深海活动组件的测试方法和装置与流程

本发明涉及海洋油气开采技术领域，具体涉及一种活动组件测试方法和测试用压力舱。

背景技术：

石油工业正在逐渐向海洋发展，水下生产系统已经成为海上油气田开发的重要技术，深海开发所用设备的先进程度是决定开发成果的关键因素。由于作业环境的影响，深海设备对于其承压性能、耐腐蚀性能、密封性能、动作性能、使用寿命及维护周期都有着较高的要求，因此必须在专业的设备中验证生命周期内设备的温度、压力、开关循环等功能研究关键功能部件的失效机理和防护方法，确保设备在深海环境下工作的安全性和可靠性。

目前国内外压力舱的设计已经相对固定，多采用圆柱式舱体，根据场地和测试方案的需要，通常有卧式和立式两种，生产制造工艺已经趋于成熟稳定。在进行测试时，将需要测试的部件放入舱内固定，随后密封压力舱，并开始注水加压。有些大型压力舱内部会安装可活动的机械臂，用来对待测装置进行操作。

不足的是：压力容器或带压力测试装置多为固定结构，只能满足容器内保持一定的压力，但无法使所要测试的工件在容器内进行指定的运动。例如待测装置的固定部分(A部分)和活动部分(B部分)在深海作业时候需要进行相对运动，现有的压力容器只允许待测装置在容器调节设定好之后放入容器内然后再进行加压，不满足待测装置的A部分和B部分真实的工作条件。若使用安装有大型机械臂的压力舱进行活动件测试，不仅压力舱体积会急剧增大，成本也会大幅度上升，生产和维护难度亦会大幅度增加，无法做到经济实用。

技术实现要素：

本发明的目的之一在于提供一种经济实用的、能模拟深海条件下的压力环境并可以保持一定压力对相对运动部件进行运动测试的深海活动组件测试方法。

本发明的另一目的在于提供一种经济实用的、能模拟深海条件下的压力环境并可以保持一定压力对相对运动部件进行运动测试的深海活动组件测试装置。

本发明的目的可以这样实现，设计一种深海活动组件的测试方法，包括以下步骤：

A、设置压力舱体、保压装置，压力舱体采用活塞结构，主要由压力缸和活塞组成，在压力缸的封闭端设置测试件的固定部，活塞上设置测试件的固定部；保压装置，包括补液泵、溢流阀，活塞向远离压力缸封闭端方向移动时由液压泵为压力缸舱内补液并加压，活塞向接近压力缸封闭端方向移动时在溢流阀的控制下放出多余液体使压力缸舱内压力保持在设定好的数值；

B、将测试件A固定在压力缸封闭端上的测试件固定部，测试件B固定在活塞上的测试件固定部，测试件A与测试件B处于两者插接的轨迹上；

C、将活塞塞入压力缸的开口端，将测试件A、测试件B的测试线连接至数据采集装置；

D、启动保压装置，将液体注入压力缸舱内并稳压；

E、启动活塞驱动机构，驱动活塞在压力缸内往复移动，测试件A与测试件B反复插接断开，数据采集装置采集数据；

F、测试完毕后，排出压力缸内的液体，拔出活塞，取出测试件A、测试件B。

进一步地，活塞驱动机构包括液压装置和调压阀，调节液压装置中液压油缸内的压力值，实现活塞的往复运动。

进一步地，所述压力缸和活塞采用标准件。

进一步地，液压装置包括液压油缸、推力支架、液压泵，推力支架安装在液压油缸的活塞杆端，推力支架的另一端安装在活塞上，液压泵通过管路连接至液压油缸上。

进一步地，压力缸的密封端设置开孔，开孔上连接密封法兰，固定深海活动组件中A部分的固定座设置在密封法兰的中间

本发明的另一目的可以这样实现，设计一种深海活动组件的测试装置，包括压力舱体、保压装置、驱动机构、数据采集装置、控制单元，

压力舱体，包括压力缸、活塞，压力缸的一端密封，密封端中间设置固定深海活动组件中A部分的固定座；可移动的活塞由压力缸的另一端插入并与压力缸形成密封，活塞中间设置安装深海活动组件中B部分的安装固定座；

保压装置，包括补液泵、溢流阀，补液泵和溢流阀分别通过管道连接液箱和压力缸；活塞上升时由补液泵为压力舱体舱内补液并加压，活塞下降时在溢流阀的控制下放出多余液体使压力舱体舱内压力保持在设定好的数值；

驱动机构，驱动活塞的运动；

控制单元，控制驱动机构和保压装置；

数据采集装置，采集深海活动组件中A、B部分之间的连通断开数据。

进一步地，驱动机构包括一液压装置和调压阀，液压装置包括液压油缸、推力支架、液压泵，推力支架安装在液压油缸的活塞杆端，推力支架的另一端安装在活塞上，液压泵通过管路连接至液压油缸上。

更进一步地，液压油缸为单杆双作用活塞式液压缸，管路上设有换向阀。

更进一步地，液压油缸为单杆单作用活塞式液压缸，液压泵与液压油缸之间的管路上设有第一调压阀和第二调压阀。

进一步地，压力缸的密封端设置开孔，开孔上连接密封法兰，固定深海活动组件中A部分的固定座设置在密封法兰的中间。

进一步地，设置限位装置，限位装置的活动端安装在推力支架上，限位装置的固定端设在液压油缸上；限位装置的信号线连接至控制单元。

本发明的压力缸采用标准油缸结构设计，加工成本低，加工精度高。上部测试样件可以与活塞同步或者相对活塞进行旋转、偏斜等运动，充分模拟各种样件的正常、非正常工作状况，可以对样件进行全方位的活动检测，同时内部需要空间小，避免了利用机械臂移动测试件所需的大体积，高成本投入，难于维护等缺点。舱体和活塞等部件采用标准设计，测试维护容易更换零部件。仅有测试样件在压力舱内使得压力舱内部空间开阔，便于控制运动结构的运动过程。舱内压力控制稳定、容积可变且可以在承压上限下任意调节、操作简单、安全性高。保证了工作过程中舱内容积变化时舱体内压力的稳定性，运动缓慢平稳、可控性高、便于数据的提取和分析。

附图说明

图1是本发明较佳实施例之一的示意图；

图2是本发明较佳实施例之一的电接头测试活塞部分的示意图；

图3是本发明较佳实施例之一的液压接头测试活塞部分的示意图；

图4是本发明较佳实施例之二的示意图；

图5是本发明较佳实施例之二的压力缸和活塞部分的示意图；

图6是本发明较佳实施例之二的液压控制部分的示意图。

图中编号：1、压力缸；2、密封法兰；3、活塞；4、测试件A；5、测试件B；5’、待测电力接头B；5”、待测液压接头B；6、活塞推力支架；7、液压油缸；8、液压泵；9、注液口；10、补液泵；11、溢流阀；12、排液口；13、排气口；14、密封圈；15、电缆；16、第一调压阀；17、第二调压阀；18、限位装置；19、控制单元；20、液箱；21、油箱；22、数据采集装置；23、支架；24、液压油缸支撑座；25、第一卸荷阀；26、进气口；27、第二卸荷阀；28、换向阀；30、液压软管。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步的描述。

一种深海活动组件的测试方法，包括以下步骤：

A、设置压力舱体、保压装置，压力舱体采用活塞结构，主要由压力缸和活塞组成，在压力缸的封闭端设置测试件的固定部，活塞上设置测试件的固定部；保压装置，包括补液泵、溢流阀，活塞向远离压力缸封闭端方向移动时由液压泵为压力缸舱内补液并加压，活塞向接近压力缸封闭端方向移动时在溢流阀的控制下放出多余液体使压力缸舱内压力保持在设定好的压力数值；

B、将测试件A固定在压力缸封闭端上的测试件固定部，测试件B固定在活塞上的测试件固定部，测试件A与测试件B处于两者插接的轨迹上；

C、将活塞塞入压力缸的开口端，将测试件A、测试件B的测试线连接至数据采集装置；

D、启动保压装置，将液体注入压力缸舱内并稳压；

E、启动活塞驱动机构，驱动活塞在压力缸内往复移动，测试件A与测试件B反复插接断开，数据采集装置采集数据；

F、测试完毕后，排出压力缸内的液体，拔出活塞，取出测试件A、测试件B。

驱动活塞的活塞驱动机构包括液压装置和调压阀，调节液压装置中液压油缸内的压力值，实现活塞的往复运动。液压装置包括液压油缸、推力支架、液压泵，推力支架安装在液压油缸的活塞杆端，推力支架的另一端安装在活塞上，液压泵通过管路连接至液压油缸上。

所述压力缸和活塞采用标准件。采用标准件测试维护容易，零部件便于购买方便更换。

压力缸的密封端设置开孔，开孔上连接密封法兰，固定深海活动组件中A部分的固定座设置在密封法兰的中间。配有若干个开口尺寸不同的密封法兰，以满足不同型号测试件的测试。

如图1所示，一种深海活动组件的测试装置，包括压力舱体、保压装置、驱动机构、数据采集装置22、控制单元19；压力舱体，包括压力缸1、活塞3，压力缸1的一端密封，密封端中间设置固定深海活动组件中A部分的固定座；可移动的活塞3由压力缸1的另一端插入并与压力缸1形成密封，活塞3中间设置安装深海活动组件中B部分的安装固定座，深海活动组件中B部分为待测深海活动组件中的活动部分；压力缸1的密封端设置开孔，开孔上连接密封法兰2，固定深海活动组件中A部分的固定座设置在密封法兰2的中间，深海活动组件中A部分为待测深海活动组件中的固定部分。压力缸采用标准油缸结构设计，可在现有的标准活塞液压缸上进行相应地改装，加工成本低，加工精度高。若有部件损坏，相应的部件也容易在市面上购买来进行更换，这就降低了维护成本。

待测深海活动组件的固定部分和活动部分之间的连接结构可以为插接式连接、旋转式连接或者曲柄摇杆等任何进行相对运动的结构，测试过程中活塞带动待测装置的活动部分向固定端待测装置的固定部分移动，直到待测装置的活动部分完全与待测装置的固定部分完成结合所需活动行程，随后视测试的需求保持状态或者循环往复运动。待测深海活动组件可以是电接头，或是液压接头。图2为电接头测试实施例示意图，图中15为电缆，5’为待测电力接头中的B部分。图3为液压接头测试实施例示意图，图中30为液压软管，5”为待测液压接头中的B部分。

本发明的一实施例中，如图4所示，压力缸1的侧壁开口安装第一卸荷阀25、第二卸荷阀27，排气口13安装在第一卸荷阀25上，进气口26安装在第二卸荷阀27上，压力缸1的底部开口安装排水口12。第一卸荷阀25设置在压力缸1的侧壁近压力缸1的底部处，第二卸荷阀27设置在压力缸1的侧壁近压力缸1的上部。卸荷阀的设置，可以在需要液体注满压力缸1时快速地将压力缸1内的气体排出，也可以在需要排空压力缸1内的液体时与排水口12配合快速地将压力缸1内的液体排出。压力缸1安装在支架23上。

保压装置，包括补液泵10、溢流阀11，补液泵10和溢流阀11分别通过管道连接液箱20和压力缸1；活塞3上升(向远离压力缸封闭端方向)时由补液泵10为压力舱体舱内补液并加压，活塞3下降(向接近压力缸封闭端方向)时在溢流阀11的控制下放出多余液体使压力舱体舱内压力保持在设定好的数值。如图1中所示，在活塞3向下运动时，为稳定压力舱1内压力，压力舱1内的液体会经溢流阀11由排水口排出多余液体，补液泵10在活塞3向上运动时会经由注液口9补充液体以保持舱内压力稳定。

本发明的一实施例中，如图4所示，压力缸1的左侧开口设置注液口9用于连接补液泵10，支路连接溢流阀11，以保证压力缸1内部的水压始终维持在一个模拟环境所需的压力数值；补液泵10与溢流阀11均连接至水箱20。本实施例中设定压力数值为15Mpa。

驱动机构，驱动活塞的运动。驱动机构可以采用多种方式，可以是机械式驱动，如电机驱动螺杆带动螺母结构，螺母套在螺杆上，螺母与活塞通过活塞推力支架连接，螺母固定在活塞推力支架上，螺杆带动螺母沿螺杆移动进而带动活塞移动；或是电机驱动螺母带动螺杆结构、齿轮齿条结构、偏心轮等等。也可以是液压式驱动，驱动机构包括一液压装置和调压阀，进行调节液压油缸内的压力值，实现活塞的往复运动。本实施例中，活塞移动行程为300mm。

驱动机构包括一液压装置和调压阀，液压装置包括液压油缸7、推力支架6、液压泵8，推力支架6安装在液压油缸7的活塞杆端，推力支架6的另一端安装在活塞3上，液压泵8通过管路连接至液压油缸7上。其中，如图1所示，液压油缸7为单杆双作用活塞式液压缸，管路上设有换向阀28。如图4所示，液压油缸7为单杆单作用活塞式液压缸，液压泵8与液压油缸7之间的管路上设有第一调压阀16和第二调压阀17。液压泵8、第一调压阀16和第二调压阀17均与油箱21连接。液压油缸7安装在液压油缸支撑座24上。

控制单元19，控制驱动机构和保压装置。本实施例中，控制单元19采用可编程逻辑控制器(PLC)，设定相应的控制压力数值即可。在一实施例中，如图1所示，控制单元19连接至液压泵8的控制端、补液泵10的控制端、换向阀28的控制端。在另一实施例中，如图4所示，控制单元19连接至液压泵8的控制端、补液泵10的控制端、第一调压阀16的控制端、第二调压阀17的控制端；限位装置18的信号线连接至控制单元19。

数据采集装置22，采集深海活动组件中A、B部分之间的连通断开数据。数据采集装置22采用现有的数据采集装置或检测单元即可，在此不再描述。

如图4至图6所示的实施例，其中压力缸1为一端封口的套筒结构，其密封端开孔设置密封法兰2，密封法兰2负责缸体固定一侧的密封。测试件的固定部分4(待测工件A)，在测试中固定在缸体的底部固定端上，与缸体没有相对位移。套筒另一端为可移动式活塞结构，活塞3的下部连接有测试件运动部分5(待测工件B)，其与活塞3视测试需要可以固定连接或者相对活塞3可以转动。本实施例，工件A和B的连接形式为插接式，测试过程中活塞带动工件B向固定端工件A移动，直到工件B完全与工件A插接。工装时，上下对应的活塞和密封法兰需要同时加工，以保证工件A、B安装后的同心度，以便更好的实现插拔过程。活塞3上设置密封圈14，密封圈14安装在活塞3与压力缸1缸壁接触的接触面上。

活塞的移动由外部液压缸提供动力，通过对液压缸的推力调整和相连的液压泵以及调压阀的工作使工件A、B在插拔过程中保持工装内部的水压在15Mpa的数值下动态平衡。活塞推力支架6和活塞相对固定，且可以有多个支架分步在活塞3周围保证活塞3受力均匀，活塞3的背部安装圆形的推力支架6，其主要作用是将液压油缸7的推力均匀分散到活塞3的各个方向避免应力集中对活塞3造成损伤或位移偏离中心，推力支架6的侧方留出电缆连接口，方便电缆安装及移动；活塞推力支架6与活塞3的连接处可以安放电缆、电动机等设备以驱动测试件运动部分5在压力舱内部进行相对活塞3的旋转、偏斜等运动。在活塞推力支架6上方有液压油缸7用以向活塞推力支架6提供推力，与液压油缸7相连的是一套液压装置，包括第一调压阀16、液压泵8、换向阀28等，液压油缸7为单杆双作用活塞式液压缸，如图1所示。如图4所示，液压油缸7为单杆单作用活塞式液压缸，液压泵8与液压油缸7之间的管路上设有第一调压阀16和第二调压阀17。

设置限位装置18，限位装置18的活动端安装在推力支架6上，限位装置18的固定端设在液压油缸7上；限位装置18的信号线连接至控制单元19。本实施例中，推力支架6的后方安装限位装置18，与液压油缸7上安装的触头相配合，起到控制液压油缸7工作的作用。限位装置18接收到的电信号通过导线传给可编程逻辑控制器(PLC)19，可编程逻辑控制器(PLC)19将接收到的信号分析后发送指令给液压泵8和第一调压阀16来控制液压油缸7内的压力，从而控制活塞3的移动。

整个过程套筒结构为密封状态，并且由液压泵10为套筒内部充水压并在溢流阀11的控制下保持在某个设定好的数值，活塞3带动工件B移动的推动力是由液压泵8控制的液压油缸7来提供，并配合两个调压阀16、17进行调节液压油缸7内的压力值，实现活塞3的往复运动。通过这一工作循环，就能完整的模拟出工件A、B在压力容器或深海工作时周围的工作环境，并进行适当的参数测量工作。

测试初始状态如图所示，液压泵10开启并持续工作，在溢流阀11的配合下一直保持压力缸1腔内压力为15Mpa，在可编程逻辑控制器(PLC)19的控制下液压泵8工作，在第一调压阀16的控制下使液压油缸7的压力达到限定数值持续工作，通过推力支架6将活塞3向下方推，当压力缸1腔内两活动连接件完全插接后触头刚好碰到限位装置18的上部，液压泵8和第一调压阀16停止工作，第二调压阀17开始工作，逐步将液压油缸7的压力递减到活塞3可以上行的状态持续下去，直到触头碰到限位装置18的下端后第二调压阀17停止工作；此为一个工作循环。可编程逻辑控制器(PLC)19可设置为手动和自动一体，即可实现连续插拔试验，也可在某个阶段保持不动。

本实施例的外形为圆柱形，尺寸为D＝330mm，L＝560mm，底部固定端设置开口与法兰连接并密封，要求开口最小直径d≥50mm，并配有若干个开口尺寸不同的密封法兰，密封法兰中间的开口是用于固定测试件A并其到密封作用，以满足不同型号测试件的测试。

本发明是为了在保证安全的前提下，满足工件插拔试验的各项要求；插拔后不进水不漏电，且电路(或气路、或液路)为通路，各项参数负符合标准。

本发明为针对深水下的活动连接件的密封、耐压、耐腐蚀以及电参数测试的保压设备，壳体采用标准油缸结构设计，加工成本低，加工精度高。测试样件可以与活塞同步或者相对活塞进行旋转、偏斜等运动，充分模拟各种样件的正常、非正常工作状况，可以对样件进行全方位的活动检测，同时内部需要空间小，避免了利用机械臂移动测试件所需的大体积，高成本投入，难于维护等缺点。舱体和活塞等部件采用标准设计，测试维护容易更换零部件。舱内压力控制稳定、容积可变且可以在承压上限下任意调节、操作简单、安全性高。工作原理上，采用活塞式液压缸，配合补液泵以及溢液阀，保证了工作过程中舱内容积变化时舱体内压力的稳定性，运动缓慢平稳、可控性高、便于数据的提取和分析。采用外部控制单元配合换向阀工作，提高了液压缸的压力控制精度。本发明通过对被试件在15MPa水压情况下工作以及插拔测试，试验数据验证了该技术方案的可行性。