CN102353601B - 一种可施加拉力的冲蚀试验机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可施加拉力的冲蚀试验机，其具有：试验机壳体；喷射装置，与所述试验机壳体相连接，所述喷射装置具有喷嘴，所述喷嘴设置在所述试验机壳体内；拉伸装置，包括设置在所述试验机壳体侧壁上并延伸至其内部的试样固定装置，设置在所述试验机壳体外部与所述试样固定装置相连接的拉伸机构。本发明的冲蚀试验机能够在试验室中，通过向试样施加大约10吨拉力，来模拟在酸化压裂中，实际工况下的冲蚀液对高压应力下的高压管件的冲蚀磨损情况，对施工部件的失效机理提供可靠的试验支持，以减少生产中的安全隐患，提高施工进度。本发明不仅能够在试验中控制对试样施加的拉力大小，还能够适当调整试样的设置位置。本发明结构简单，易于调整。

Description

一种可施加拉力的冲蚀试验机

技术领域

本发明是关于一种冲蚀试验机，尤其是这样一种可施加拉力的试验机，该试验机可用于检测试样在高应力条件下的磨损性能，具体地说是能检测在承受高内应力条件下，金属材料试样受高速含沙流体冲刷腐蚀磨损现象的规律。

背景技术

在油气田增产作业时，通常采用酸化压裂技术，酸化压裂作业中用到的高压流体控制元件通常要承受住高达100MPa以上的压力，元件承受极大的内应力同时，还要承受高速流动的含沙酸液的冲蚀与腐蚀，因此，在工作过程中高压流体控制元件极易破坏，导致管内高压流体外泄，造成生产事故。

目前，由于很难对100MPa以上的高压作业工况进行真实模拟试验，因此，公知的冲蚀机没有考虑试样在受如此高的拉压应力条件下的冲蚀试验。公知技术中，在试验试样的冲蚀性能时，只是将试样置于冲蚀流体下冲蚀，而酸化压裂中的高压流体控制元件承受的是高达100MPa以上的压力，试样在承受极大的内应力的同时又受高速含沙酸液的冲蚀作用，其工况与受简单的冲蚀作用是完全不同的。由于公知的冲蚀机在做试样冲蚀试验时，试样仅受冲蚀，而不承受高压，因此，目前，公知技术对酸化压裂作业中的部件失效机理缺乏可靠的试验支持，导致无法深入研究，严重影响了施工进度，并造成了安全隐患。

有鉴于上述公知技术存在的缺陷，本发明人根据多年从事本领域和相关领域的生产设计经验，研制出本发明的可施加拉力的冲蚀试验机，以有效地模似高压管件的冲蚀磨损情况，得到可靠的试验数据。

发明内容

本发明目的在于提供一种冲蚀试验机，尤其是一种用于检测试样在高应力条件下的磨损性能的可施加拉力的冲蚀试验机。

为此，本发明提出的一种可施加拉力的冲蚀试验机具有：试验机壳体；喷射装置，与所述试验机壳体相连接，所述喷射装置具有喷嘴，所述喷嘴设置在所述试验机壳体内；拉伸装置，包括设置在所述试验机壳体侧壁上并延伸至其内部的试样固定装置，设置在所述试验机壳体外部与所述试样固定装置相连接的拉伸机构。

如上所述的可施加拉力的冲蚀试验机，其中，所述试验机壳体包括：两端开口的柱状桶体，所述桶体的一端设有一桶盖，另一端与一排放口相连接。

如上所述的可施加拉力的冲蚀试验机，其中，所述桶盖设置在所述桶体的上端，其上固定有用于观察的玻璃观察口；所述桶体的下部与一锥漏相连接，所述排放口设置在所述锥漏的底部。

如上所述的可施加拉力的冲蚀试验机，其中，所述喷射装置进一步包括喷嘴管，所述喷嘴管与所述试验机壳体相连接，并伸入其内，所述喷嘴与所述喷嘴管相连接。

如上所述的可施加拉力的冲蚀试验机，其中，所述试样固定装置为两个相对设置在所述试验机壳体上的拉杆，两个所述拉杆能沿所述试验机壳体的径向移动，且位于所述试验机壳体内的两个所述拉杆相对应的一端上分别设有试样固定机构；其中，一个所述拉杆的另一端与所述拉伸机构相连接；另一个所述拉杆的另一端延伸至所述试验机壳体的外部，其上设有一预紧固定螺母。

如上所述的可施加拉力的冲蚀试验机，其中，所述拉伸机构包括与所述试样固定装置相连接的施力机构，以及设置在所述施力机构和所述固定装置之间的拉力传感器。

如上所述的可施加拉力的冲蚀试验机，其中，所述施力机构为液压驱动机构或齿轮齿条机构。

如上所述的可施加拉力的冲蚀试验机，其中，所述试样固定装置为两个相对设置在所述试验机壳体上的拉杆，两个所述拉杆能沿所述试验机壳体的径向移动，且位于所述试验机壳体内的两个所述拉杆相对应的一端上分别设有试样固定机构；所述拉伸机构进一步包括：固定在所述试验机壳体外部的拉伸桶，所述拉力传感器设置在所述拉伸桶内，其中一个所述拉杆的另一端与所述拉力传感器相连接。

如上所述的可施加拉力的冲蚀试验机，其中，所述施力机构为液压驱动机构，其包括设置在所述拉伸桶外部的液压螺栓拉伸器，以及与所述液压螺栓拉伸器相连接的液压油泵；一拉伸螺栓的一端与所述拉力传感器相连接，另一端与所述液压螺栓拉伸器相连接；一拉伸螺母设置在位于所述拉伸桶外部的所述拉伸螺栓上。

如上所述的可施加拉力的冲蚀试验机，其中，所述拉伸装置贯穿所述试验机壳体的中心线设置，所述喷射装置设置在正交于所述拉伸装置的所述试验机壳体侧壁上。

本发明的特点和优点是：

本发明提出的可施加拉力的冲蚀试验机能够在试验室中，通过向试样施加大约10吨拉力，来模拟在酸化压裂中，实际工况下的冲蚀液对高压应力下的高压管件的冲蚀磨损情况，对施工部件的失效机理提供可靠的试验支持，以减少生产中的安全隐患，提高施工进度。

本发明的拉伸机构能够对固定在试样固定装置上的试样施加高达10吨的拉力，当施加10吨最大拉力时，足以使1000平方毫米截面积的试样产生100MPa的拉应力。本发明通过调节拉伸机构来控制调整拉力的大小，以测试当试样在承受100MPa的拉应力状态下，受到喷嘴喷射出的高速含沙酸液冲蚀时，试样(高压管件)的冲蚀磨损情况。

此外，本发明还可以通过调节凸伸出桶体外部的拉杆上旋合的预紧固定螺母，对试样位置进行细微调节，即调整试样的角度，适用于不同的冲蚀速度、压力，有效地模拟了高压管件在生产使用中的冲蚀磨损情况。

附图说明

以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中，

图1是本发明的可施加拉力的冲蚀试验机立体结构示意图；

图2是本发明的可施加拉力的冲蚀试验机的主视示意图；

图3是本发明的可施加拉力的冲蚀试验机沿图2中A-A线的剖视示意图；

图4是本发明的可施加拉力的冲蚀试验机沿图3中B-B线的剖视示意图；

图5是本发明的可施加拉力的冲蚀试验机的俯视示意图。

附图标号说明：

1、试验机壳体   11、桶体          12、桶盖              120、玻璃观察窗

13、锥漏        130、排放口       2、喷射装置           20、喷嘴

21、喷嘴管      3、拉伸装置       30、拉伸机构          301、液压螺栓拉伸器

302、拉力传感器 303、拉伸桶       304、305、拉伸螺栓    306、拉伸螺母

31、32、拉杆    312、预紧固定螺母 331、332、试样固定机构4、试样

具体实施方式

本发明提出的一种可施加拉力的冲蚀试验机，具有：试验机壳体；与所述试验机壳体相连接的喷射装置，所述喷射装置具有喷嘴，所述喷嘴设置在所述试验机壳体内；拉伸装置，包括设置在所述试验机壳体侧壁上并延伸至其内部的试样固定装置，设置在所述试验机壳体外部与所述试样固定装置相连接的拉伸机构。本发明的冲蚀试验机通过拉伸机构能够对固定在试样固定装置上的试样施加高达10吨的拉力，使试样在承受100MPa的拉应力状态下，受到喷嘴喷射出的高速含沙酸液冲蚀时，获得高压管件的冲蚀磨损情况。

由于100MPa压力是极高的压力，在酸化压裂中，这么高的压力作用可压裂石油钻井中的地层岩石。为了保证试验室作业的安全性，减少设备成本，并取得与实际压应力下的管件受冲蚀磨损情况，本发明采用对试样施加拉力作用，模拟实际工况下的流体静压力，然后再用高速流体对试样进行冲蚀，从而获得可靠的试验数据，以深入研究管件的失效机理，提高生产效率和安全性。

其中，所述喷射装置进一步包括喷嘴管，所述喷嘴管与所述试验机壳体相连接，并伸入其内，所述喷嘴与所述喷嘴管相连接。

进一步，所述试样固定装置为两个相对设置在所述试验机壳体上的拉杆，两个所述拉杆能沿所述试验机壳体的径向移动，且位于所述试验机壳体内的两个所述拉杆相对应的一端上分别设有试样固定机构；其中，一个所述拉杆的另一端与所述拉伸机构相连接。而另一个所述拉杆的另一端延伸至所述试验机壳体的外部，其上设有一预紧固定螺母。

另外，所述拉伸机构包括与所述试样固定装置相连接的施力机构，以及设置在所述施力机构和所述固定装置之间的拉力传感器。

具体是，所述试样固定装置为两个相对设置在所述试验机壳体上的拉杆，两个所述拉杆能沿径向移动，且位于所述试验机壳体内的两个所述拉杆相对应的一端上分别设有试样固定机构；所述拉伸机构进一步包括：固定在所述试验机壳体1外部的拉伸桶，所述拉力传感器设置在所述拉伸桶内，其中一个所述拉杆的另一端与所述拉力传感器相连接。

所述施力机构可以是液压驱动机构，也可以是齿轮齿条机构。其中，液压驱动机构包括设置在所述拉伸桶外部的液压螺栓拉伸器，以及与所述液压螺栓拉伸器相连接的液压油泵；一拉伸螺栓一端与所述拉力传感器相连接，另一端与所述液压螺栓拉伸器相连接；一拉伸螺母设置在位于所述拉伸桶外部的所述拉伸螺栓上。

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，以下结合附图及较佳实施例，对本发明的可施加拉力的冲蚀试验机的具体实施方式、结构、特征及功效，详细说明如后。另外，通过具体实施方式的说明，当可对本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效得以更加深入具体的了解，然而所附图仅是提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。

图1是本发明的可施加拉力的冲蚀试验机立体结构示意图；图2是本发明的可施加拉力的冲蚀试验机的主视示意图；图3是本发明的可施加拉力的冲蚀试验机沿图2中A-A线的剖视示意图；图4是本发明的可施加拉力的冲蚀试验机沿图3中B-B线的剖视示意图；图5是本发明的可施加拉力的冲蚀试验机的俯视示意图。

如图所示，本发明提出的可施加拉力的冲蚀试验机包括：试验机壳体1；喷射装置2，与所述试验机壳体1相连接，所述喷射装置2具有喷嘴20，所述喷嘴20设置在所述试验机壳体1内，能对试样4进行喷射冲蚀；拉伸装置3，包括设置在所述试验机壳体1侧壁上并延伸至其内部的试样固定装置，设置在所述试验机壳体1外部与所述试样固定装置相连接的拉伸机构30，通过该拉伸机构30向固定在试样固定装置上的试样4施加拉力，以检测在高拉应力作用下，试样4的冲蚀磨损情况。

在一个具体实施例中，所述试验机壳体1包括：两端开口的柱状桶体11，所述桶体11的一端设有一桶盖12，另一端与一排放口130相连接。

其中，桶盖12固定在所述桶体11的上端，桶盖中部固定有用于观察试验机内部工作情况的玻璃观察口120。在桶体11的下部固定连接一用于排放冲蚀液的锥漏13，所述排放口130设置在所述锥漏13的底部。

此外，所述喷射装置2进一步包括喷嘴管21，所述喷嘴管21与所述试验机壳体1固定连接，并伸入其内，所述喷嘴20固定在喷嘴管21的开口端。

在另一个可行的实施例中，所述试验机壳体1的外部设有一支架22，喷嘴管21设置在该支架22上，例如，该支架22的上部可以形成一套筒，所述喷嘴管21套置在该套筒内，通过紧定螺钉23将喷嘴管21固定在支架上。借助于紧定螺钉23，可以根据需要调节喷嘴管21伸入试验机桶体11内的长度，从而能够控制喷嘴20与试样4之间的距离。

在一个具体实施例中，所述试样固定装置为两个相对设置在所述试验机壳体1的桶体11上的拉杆31、32，两个所述拉杆31、32能沿所述试验机壳体的径向移动，且位于所述试验机壳体1内的两个所述拉杆31、32相对应的一端311、321上分别设有试样固定机构331、332；其中，一个所述拉杆32的另一端与所述拉伸机构30相连接。

另一个所述拉杆31的另一端延伸至所述试验机壳体1的外部，其上设有一预紧固定螺母312。

优选，所述拉伸机构30包括与所述试样固定装置相连接的施力机构，以及设置在所述施力机构和所述固定装置之间的拉力传感器302。

其中，所述拉伸机构30进一步包括：固定在所述试验机壳体1的桶体11外部的拉伸桶303，所述拉力传感器302设置在拉伸桶303内，其中一个拉杆32的另一端与拉力传感器302相连接。

所述施力机构为液压驱动机构，其包括设置在所述拉伸桶303外部的液压螺栓拉伸器301，以及与所述液压螺栓拉伸器301相连接的液压油泵(未图示)。

如图3所示，在一个具体实施例中，通过一个拉伸螺栓305将液压螺栓拉伸器301与拉力传感器302相连接，而拉杆32的另一端也可以通过另一个拉伸螺栓304与拉力传感器302相连接。位于所述拉伸桶外部的该拉伸螺栓305上旋合有一拉伸螺母306，当拉伸机构30对拉杆31、32施加的拉伸力达到规定的数值时，通过旋紧该拉伸螺母306，可以将拉伸螺栓305固定在规定的位置，从而使拉杆31、32可以对试样4保持规定的拉力。

本发明的附图中仅示出了以液压螺栓拉伸器作为施力机构的一种实施方式，但并不限于此，只要能对试样4施加高的轴向拉伸力的机构都属于发明的保护范围。例如，所述施力机构还可以采用公知的齿轮齿条机构，即在设置所述液压螺栓拉伸器301的位置安装齿轮机构，通过齿轮逐渐啮合上紧以达到施加拉力的作用。通过齿轮齿条间的相互啮合作用，根据公知的齿轮传动定理可知，齿轮一端一个较小的力可使齿轮另一端产生一个较大的力，从而对试样施加高轴向力。

进一步地，所述喷嘴20为陶瓷喷嘴。本发明的陶瓷喷嘴20是以公知方式设置喷嘴管21内，为内嵌式喷嘴，其具有更好的耐磨性。

所述拉伸装置3贯穿所述试验机壳体1桶体11的中心线设置，所述喷射装置2设置在正交于所述拉伸装置3的桶体11的侧壁上。

本发明提出的可施加拉力的冲蚀试验机，能检测试样在高应力条件下的磨损性能。在一个具体实施例中，所述试验机壳体1包括两端开口的圆环形的不锈钢桶体11、桶盖12、固定法兰14和锥漏13，所述的桶盖12中心安有一玻璃形成玻璃观察窗120，该桶盖12由螺钉固定在桶体11的上端面，所述的固定法兰14由螺栓连接在桶体11的下端面，所述的锥漏13由螺钉连接在固定法兰14的下部，在桶体11的前侧面，穿有一圆形孔，喷嘴管21穿过该圆形孔伸入到桶体11内，喷嘴管21由位于桶体11外部的支架22固定连接在所述的固定法兰14上，一陶瓷喷嘴20可以通过螺纹旋合在喷嘴管上。为了方便调节喷嘴20距试样4的距离，可以将喷嘴管21设置成相对于支架22能够移动，通过紧定螺钉23将喷嘴管21与支架22固定，从而可以根据需要调节喷嘴管21伸入试验机桶体11内的长度，以控制喷嘴20与试样4之间的距离。而在桶体11左右侧面，各穿有一通孔。拉伸装置3成一直线贯穿于桶体11左右侧面的通孔，而喷嘴管则位于面对拉伸装置3的桶体11的侧壁上，与拉伸装置3为正交设置。

拉伸装置3的拉伸桶303通过螺栓与桶体11的右侧相连接。拉伸装置结构包括第一拉杆31、第二拉杆32、第一拉伸螺栓304、拉力传感器302、第二拉伸螺栓305和液压螺栓拉伸器301。其中，第一拉杆31穿过上述桶体11左侧面的通孔，伸入桶体11内，与之相对应的第二拉杆32穿过桶体11右侧面的通孔，伸入桶体11内。试样4两端分别穿有两个小孔，由试样固定机构331、332，如四个销钉分别固定在第一拉杆31和第二拉杆32上，所述的第一拉杆31左端(位于桶体的外部)装有一预紧固定螺母312，借助于该预紧固定螺母312可紧固第一拉杆31，同时还可以对试样4的位置进行细微调节。而第二拉杆32的右端与第一拉伸螺栓304螺纹连接，所述的拉力传感器302安装在拉伸桶303内，拉力传感器302的一端与第一拉伸螺栓304螺纹连接，另一端与第二拉伸螺栓305螺纹连接。其中，液压螺栓拉伸器301与第二拉伸螺栓305连接，并位于拉伸桶303的右端面，当然该结构并不限于此，液压螺栓拉伸器301也可以直接与所述拉力传感器302相连接。

当需要调整试样4的设置角度时，可以通过旋转第一拉杆31来进行调整，在试验过程中也随时通过拉杆31来调整试样4的角度。

其中，销钉应具有较大直径和强度，能够承受10吨拉力的要求。固定在桶盖12中心的玻璃采用硬度较高的有机玻璃，以满足在试验过程中便于观察冲蚀情况和防止液体飞溅的要求。

本发明的试验机，其冲蚀速度、冲蚀液的压力、以及液压螺栓拉伸器的拉力可根据试验要求通过控制泵频率、转速，流量，来调节。

本发明的工作原理是：安装试样时，先取下桶盖12，将试样的两端通过固定机构331、332，与拉杆31、32固定连接，例如，试样4可以由四个销钉固定在拉杆31和拉杆32上。闭合桶体11上部的桶盖12，并通过调节凸伸出桶体11外部的拉杆31上旋合的预紧固定螺母312，对试样4位置进行细微调节，并紧固拉杆31。其中，喷嘴20的位置，通过旋松紧定螺钉23，将喷嘴20与试样4之间的距离调节到所需的尺寸，然后紧固紧定螺钉23。

试验机工作时，通过气动泵带动超高压液压油泵使液压螺栓拉伸器301沿着拉伸轴线对试样4施加拉力，拉力数值通过拉力传感器302实时显示。当施加到所需拉力值时，旋紧拉伸螺母306，使拉杆31、32对试样保持这一拉力。此外，在施加拉力的过程中，冲蚀液体通过喷嘴管21，由喷嘴20将高速、高压的含沙酸液向所述试样4喷射。冲蚀时，可通过所述桶盖12上设置的玻璃观察口120，随时观察试样的冲蚀磨损情况，并由数据采集系统实时采集试验过程中的各种数据，并对试样4在高应力状态下的耐冲蚀、磨损性能进行分析，以对试样在此工况下的失效机理进行深入的研究。本发明的冲蚀试验机能够在试验室中，通过向试样4施加大约10吨拉力，来模拟在酸化压裂中，实际工况下的冲蚀液对高压应力下的高压管件的冲蚀磨损情况，对施工部件的失效机理提供可靠的试验支持，以减少生产中的安全隐患，提高施工进度。

冲蚀液由设置在桶体11下部的锥漏13收集，通过排放口130进入供液装置，进行循环利用。

以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。而且需要说明的是，本发明的各组成部分并不仅限于上述整体应用，本发明的说明书中描述的各技术特征可以根据实际需要选择一项单独采用或选择多项组合起来使用，因此，本发明理所当然地涵盖了与本案发明点有关的其它组合及具体应用。

Claims (5)

1.一种可施加拉力的冲蚀试验机，其特征在于，所述试验机具有： 

试验机壳体； 

喷射装置，与所述试验机壳体相连接，所述喷射装置具有喷嘴，所述喷嘴设置在所述试验机壳体内； 

拉伸装置，包括设置在所述试验机壳体侧壁上并延伸至其内部的试样固定装置，设置在所述试验机壳体外部与所述试样固定装置相连接的拉伸机构； 

其中，所述拉伸机构包括与所述试样固定装置相连接的施力机构，以及设置在所述施力机构和所述试样固定装置之间的拉力传感器； 

所述试样固定装置为两个相对设置在所述试验机壳体上的拉杆，两个所述拉杆能沿所述试验机壳体的径向移动，且位于所述试验机壳体内的两个所述拉杆相对应的一端上分别设有试样固定机构；所述拉伸机构进一步包括：固定在所述试验机壳体外部的拉伸桶，所述拉力传感器设置在所述拉伸桶内，其中一个所述拉杆的另一端与所述拉力传感器相连接，另一个所述拉杆的另一端延伸至所述试验机壳体的外部，其上设有一预紧固定螺母； 

所述施力机构为液压驱动机构，其包括设置在所述拉伸桶外部的液压螺栓拉伸器，以及与所述液压螺栓拉伸器相连接的液压油泵；一拉伸螺栓的一端与所述拉力传感器相连接，另一端与所述液压螺栓拉伸器相连接；一拉伸螺母设置在位于所述拉伸桶外部的所述拉伸螺栓上。 

2.如权利要求1所述的可施加拉力的冲蚀试验机，其特征在于，所述试验机壳体包括：两端开口的柱状桶体，所述桶体的一端设有一桶盖，另一端与一排放口相连接。 

3.如权利要求2所述的可施加拉力的冲蚀试验机，其特征在于，所述桶盖设置在所述桶体的上端，其上固定有用于观察的玻璃观察口；所述桶体的下部与一锥漏相连接，所述排放口设置在所述锥漏的底部。 

4.如权利要求1所述的可施加拉力的冲蚀试验机，其特征在于，所述喷射装置进一步包括喷嘴管，所述喷嘴管与所述试验机壳体相连接，并伸入其内，所述喷嘴与所述喷嘴管相连接。 

5.如权利要求1至4任一项所述的可施加拉力的冲蚀试验机，其特征在于，所述拉伸装置贯穿所述试验机壳体的中心线设置，所述喷射装置设置在正交于所述拉伸装置的所述试验机壳体侧壁上。 

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