本發明涉及海洋油氣開采技術領域,具體涉及一種活動組件測試方法和測試用壓力艙。
背景技術:
石油工業正在逐漸向海洋發展,水下生產系統已經成為海上油氣田開發的重要技術,深海開發所用設備的先進程度是決定開發成果的關鍵因素。由于作業環境的影響,深海設備對于其承壓性能、耐腐蝕性能、密封性能、動作性能、使用壽命及維護周期都有著較高的要求,因此必須在專業的設備中驗證生命周期內設備的溫度、壓力、開關循環等功能研究關鍵功能部件的失效機理和防護方法,確保設備在深海環境下工作的安全性和可靠性。
目前國內外壓力艙的設計已經相對固定,多采用圓柱式艙體,根據場地和測試方案的需要,通常有臥式和立式兩種,生產制造工藝已經趨于成熟穩定。在進行測試時,將需要測試的部件放入艙內固定,隨后密封壓力艙,并開始注水加壓。有些大型壓力艙內部會安裝可活動的機械臂,用來對待測裝置進行操作。
不足的是:壓力容器或帶壓力測試裝置多為固定結構,只能滿足容器內保持一定的壓力,但無法使所要測試的工件在容器內進行指定的運動。例如待測裝置的固定部分(A部分)和活動部分(B部分)在深海作業時候需要進行相對運動,現有的壓力容器只允許待測裝置在容器調節設定好之后放入容器內然后再進行加壓,不滿足待測裝置的A部分和B部分真實的工作條件。若使用安裝有大型機械臂的壓力艙進行活動件測試,不僅壓力艙體積會急劇增大,成本也會大幅度上升,生產和維護難度亦會大幅度增加,無法做到經濟實用。
技術實現要素:
本發明的目的之一在于提供一種經濟實用的、能模擬深海條件下的壓力環境并可以保持一定壓力對相對運動部件進行運動測試的深?;顒咏M件測試方法。
本發明的另一目的在于提供一種經濟實用的、能模擬深海條件下的壓力環境并可以保持一定壓力對相對運動部件進行運動測試的深海活動組件測試裝置。
本發明的目的可以這樣實現,設計一種深?;顒咏M件的測試方法,包括以下步驟:
A、設置壓力艙體、保壓裝置,壓力艙體采用活塞結構,主要由壓力缸和活塞組成,在壓力缸的封閉端設置測試件的固定部,活塞上設置測試件的固定部;保壓裝置,包括補液泵、溢流閥,活塞向遠離壓力缸封閉端方向移動時由液壓泵為壓力缸艙內補液并加壓,活塞向接近壓力缸封閉端方向移動時在溢流閥的控制下放出多余液體使壓力缸艙內壓力保持在設定好的數值;
B、將測試件A固定在壓力缸封閉端上的測試件固定部,測試件B固定在活塞上的測試件固定部,測試件A與測試件B處于兩者插接的軌跡上;
C、將活塞塞入壓力缸的開口端,將測試件A、測試件B的測試線連接至數據采集裝置;
D、啟動保壓裝置,將液體注入壓力缸艙內并穩壓;
E、啟動活塞驅動機構,驅動活塞在壓力缸內往復移動,測試件A與測試件B反復插接斷開,數據采集裝置采集數據;
F、測試完畢后,排出壓力缸內的液體,拔出活塞,取出測試件A、測試件B。
進一步地,活塞驅動機構包括液壓裝置和調壓閥,調節液壓裝置中液壓油缸內的壓力值,實現活塞的往復運動。
進一步地,所述壓力缸和活塞采用標準件。
進一步地,液壓裝置包括液壓油缸、推力支架、液壓泵,推力支架安裝在液壓油缸的活塞桿端,推力支架的另一端安裝在活塞上,液壓泵通過管路連接至液壓油缸上。
進一步地,壓力缸的密封端設置開孔,開孔上連接密封法蘭,固定深?;顒咏M件中A部分的固定座設置在密封法蘭的中間
本發明的另一目的可以這樣實現,設計一種深海活動組件的測試裝置,包括壓力艙體、保壓裝置、驅動機構、數據采集裝置、控制單元,
壓力艙體,包括壓力缸、活塞,壓力缸的一端密封,密封端中間設置固定深?;顒咏M件中A部分的固定座;可移動的活塞由壓力缸的另一端插入并與壓力缸形成密封,活塞中間設置安裝深?;顒咏M件中B部分的安裝固定座;
保壓裝置,包括補液泵、溢流閥,補液泵和溢流閥分別通過管道連接液箱和壓力缸;活塞上升時由補液泵為壓力艙體艙內補液并加壓,活塞下降時在溢流閥的控制下放出多余液體使壓力艙體艙內壓力保持在設定好的數值;
驅動機構,驅動活塞的運動;
控制單元,控制驅動機構和保壓裝置;
數據采集裝置,采集深海活動組件中A、B部分之間的連通斷開數據。
進一步地,驅動機構包括一液壓裝置和調壓閥,液壓裝置包括液壓油缸、推力支架、液壓泵,推力支架安裝在液壓油缸的活塞桿端,推力支架的另一端安裝在活塞上,液壓泵通過管路連接至液壓油缸上。
更進一步地,液壓油缸為單桿雙作用活塞式液壓缸,管路上設有換向閥。
更進一步地,液壓油缸為單桿單作用活塞式液壓缸,液壓泵與液壓油缸之間的管路上設有第一調壓閥和第二調壓閥。
進一步地,壓力缸的密封端設置開孔,開孔上連接密封法蘭,固定深?;顒咏M件中A部分的固定座設置在密封法蘭的中間。
進一步地,設置限位裝置,限位裝置的活動端安裝在推力支架上,限位裝置的固定端設在液壓油缸上;限位裝置的信號線連接至控制單元。
本發明的壓力缸采用標準油缸結構設計,加工成本低,加工精度高。上部測試樣件可以與活塞同步或者相對活塞進行旋轉、偏斜等運動,充分模擬各種樣件的正常、非正常工作狀況,可以對樣件進行全方位的活動檢測,同時內部需要空間小,避免了利用機械臂移動測試件所需的大體積,高成本投入,難于維護等缺點。艙體和活塞等部件采用標準設計,測試維護容易更換零部件。僅有測試樣件在壓力艙內使得壓力艙內部空間開闊,便于控制運動結構的運動過程。艙內壓力控制穩定、容積可變且可以在承壓上限下任意調節、操作簡單、安全性高。保證了工作過程中艙內容積變化時艙體內壓力的穩定性,運動緩慢平穩、可控性高、便于數據的提取和分析。
附圖說明
圖1是本發明較佳實施例之一的示意圖;
圖2是本發明較佳實施例之一的電接頭測試活塞部分的示意圖;
圖3是本發明較佳實施例之一的液壓接頭測試活塞部分的示意圖;
圖4是本發明較佳實施例之二的示意圖;
圖5是本發明較佳實施例之二的壓力缸和活塞部分的示意圖;
圖6是本發明較佳實施例之二的液壓控制部分的示意圖。
圖中編號:1、壓力缸;2、密封法蘭;3、活塞;4、測試件A;5、測試件B;5’、待測電力接頭B;5”、待測液壓接頭B;6、活塞推力支架;7、液壓油缸;8、液壓泵;9、注液口;10、補液泵;11、溢流閥;12、排液口;13、排氣口;14、密封圈;15、電纜;16、第一調壓閥;17、第二調壓閥;18、限位裝置;19、控制單元;20、液箱;21、油箱;22、數據采集裝置;23、支架;24、液壓油缸支撐座;25、第一卸荷閥;26、進氣口;27、第二卸荷閥;28、換向閥;30、液壓軟管。
具體實施方式
以下結合實施例對本發明作進一步的描述。
一種深?;顒咏M件的測試方法,包括以下步驟:
A、設置壓力艙體、保壓裝置,壓力艙體采用活塞結構,主要由壓力缸和活塞組成,在壓力缸的封閉端設置測試件的固定部,活塞上設置測試件的固定部;保壓裝置,包括補液泵、溢流閥,活塞向遠離壓力缸封閉端方向移動時由液壓泵為壓力缸艙內補液并加壓,活塞向接近壓力缸封閉端方向移動時在溢流閥的控制下放出多余液體使壓力缸艙內壓力保持在設定好的壓力數值;
B、將測試件A固定在壓力缸封閉端上的測試件固定部,測試件B固定在活塞上的測試件固定部,測試件A與測試件B處于兩者插接的軌跡上;
C、將活塞塞入壓力缸的開口端,將測試件A、測試件B的測試線連接至數據采集裝置;
D、啟動保壓裝置,將液體注入壓力缸艙內并穩壓;
E、啟動活塞驅動機構,驅動活塞在壓力缸內往復移動,測試件A與測試件B反復插接斷開,數據采集裝置采集數據;
F、測試完畢后,排出壓力缸內的液體,拔出活塞,取出測試件A、測試件B。
驅動活塞的活塞驅動機構包括液壓裝置和調壓閥,調節液壓裝置中液壓油缸內的壓力值,實現活塞的往復運動。液壓裝置包括液壓油缸、推力支架、液壓泵,推力支架安裝在液壓油缸的活塞桿端,推力支架的另一端安裝在活塞上,液壓泵通過管路連接至液壓油缸上。
所述壓力缸和活塞采用標準件。采用標準件測試維護容易,零部件便于購買方便更換。
壓力缸的密封端設置開孔,開孔上連接密封法蘭,固定深海活動組件中A部分的固定座設置在密封法蘭的中間。配有若干個開口尺寸不同的密封法蘭,以滿足不同型號測試件的測試。
如圖1所示,一種深?;顒咏M件的測試裝置,包括壓力艙體、保壓裝置、驅動機構、數據采集裝置22、控制單元19;壓力艙體,包括壓力缸1、活塞3,壓力缸1的一端密封,密封端中間設置固定深?;顒咏M件中A部分的固定座;可移動的活塞3由壓力缸1的另一端插入并與壓力缸1形成密封,活塞3中間設置安裝深?;顒咏M件中B部分的安裝固定座,深?;顒咏M件中B部分為待測深?;顒咏M件中的活動部分;壓力缸1的密封端設置開孔,開孔上連接密封法蘭2,固定深?;顒咏M件中A部分的固定座設置在密封法蘭2的中間,深?;顒咏M件中A部分為待測深海活動組件中的固定部分。壓力缸采用標準油缸結構設計,可在現有的標準活塞液壓缸上進行相應地改裝,加工成本低,加工精度高。若有部件損壞,相應的部件也容易在市面上購買來進行更換,這就降低了維護成本。
待測深海活動組件的固定部分和活動部分之間的連接結構可以為插接式連接、旋轉式連接或者曲柄搖桿等任何進行相對運動的結構,測試過程中活塞帶動待測裝置的活動部分向固定端待測裝置的固定部分移動,直到待測裝置的活動部分完全與待測裝置的固定部分完成結合所需活動行程,隨后視測試的需求保持狀態或者循環往復運動。待測深?;顒咏M件可以是電接頭,或是液壓接頭。圖2為電接頭測試實施例示意圖,圖中15為電纜,5’為待測電力接頭中的B部分。圖3為液壓接頭測試實施例示意圖,圖中30為液壓軟管,5”為待測液壓接頭中的B部分。
本發明的一實施例中,如圖4所示,壓力缸1的側壁開口安裝第一卸荷閥25、第二卸荷閥27,排氣口13安裝在第一卸荷閥25上,進氣口26安裝在第二卸荷閥27上,壓力缸1的底部開口安裝排水口12。第一卸荷閥25設置在壓力缸1的側壁近壓力缸1的底部處,第二卸荷閥27設置在壓力缸1的側壁近壓力缸1的上部。卸荷閥的設置,可以在需要液體注滿壓力缸1時快速地將壓力缸1內的氣體排出,也可以在需要排空壓力缸1內的液體時與排水口12配合快速地將壓力缸1內的液體排出。壓力缸1安裝在支架23上。
保壓裝置,包括補液泵10、溢流閥11,補液泵10和溢流閥11分別通過管道連接液箱20和壓力缸1;活塞3上升(向遠離壓力缸封閉端方向)時由補液泵10為壓力艙體艙內補液并加壓,活塞3下降(向接近壓力缸封閉端方向)時在溢流閥11的控制下放出多余液體使壓力艙體艙內壓力保持在設定好的數值。如圖1中所示,在活塞3向下運動時,為穩定壓力艙1內壓力,壓力艙1內的液體會經溢流閥11由排水口排出多余液體,補液泵10在活塞3向上運動時會經由注液口9補充液體以保持艙內壓力穩定。
本發明的一實施例中,如圖4所示,壓力缸1的左側開口設置注液口9用于連接補液泵10,支路連接溢流閥11,以保證壓力缸1內部的水壓始終維持在一個模擬環境所需的壓力數值;補液泵10與溢流閥11均連接至水箱20。本實施例中設定壓力數值為15Mpa。
驅動機構,驅動活塞的運動。驅動機構可以采用多種方式,可以是機械式驅動,如電機驅動螺桿帶動螺母結構,螺母套在螺桿上,螺母與活塞通過活塞推力支架連接,螺母固定在活塞推力支架上,螺桿帶動螺母沿螺桿移動進而帶動活塞移動;或是電機驅動螺母帶動螺桿結構、齒輪齒條結構、偏心輪等等。也可以是液壓式驅動,驅動機構包括一液壓裝置和調壓閥,進行調節液壓油缸內的壓力值,實現活塞的往復運動。本實施例中,活塞移動行程為300mm。
驅動機構包括一液壓裝置和調壓閥,液壓裝置包括液壓油缸7、推力支架6、液壓泵8,推力支架6安裝在液壓油缸7的活塞桿端,推力支架6的另一端安裝在活塞3上,液壓泵8通過管路連接至液壓油缸7上。其中,如圖1所示,液壓油缸7為單桿雙作用活塞式液壓缸,管路上設有換向閥28。如圖4所示,液壓油缸7為單桿單作用活塞式液壓缸,液壓泵8與液壓油缸7之間的管路上設有第一調壓閥16和第二調壓閥17。液壓泵8、第一調壓閥16和第二調壓閥17均與油箱21連接。液壓油缸7安裝在液壓油缸支撐座24上。
控制單元19,控制驅動機構和保壓裝置。本實施例中,控制單元19采用可編程邏輯控制器(PLC),設定相應的控制壓力數值即可。在一實施例中,如圖1所示,控制單元19連接至液壓泵8的控制端、補液泵10的控制端、換向閥28的控制端。在另一實施例中,如圖4所示,控制單元19連接至液壓泵8的控制端、補液泵10的控制端、第一調壓閥16的控制端、第二調壓閥17的控制端;限位裝置18的信號線連接至控制單元19。
數據采集裝置22,采集深?;顒咏M件中A、B部分之間的連通斷開數據。數據采集裝置22采用現有的數據采集裝置或檢測單元即可,在此不再描述。
如圖4至圖6所示的實施例,其中壓力缸1為一端封口的套筒結構,其密封端開孔設置密封法蘭2,密封法蘭2負責缸體固定一側的密封。測試件的固定部分4(待測工件A),在測試中固定在缸體的底部固定端上,與缸體沒有相對位移。套筒另一端為可移動式活塞結構,活塞3的下部連接有測試件運動部分5(待測工件B),其與活塞3視測試需要可以固定連接或者相對活塞3可以轉動。本實施例,工件A和B的連接形式為插接式,測試過程中活塞帶動工件B向固定端工件A移動,直到工件B完全與工件A插接。工裝時,上下對應的活塞和密封法蘭需要同時加工,以保證工件A、B安裝后的同心度,以便更好的實現插拔過程。活塞3上設置密封圈14,密封圈14安裝在活塞3與壓力缸1缸壁接觸的接觸面上。
活塞的移動由外部液壓缸提供動力,通過對液壓缸的推力調整和相連的液壓泵以及調壓閥的工作使工件A、B在插拔過程中保持工裝內部的水壓在15Mpa的數值下動態平衡。活塞推力支架6和活塞相對固定,且可以有多個支架分步在活塞3周圍保證活塞3受力均勻,活塞3的背部安裝圓形的推力支架6,其主要作用是將液壓油缸7的推力均勻分散到活塞3的各個方向避免應力集中對活塞3造成損傷或位移偏離中心,推力支架6的側方留出電纜連接口,方便電纜安裝及移動;活塞推力支架6與活塞3的連接處可以安放電纜、電動機等設備以驅動測試件運動部分5在壓力艙內部進行相對活塞3的旋轉、偏斜等運動。在活塞推力支架6上方有液壓油缸7用以向活塞推力支架6提供推力,與液壓油缸7相連的是一套液壓裝置,包括第一調壓閥16、液壓泵8、換向閥28等,液壓油缸7為單桿雙作用活塞式液壓缸,如圖1所示。如圖4所示,液壓油缸7為單桿單作用活塞式液壓缸,液壓泵8與液壓油缸7之間的管路上設有第一調壓閥16和第二調壓閥17。
設置限位裝置18,限位裝置18的活動端安裝在推力支架6上,限位裝置18的固定端設在液壓油缸7上;限位裝置18的信號線連接至控制單元19。本實施例中,推力支架6的后方安裝限位裝置18,與液壓油缸7上安裝的觸頭相配合,起到控制液壓油缸7工作的作用。限位裝置18接收到的電信號通過導線傳給可編程邏輯控制器(PLC)19,可編程邏輯控制器(PLC)19將接收到的信號分析后發送指令給液壓泵8和第一調壓閥16來控制液壓油缸7內的壓力,從而控制活塞3的移動。
整個過程套筒結構為密封狀態,并且由液壓泵10為套筒內部充水壓并在溢流閥11的控制下保持在某個設定好的數值,活塞3帶動工件B移動的推動力是由液壓泵8控制的液壓油缸7來提供,并配合兩個調壓閥16、17進行調節液壓油缸7內的壓力值,實現活塞3的往復運動。通過這一工作循環,就能完整的模擬出工件A、B在壓力容器或深海工作時周圍的工作環境,并進行適當的參數測量工作。
測試初始狀態如圖所示,液壓泵10開啟并持續工作,在溢流閥11的配合下一直保持壓力缸1腔內壓力為15Mpa,在可編程邏輯控制器(PLC)19的控制下液壓泵8工作,在第一調壓閥16的控制下使液壓油缸7的壓力達到限定數值持續工作,通過推力支架6將活塞3向下方推,當壓力缸1腔內兩活動連接件完全插接后觸頭剛好碰到限位裝置18的上部,液壓泵8和第一調壓閥16停止工作,第二調壓閥17開始工作,逐步將液壓油缸7的壓力遞減到活塞3可以上行的狀態持續下去,直到觸頭碰到限位裝置18的下端后第二調壓閥17停止工作;此為一個工作循環??删幊踢壿嬁刂破?PLC)19可設置為手動和自動一體,即可實現連續插拔試驗,也可在某個階段保持不動。
本實施例的外形為圓柱形,尺寸為D=330mm,L=560mm,底部固定端設置開口與法蘭連接并密封,要求開口最小直徑d≥50mm,并配有若干個開口尺寸不同的密封法蘭,密封法蘭中間的開口是用于固定測試件A并其到密封作用,以滿足不同型號測試件的測試。
本發明是為了在保證安全的前提下,滿足工件插拔試驗的各項要求;插拔后不進水不漏電,且電路(或氣路、或液路)為通路,各項參數負符合標準。
本發明為針對深水下的活動連接件的密封、耐壓、耐腐蝕以及電參數測試的保壓設備,殼體采用標準油缸結構設計,加工成本低,加工精度高。測試樣件可以與活塞同步或者相對活塞進行旋轉、偏斜等運動,充分模擬各種樣件的正常、非正常工作狀況,可以對樣件進行全方位的活動檢測,同時內部需要空間小,避免了利用機械臂移動測試件所需的大體積,高成本投入,難于維護等缺點。艙體和活塞等部件采用標準設計,測試維護容易更換零部件。艙內壓力控制穩定、容積可變且可以在承壓上限下任意調節、操作簡單、安全性高。工作原理上,采用活塞式液壓缸,配合補液泵以及溢液閥,保證了工作過程中艙內容積變化時艙體內壓力的穩定性,運動緩慢平穩、可控性高、便于數據的提取和分析。采用外部控制單元配合換向閥工作,提高了液壓缸的壓力控制精度。本發明通過對被試件在15MPa水壓情況下工作以及插拔測試,試驗數據驗證了該技術方案的可行性。