CN104614159B - 一种石墨密封件摩擦力和密封压力的测试装置及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明为一种石墨密封件摩擦力和密封压力的测试装置，包括一个液缸中心管和一个摩擦中心管，两者的内部形成一管内空间，管内空间的两端封闭且通过管路与第一泵连接；摩擦中心管的外壁滑动套设有摩擦外管，摩擦外管与摩擦中心管之间设有容纳石墨密封件的容置空间，容置空间与管内空间之间设有连通流道；摩擦外管螺纹连接一上紧螺母；液缸中心管外部套设有一外管，外管的第一端和第二端分别螺纹密封连接有上连接体和下连接体，液缸中心管外壁上设有一环形凸起，环形凸起密封贴合在外管的内壁，将环形空间分为第一腔体和第二腔体；第一腔体通过管路与第二泵连接。本发明可得出上紧扭矩、粗糙度、密封压力、摩擦力几个参数之间的对应关系。

Description

一种石墨密封件摩擦力和密封压力的测试装置及测试方法

技术领域

本发明是关于一种石墨密封件性能的测试装置及测试方法，尤其涉及一种石墨密封件摩擦力和密封压力的测试装置及测试方法。

背景技术

在石化行业中使用的阀门，以及石油开采行业中使用的热采封隔器，都工作在高温高压的工作环境中。在这种高温高压的使用环境下，密封通常是比较难解决的问题，并且密封效果的好坏直接影响到工具的性能。而在高温高压的环境下，一般的O型密封圈不能正常工作，目前一般采用压紧石墨环的方式进行密封。目前使用的石墨环密封是通过对石墨环施加一定的扭矩，将石墨环压紧，然后使其密封，但是扭矩和石墨环密封压力的关系一直是凭借经验值进行施加。当扭矩过小时，达不到设计的密封压力，当扭矩过大时，会导致摩擦力过大，导致工具控制变得困难。因此，需要通过一定的装置及方法得到上紧扭矩、密封压力和摩擦力之间的关系，对于在高温高压环境下石墨环密封的设计具有指导性意义。

由此，本发明人凭借多年从事相关行业的经验与实践，提出一种石墨密封件摩擦力和密封压力的测试装置及测试方法，以克服现有技术的缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种石墨密封件摩擦力和密封压力的测试装置及测试方法，以得出上紧扭矩、粗糙度、密封压力、摩擦力几个参数之间的对应关系。

本发明的目的是这样实现的，一种石墨密封件摩擦力和密封压力的测试装置，所述测试装置包括一个液缸中心管和一个摩擦中心管，液缸中心管和摩擦中心管的外径相同，两者的内部空间相互连通且形成一管内空间，所述管内空间的两端封闭形成封闭的管内空间，封闭的管内空间通过管路与第一泵连接；紧贴摩擦中心管的外壁滑动套设有一摩擦外管，摩擦外管的第一端内壁与摩擦中心管外壁之间设有容纳石墨密封件的容置空间，所述容置空间与管内空间之间设有连通流道；摩擦外管的第一端外部螺纹连接一上紧螺母，所述上紧螺母具有开口端和封闭端，开口端螺纹连接在摩擦外管的第一端外部，封闭端设有供摩擦中心管穿过的通孔；液缸中心管外部套设有一外管，所述外管内壁与液缸中心管外壁之间具有环形空间，外管的第一端和第二端分别螺纹密封连接有上连接体和下连接体，上、下连接体与液缸中心管外壁滑动密封接触，从而将环形空间的两端封闭；摩擦外管的第二端与下连接体螺纹连接；所述液缸中心管外壁上设有一环形凸起，环形凸起位于环形空间内，且环形凸起密封贴合在外管的内壁，将环形空间分为相互隔离的靠近上连接体的第一腔体和靠近下连接体的第二腔体；所述第一腔体通过管路与第二泵连接。

在本发明的一较佳实施方式中，摩擦外管和摩擦中心管之间设有与容置空间相通的环形间隙，摩擦中心管的侧壁上设有将管内空间和环形间隙连通的透孔；所述环形间隙和透孔形成容置空间与管内空间之间的连通流道。

在本发明的一较佳实施方式中，容置空间为环形容置空间，石墨密封件套设在摩擦中心管外壁且位于环形容置空间内，石墨密封件在摩擦外管和摩擦中心管之间形成密封；摩擦中心管外壁套设有一垫块，所述垫块为环形套筒，垫块一端抵靠在上紧螺母封闭端内侧，垫块另一端抵靠在石墨密封件上。

在本发明的一较佳实施方式中，石墨密封件的前端和后端分别设有形状与石墨密封件相同的支撑环。

在本发明的一较佳实施方式中，外管的侧壁上设有与第一腔体连通的通过孔，通过孔上设有连接头，连接头通过管路与第二泵连接。

在本发明的一较佳实施方式中，管内空间的两端分别通过螺纹连接的堵头封闭；一端的堵头通过管路与第一泵连接。

在本发明的一较佳实施方式中，摩擦外管的内壁和所述摩擦中心管的外壁均具有一定等级的粗糙度。

本发明的目的还可以是这样实现的，一种使用上述测试装置的测试方法，包括如下步骤：

S1、将所述测试装置用管路与相应的泵连接好，将石墨密封件装入容置空间内；

S2、用扭矩扳手旋紧上紧螺母，压紧石墨密封件，初始扭矩为300N·m；

S3、用第一泵对液缸中心管打压，打压目标为15MPa；

S4、在满足石墨密封件密封15MPa压力的前提下，通过第二泵向液缸中心管打压，测试此扭矩下的摩擦力；

S5、更换石墨密封件长度，重复S2-S4的步骤，得出上紧扭矩、石墨密封件长度、密封压力、摩擦力几个参数之间的对应关系；

S6、更换石墨密封件接触的摩擦中心管的粗糙度，重复S2-S4的步骤，得出上紧扭矩、粗糙度、密封压力、摩擦力几个参数之间的对应关系。

本发明的一较佳实施方式，在步骤S3中，打压达到15MPa时，稳压3min，保持不泄压说明此时的扭矩能够密封15MPa的压力；当打压没有达到15MPa而出现下端泄压的情况，则停止打压，卸掉液缸中心管压力，以每次20N·m向上紧螺母递加上紧扭矩，重新打压直到满足密封15MPa为止，在此过程中记录每次实验的扭矩及其对应出现泄露的压力。

本发明的一较佳实施方式，在步骤S4中，当测试完一个上紧扭矩对应的摩擦力后，以每次10N·m对上紧螺栓递加上紧扭矩，再测试摩擦力，总计测试10组。

由上所述，本发明的测试装置和测试方法对上紧螺母施加扭矩压紧石墨密封件后，通过第一泵对液缸中心管打压，测试石墨密封件的密封压力。通过第二泵对液缸中心管打压，测试石墨环的摩擦力，得出上紧扭矩、粗糙度、密封压力、摩擦力几个参数之间的对应关系。该测试装置和测试方法容易实施、现象直观、结构简单、工作可靠、稳定性好、使用寿命长。

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：为本发明测试装置的结构示意图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。

如图1所示，本发明提供了一种石墨密封件摩擦力和密封压力的测试装置100，该测试装置设有一个液缸中心管1和一个摩擦中心管2，液缸中心管1和摩擦中心管2的外径相同，两者的内部空间相互连通且形成一个贯通的管内空间3，管内空间3的两端分别通过螺纹连接的堵头4封闭；一端的堵头4通过管路与第一泵5连接。紧贴摩擦中心管2的外壁滑动套设有一个摩擦外管6，摩擦外管6的第一端内壁与摩擦中心管2外壁之间设有容纳石墨密封件的容置空间7，容置空间7为环形容置空间，石墨密封件8为环形件，套设在摩擦中心管2外壁且位于环形容置空间7内，石墨密封件8在摩擦外管6和摩擦中心管2之间形成密封。摩擦外管6和摩擦中心管2之间设有与容置空间7相通的环形间隙9，摩擦中心管2的侧壁上设有将管内空间3和环形间隙9连通的透孔10；环形间隙9和透孔10形成容置空间7与管内空间3之间的连通流道；摩擦外管6的第二端与摩擦中心管2之间设有密封圈30。当第一泵5给液缸中心管1打压时，液压通过该连通流道传递到石墨密封件8上，来检测石墨密封件的密封性能。摩擦外管6的第一端外部螺纹连接有上紧螺母11，上紧螺母11具有开口端和封闭端，开口端螺纹连接在摩擦外管6的第一端外部，封闭端设有供摩擦中心管2穿过的通孔。摩擦中心管2外壁套设有一垫块12，垫块12为环形套筒，垫块12一端抵靠在上紧螺母11封闭端内侧，另一端抵靠在石墨密封件8上。垫块主要是为了将上紧螺母11的扭力传递给石墨密封件8。由于测试的石墨密封件可能有一个或多个，所以石墨密封件的前端和后端分别设有形状与石墨密封件相同的支撑环13。通过该支撑环13的数量来调节石墨密封件8与垫块12之间的距离，使垫块12的力能传递到石墨密封件8上。液缸中心管1外部套设有一外管14，外管14内壁与液缸中心管1外壁之间具有环形空间15，外管14的第一端和第二端分别螺纹密封连接有上连接体16和下连接体17，上、下连接体与液缸中心管1外壁滑动密封接触，从而将环形空间15的两端封闭；上、下连接体与液缸中心管1之间及上、下连接体与外管14之间均设有密封圈30。摩擦外管6的第二端与下连接体17螺纹连接；液缸中心管1外壁上设有一环形凸起101，环形凸起101位于环形空间15内，且环形凸起101密封贴合在外管14的内壁，将环形空间15分为相互隔离的靠近上连接体16的第一腔体151和靠近下连接体17的第二腔体152；外管14的侧壁上设有与第一腔体151连通的通过孔，通过孔上设有连接头18，连接头18通过管路与第二泵19连接。

本发明的实施方式中，摩擦外管6的内壁和摩擦中心管2的外壁均具有一定等级的粗糙度。可以更换不同粗糙度等级的摩擦外管和摩擦中心管来测试上紧扭矩、粗糙度、密封压力、摩擦力几个参数之间的对应关系。

本发明还提供了一种是用上述测试装置的测试方法，包括如下步骤：

S1、将测试装置用管路与相应的泵连接好，将石墨密封件8装入容置空间7内；

S2、用扭矩扳手旋紧上紧螺母11，压紧石墨密封件8，初始扭矩为300N·m；

S3、用第一泵5对液缸中心管1打压，如果能达到15MPa，稳压3min，保持不泄压说明此时的扭矩能够密封15MPa的压力；如果不能达到15MPa，出现下端泄压的情况，则停止打压，卸掉液缸中心管压力，以每次20N·m向上紧螺母递加上紧扭矩，重新打压直到满足密封15MPa为止，在此过程中记录每次实验的扭矩及其对应出现泄露的压力；

S4、在满足石墨密封件密封15MPa压力的前提下，通过第二泵19向液缸中心管1打压，测试此扭矩下的摩擦力，然后以每次10N·m对上紧螺栓递加上紧扭矩，测试摩擦力，总计测试10组；该测试方法能得到摩擦力的原理为：通过第二泵19对第一腔体151的打压，压力作用在液缸中心管的环形凸起101上，使液缸中心管1产生相对外管14的运动趋势，同时液缸中心管1一端顶靠在摩擦中心管2一端，使摩擦中心管2产生相对摩擦外管6运动的趋势，当该压力产生的推力大于石墨密封件8与摩擦中心管2之间的摩擦力时，液缸中心管会推动摩擦中心管2运动。液缸面积已知，压力表可以读出视数，由此，摩擦力＝液缸面积×压力表视数。

S5、更换石墨密封件长度，重复S2-S4的步骤，得出上紧扭矩、石墨密封件长度、密封压力、摩擦力几个参数之间的对应关系；

S6、更换石墨密封件接触的摩擦中心管的粗糙度，重复S2-S4的步骤，得出上紧扭矩、粗糙度、密封压力、摩擦力几个参数之间的对应关系。

由上所述，本发明的测试装置和测试方法对上紧螺母施加扭矩压紧石墨密封件后，通过第一泵对液缸中心管打压，测试石墨密封件的密封压力。通过第二泵对液缸中心管打压，测试石墨环的摩擦力，得出上紧扭矩、粗糙度、密封压力、摩擦力几个参数之间的对应关系。该测试装置和测试方法容易实施、现象直观、结构简单、工作可靠、稳定性好、使用寿命长。

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出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。

Claims (8)

1.一种石墨密封件摩擦力和密封压力的测试装置，其特征在于：所述测试装置包括一个液缸中心管和一个摩擦中心管，液缸中心管和摩擦中心管的外径相同，两者的内部空间相互连通且形成一管内空间，所述管内空间的两端封闭形成封闭的管内空间，封闭的管内空间通过管路与第一泵连接；紧贴摩擦中心管的外壁滑动套设有一摩擦外管，摩擦外管的第一端内壁与摩擦中心管外壁之间设有容纳石墨密封件的容置空间，所述容置空间与管内空间之间设有连通流道；所述石墨密封件在摩擦外管和摩擦中心管之间形成密封；摩擦外管的第一端外部螺纹连接一上紧螺母，所述上紧螺母的扭力传递给所述石墨密封件而将所述石墨密封件压紧；所述上紧螺母具有开口端和封闭端，开口端螺纹连接在摩擦外管的第一端外部，封闭端设有供摩擦中心管穿过的通孔；液缸中心管外部套设有一外管，所述外管内壁与液缸中心管外壁之间具有环形空间，外管的第一端和第二端分别螺纹密封连接有上连接体和下连接体，上连接体、下连接体与液缸中心管外壁滑动密封接触，从而将环形空间的两端封闭；摩擦外管的第二端与下连接体螺纹连接；所述液缸中心管外壁上设有一环形凸起，环形凸起位于环形空间内，且环形凸起密封贴合在外管的内壁，将环形空间分为相互隔离的靠近上连接体的第一腔体和靠近下连接体的第二腔体；所述第一腔体通过管路与第二泵连接。

2.如权利要求1所述的石墨密封件摩擦力和密封压力的测试装置，其特征在于：所述摩擦外管和摩擦中心管之间设有与容置空间相通的环形间隙，摩擦中心管的侧壁上设有将管内空间和环形间隙连通的透孔；所述环形间隙和透孔形成容置空间与管内空间之间的连通流道。

3.如权利要求2所述的石墨密封件摩擦力和密封压力的测试装置，其特征在于：所述容置空间为环形容置空间，石墨密封件套设在摩擦中心管外壁且位于环形容置空间内；摩擦中心管外壁套设有一垫块，所述垫块为环形套筒，垫块一端抵靠在上紧螺母封闭端内侧，垫块另一端抵靠在石墨密封件上。

4.如权利要求3所述的石墨密封件摩擦力和密封压力的测试装置，其特征在于：所述石墨密封件的前端和后端分别设有形状与石墨密封件相同的支撑环。

5.如权利要求4所述的石墨密封件摩擦力和密封压力的测试装置，其特征在于：所述外管的侧壁上设有与第一腔体连通的通过孔，通过孔上设有连接头，连接头通过管路与第二泵连接。

6.如权利要求5所述的石墨密封件摩擦力和密封压力的测试装置，其特征在于：所述管内空间的两端分别通过螺纹连接的堵头封闭；一端的堵头通过管路与第一泵连接。

7.如权利要求1至6中任一项所述的石墨密封件摩擦力和密封压力的测试装置，其特征在于：所述摩擦外管的内壁和所述摩擦中心管的外壁均具有一定等级的粗糙度。

8.一种使用权利要求1至7中任一项所述的测试装置的测试方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、将所述测试装置用管路与相应的泵连接好，将石墨密封件装入容置空间内；

S2、用扭矩扳手旋紧上紧螺母，压紧石墨密封件，初始扭矩为300N·m；

S3、用第一泵对液缸中心管打压，打压目标为15MPa；打压达到15MPa时，稳压3min，保持不泄压说明此时的扭矩能够密封15MPa的压力；当打压没有达到15MPa而出现下端泄压的情况，则停止打压，卸掉液缸中心管压力，以每次20N·m向上紧螺母递加上紧扭矩，重新打压直到满足密封15MPa为止，在此过程中记录每次实验的扭矩及其对应出现泄露的压力；

S4、在满足石墨密封件密封15MPa压力的前提下，通过第二泵向液缸中心管打压，测试此扭矩下的摩擦力；当测试完一个上紧扭矩对应的摩擦力后，以每次10N·m对上紧螺栓递加上紧扭矩，再测试摩擦力，总计测试10组；

S5、更换石墨密封件长度，重复S2-S4的步骤，得出上紧扭矩、石墨密封件长度、密封压力、摩擦力几个参数之间的对应关系；

S6、更换石墨密封件接触的摩擦中心管的粗糙度，重复S2-S4的步骤，得出上紧扭矩、粗糙度、密封压力、摩擦力几个参数之间的对应关系。