas de mayor rendimiento, la unidad de tronzado se conecta a transportadores y equipos de carga para que las tuberías se muevan automáticamente. En esa disposición, la estación se convierte en un elemento de una línea de producción inteligente de acoplamiento que coordina el manejo, la inspección y el apriete, y su protocolo de enlace PLC y la coincidencia del tiempo de ciclo son tan importantes como su clasificación de torque.

Qué comprobar antes de comprar

Los grupos de componentes se reducen a una lista de verificación. El par nominal necesita un margen por encima de su conexión más pesada. El orificio del husillo debe dejar libre el acoplamiento más grande. La medición del par debe ser directa y documentada para trabajos controlados por API. La velocidad de cambio depende de las mandíbulas y del almacenamiento de recetas. El acceso de mantenimiento determina cuánto tiempo tardan las reparaciones.

• Máxima salida de torque con un margen de seguridad superior al torque de compensación más alto de su gama de productos.
• El diámetro del husillo y el rango de agarre se adaptan a los tamaños de tubería más pequeños y más grandes que procesa.
• Método de medición de par y repetibilidad, evaluados según sus requisitos de calidad y auditoría.
• Mandíbulas de cambio rápido y recetas almacenadas para tiempos de cambio aceptables.
• Filtros, válvulas y piezas de desgaste accesibles para un mantenimiento más rápido.

Estos son los criterios a tener en cuenta en cualquier comparación. el Guía de selección de torno de unidad de tronzado de acoplamiento de carcasa y tubería explica cómo combinarlos con un programa de producción específico, de modo que la decisión se base en la capacidad mensurable en lugar de en los números de placa.

Un ejemplo de estas decisiones aplicadas en la práctica es la unidad de acoplamiento de carcasa y tubería serie TYSKNKJ-100, una máquina atornillable construida alrededor de una rampa de torsión controlada, agarre seguro y cambio rápido. Está destinado a plantas que procesan carcasas y tubos en volúmenes de producción y necesitan que la unidad mantenga tolerancias durante un turno completo.

Hacer coincidir la unidad de resistencia con el resto de la línea

Una unidad de tronzado realiza un trabajo que parece simple (hacer o romper una conexión roscada con un par controlado) y cada componente principal existe para hacer que ese trabajo sea repetible. El marco absorbe las fuerzas, el cabezal de torsión y las pinzas de respaldo agarran y giran, la unidad hidráulica suministra energía, el sistema de control garantiza la precisión y los sistemas eléctricos y auxiliares mantienen la operación segura. Una debilidad en cualquier componente eventualmente se manifiesta como desperdicio, retrabajo o mantenimiento no planificado.

En la mayoría de los talleres, la unidad de tronzado se planifica junto con la máquina roscadora: el torno corta el hilo y la unidad de tronzador comprueba que las piezas ensamblan correctamente. Un torno de acoplamiento de unión de tubería de perforación cubre el lado de corte de la misma gama de productos, y las dos máquinas deben especificarse alrededor del mismo diámetro exterior de tubería, tipo de conexión y tasa de producción.