Ковальский М.Г.
Генеральный директор
ОАО «НИИизмерения»
Россия, г.Москва

Современные средства контроля и измерений размеров изделий для машиностроения

Важнейшую роль в обеспечении бесперебойной и безаварийной работы предприятий нефтегазового комплекса страны, а также в предотвращении существенных потерь нефтепродуктов и газа при их транспортировке играет качество резьбовых соединений, их герметичность и прочность. Эти показатели, в свою очередь, во многом зависят от качества резьбовых соединений насосно-компрессорных труб и муфт для них. В этой связи проблема метрологического обеспечения ответственных резьбовых деталей труб и муфт приобретает огромное значение. Некачественное изготовление резьбовых соединений чаще всего объясняется необеспеченностью ряда предприятий соответствующими средствами контроля.

НИИизмерения, основанный в 1935 году, уделяет проблеме качества резьбовых соединений серьезное внимание. В рамках работ по этому направлению разработан комплекс ручных индикаторных приборов для контроля параметров наружной и внутренней резьбы (шага, профиля, среднего диаметра, соосности и конусности резьбы) насосно-компрессорных и обсадных труб, замковой, резьбы бурильного инструмента, резьбы штанговых насосов. Кроме того, разработаны электронные высокоточные приборы для измерения диаметров отверстий труб, а также приборы для контроля резьбовых калибров – ручной и стационарный. Указанные средства контроля обеспечивают измерение всех нормируемых параметров резьбы, включая калибры, образцовые детали, а также важнейших параметров гладкой части резьбовых деталей.

Контролируются параметры различных типов резьбы (коническая, треугольная, замковая, «Батресс», «VAM» и др.) по ГОСТ563-80, ГОСТ 633-80, ГОСТ 5286-75, ГОСТ 51245-99, API Stand 5B.

Разработанные приборы под маркой БВ изготавливаются специализированным цехом института и регулярно поставляются ряду предприятий нефтегазового комплекса. Эти приборы обеспечивают комплексность подхода к вопросам контроля деталей резьбовых соединений и удовлетворение требований, предъявляемых государственными и международными стандартами, а также нормативными документами, в том числе американского нефтяного института (по ГОСТ 632-80, ГОСТ 633-80, ГОСТ 5286-75 и API Stand 5B. Кроме того, наличие указанных средств контроля резьбы и резьбовых калибров позволяет создать условия для сертификации в России отечественного оборудования и калибров, международного признания ее результатов и выхода на мировой рынок.

Приборы снабжаются комплектами наконечников и мер, соответствующими любому типу резьбы и ее параметрам. Возможна поставка наконечников и мер к уже имеющимся на предприятиях приборам марки БВ.

НИИизмерения также производит ремонт импортных приборов для контроля параметров резьбы с заменой отдельных частей, в том числе наконечников и мер. Осуществляется гарантийное и сервисное обслуживание поставленных приборов.

Кроме того, разрабатываются и изготавливаются другие специализированные средства контроля по техническим требованиям и чертежам Заказчиков. Так, по заказу ОАО "Волгабурмаш" разработаны и поставлены Приборы для контроля диаметров шариковых дорожек шарошек, аналогичные приборам фирмы "Federal".

На базе ОАО «НИИизмерения» Госстандартом аккредитованы: Орган по сертификации и испытательный центр средств измерений линейных и угловых размеров; Государственный центр испытаний средств измерений и калибровочная лаборатория. Во всех случаях в качестве объектов сертификации или измерений указаны калибры, в т.ч. резьбовые, и приборы для контроля резьбы. Средства контроля, разработанные НИИизмерения, снабжаются Сертификатом о калибровке.

В настоящее время институт разработал и начинает внедрять методику и средства прецизионного контроля параметров профиля резьбы по слепкам с применением новых композиционных полимерных материалов.

Есть еще одно направление работ, представляющих интерес для предприятий нефтегазового комплекса, – это совершенствование метрологического обеспечения методов и средств контроля внутренних напряжений и деформаций деталей и соединений, в том числе и резьбовых. Следует отметить, что ни один из применяемых на практике методов контроля внутренних напряжений не имеет стандартизованного метрологического обеспечения. Все это привело к тому, что каждый изготовитель и потребитель, как правило, сам устанавливает нормируемые виды и параметры внутренних напряжений, контролирует их своими собственными методами и средствами и сам оценивает состояние деталей, в том числе их годность. НИР, проведенная институтом в этом направлении, была доложена на НТК Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии Госстандарта, где получила высокую оценку.

Наиболее рациональный метод метрологического обеспечения контроля распределения внутренних напряжений и деформаций – по специальным полимерным слепкам на соединяемых с помощью резьбы трубах и муфтах. Отечественный полимерный материал наносится на деталь, образующийся слепок точно воспроизводит ее форму. Оптические свойства тонкого слоя этого слепка позволяют получить интерференционную и поляризационную картины, по которым с помощью специальной методики производится оценка внутренних напряжений.

Специалистами НИИизмерения и ООО «Телекон» разработаны устройства автоматизированного контроля геометрических параметров резьбы НКТ и муфт для них, в которых применяется метод визуального бесконтактного контроля параметров с помощью промышленных видеокамер, работающих на просвет (для НКТ) и на отражение (для муфт). Для повышения производительности контроля используются две видеокамеры, расположенные в диаметральной плоскости объекта, обеспечивающие одновременный осмотр двух зон резьбы, разнесенных на 180º. Контроль максимальной величины поверхности резьбы обеспечивается двумя механизмами сканирования: поворотом измерительных видеокамер вокруг оси детали с шагом в 22,5º (с учетом 2-х видеокамер таких зон контроля — 16) и перемещением измерительных видеокамер вдоль оси детали на всю длину резьбы. В результате контроль осуществляется на ~ 75% поверхности резьбы трубы или муфты, что обеспечивает достаточную информацию для принятия решения об их годности. Указанные устройства показали достаточно надежную и устойчивую работу при двухсменной работе в условиях автоматизированного цеха НГДУ «Елоховнефть». В настоящее время продолжаются работы по модернизации указанных устройств с целью повышения эксплуатационных характеристик и упрощения обслуживания со стороны операторов.

В рамках этого направления в 2009 г. принята к реализации заявка ООО «Алнас-Н» на создание автоматизированного прибора для контроля диаметров соосно расположенных наружных и внутренних цилиндрических поверхностей –деталей погружных насосов «рабочее колесо» и «направляющий аппарат». Спроектирован и изготавливается прибор БВ-7712, с помощью которого контроль внутренних диаметров осуществляется контактным способом с помощью специального широкодиапазонного индуктивного датчика фирмы «Newall», а контроль наружных диаметров – бесконтактным способом, с помощью двух лазерных микрометров, работающих по методу светового сечения. Диапазон контролируемых наружных диаметров - 45 – 100 мм, внутренних диаметров -18 – 90 мм. Погрешность контроля - не более 0,007 мм и 0,005 мм соответственно.

Прибор работает следующим образом. Измеряемая деталь помещается на приемную горизонтальную площадку и центрируется с помощью специального приспособления. Далее деталь в автоматическом режиме перемещается по вертикали в требуемое сечение для выполнения измерений наружного и внутреннего диаметров. Управление перемещением детали по вертикали и измерением диаметров осуществляется при помощи персонального компьютера. Оператор может задавать количество измеряемых сечений и их расположение.

Результаты измерения в виде соответствующего Протокола выводятся на экран монитора, а также могут быть распечатаны на принтере. Результаты измерения содержат фактические величины измеренных диаметров, а также указания «годен» или «брак». Кроме того, результаты измерений могут быть систематизированы в виде соответствующей базы данных.

Указанный прибор может быть с успехом использован на предприятиях нефтегазового комплекса, изготавливающих и ремонтирующих погружные насосы.

Особо следует отметить, что технические характеристики приборов, заложенные в определенную разработку, могут быть адаптированы к условиям производства Заказчика по его техническим требованиям. Кроме того, институт разрабатывает, изготавливает и поставляет Заказчику специализированные средства контроля (после проработки чертежей деталей с указанием параметров, подлежащих контролю). Сроки разработки и изготовления новых приборов – 3-4 месяца. Институт также берет на себя сервисное обслуживание поставленных предприятию приборов.

Потребителями серийных приборов для контроля параметров резьбы труб и муфт (конусности, соосности, шага, высоты профиля, угла профиля) различных модификаций являются ведущие предприятия нефтегазового комплекса России, Украины и Казахстана, такие как: Синарский, Волжский, Волгореченский, Синарский, Игринский, Первоуральский трубные заводы; Орский, Сарапульский машиностроительные заводы; Серовский механический завод; Выксунский металлургический завод; Челябинский трубопрокатный завод; ОАО «Корвет» (Курган); ОАО «Вятка» (Киров); ОАО "ВНИИБТ-буровой инструмент" (Пермь и Павловский филиал); Компании "Темерсо" и "Битек" (Екатеринбург); "НТС-лидер" (Москва); "Сервис подземного оборудования" (Пермь); Оренбургская буровая сервисная компания; Пермская компания нефтяного машиностроения; ЗАО "СИ" (Москва); УралТехСервис (Челябинск); Южно-Уральский инструмент (Челябинск); ЮжУралЭкспорт, (Челябинск); ВНИИБТ-Буровая техника (Павловск, Пермский край); Днепропетровский завод бурового оборудования (Украина); КазТрубПром (Уральск, Казахстан) и др. Приборы для контроля диаметров и прямолинейности отверстий труб поставлены нефтяной компании "Лукойл", Нижегородскому и Павловскому машиностроительным заводам, а приборы для контроля конусности и шага резьбы конических калибров-колец - Синарскому трубному и Орскому машиностроительному заводам.