CN107191593A - 冲击器缸体及装配方法和其密封性能测试装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种冲击器缸体，包括缸体本体，该缸体本体的外壁上设有开放式的第一侧流道与第二侧流道，第一侧流道的一端设有第一进水口，第二测流道的一端设有第二进水口。本发明还提供一种冲击器缸体的装配方法，用于将外筒套设到缸体本体的外侧，包括步骤：将外筒加热至预设温度，使外筒的内径与缸体本体的外径的差值为0.25mm至0.41mm；将缸体本体装入外筒内后，以保温方式对外筒进行冷却。本发明又提供一种冲击器缸体的密封性能测试装置及方法，用于检测本发明提供的冲击器缸体的密封性能。本发明提高了冲击器缸体的耐磨性、加工稳定性和冲击器的整体寿命，尤其适用于石油钻井技术领域。

Description

冲击器缸体及装配方法和其密封性能测试装置及方法
技术领域
本发明涉及地质探矿工程及石油钻井领域，尤其涉及一种冲击器缸体及装配方法以和其密封性能测试装置及方法。
背景技术
目前石油钻井用冲击器缸体中的侧流道密封主要采用的方式包括焊接侧板密封以及一体化铸造无焊缝密封。
如图1所示，焊接侧板密封是将同样材质的缸体侧板12焊接到缸体本体10，形成缸体侧流道11，最后经过磨削、抛光处理能使缸体本体10和缸体侧板12变成一体。采用该种方式加工的缸体为焊接缸体，因为缸体结构限制，焊接处易产生应力集中；焊接热影响区宽，容易造成缸体使用过程中的早期开裂。此外，焊接缸体在其应用过程中，处于井下高频冲击恶劣工况下，焊缝很容易开裂，造成缸体工作失效。
如图2所示，采用一体化铸造无焊缝密封方式生产的铸造缸体20与焊接缸体结构不同之处是取消了焊接侧板，通过铸造加工的方法形成缸体侧流道21，避免了焊接缸体焊缝开裂的问题；但铸造缸体本身的铸造工艺复杂，加工成本高，且在铸造时内壁厚度不能很好地控制，造成加工质量不稳定、成品率不高等问题，制约了其工业化推广应用。
发明内容
本发明的特征和优点在下文的描述中部分地陈述，或者可从该描述显而易见，或者可通过实践本发明而学习。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案如下：
根据本发明的一个方面，提供一种冲击器缸体，包括缸体本体，其特征在于：所述缸体本体的外壁上设有开放式的第一侧流道与第二侧流道，所述第一侧流道的一端设有第一进水口，所述第二测流道的一端设有第二进水口。
根据本发明的一个实施例，所述缸体本体的外壁呈柱形，所述第一侧流道与第二侧流道沿轴向对称设置在所述缸体本体的外壁上。
根据本发明的一个实施例，所述第一进水口与所述第二进水口分别靠近所述缸体本体的两端。
根据本发明的一个实施例，所述第一侧流道与第二侧流道上设有氮化膜，所述氮化膜的厚度为0.2mm至0.5mm。
根据本发明的一个实施例，还包括外筒，套设在所述缸体本体外侧，与所述缸体本体微紧配，所述缸体本体上的第一侧流道与第二侧流道分别与所述外筒的内壁围成第一侧腔通道与第二侧腔通道。
根据本发明的另一个方面，还提供一种冲击器缸体的密封性能测试装置，用于验证上述冲击器缸体的密封性能；所述密封性能测试装置包括：上堵头，通过上接头封堵住位于所述缸体本体的第一端的上端进水口；打压接头，一端与所述缸体本体的第二端配合，另一端通过高压胶管与泵连接。
根据本发明的再一个方面，提供一种冲击器缸体的密封性能测试方法，包括步骤：利用上接头将上堵头固定在缸体本体的上端，并封堵住所述缸体本体的上端进水口；利用中接头将打压接头的一端固定在所述缸体本体的下端，封堵住侧腔通道；将所述打压接头的另一端通过高压胶管与泵连接；打压到8MPa至12MPa，并保压10min至20min，观察有无泄漏。
根据本发明的又一个方面，提供一种冲击器缸体的装配方法，用于将外筒套设到缸体本体的外侧，包括步骤：将外筒加热至预设温度，使所述外筒的内径与缸体本体的外径的差值为0.25mm至0.41mm；将所述缸体本体装入所述外筒内后，以保温方式对所述外筒进行冷却。
根据本发明的一个实施例，所述预设温度通过加热膨胀试验确定，在进行加热膨胀试验时，先将电阻线缠绕在所述外筒上，再缠绕上保温带，对所述电阻线通电加热，记录加热温度及对应外缸内径膨胀量。
根据本发明的一个实施例，还包括步骤：对所述缸体本体上的侧流道进行渗氮处理。
通过阅读说明书，本领域普通技术人员将更好地了解这些技术方案的特征和内容。
附图说明
下面通过参考附图并结合实例具体地描述本发明，本发明的优点和实现方式将会更加明显，其中附图所示内容仅用于对本发明的解释说明，而不构成对本发明的任何意义上的限制，在附图中：
图1为现有技术中焊接缸体的结构示意图。
图2为现有技术中铸造缸体的结构示意图。
图3为本发明实施例的缸体本体结构示意图。
图4为图3所示的缸体本体的剖视图。
图5为图4所示的缸体本体沿A-A的剖面图。
图6为图4所示的缸体本体沿B-B的剖面图。
图7为图3所示的缸体本体的上端面俯视图。
图8为本发明实施例的缸体本体及外筒的装配结构示意图。
图9为本发明实施例的打压装置的结构示意图。
具体实施方式
如图3至图7所示，本发明提供一种冲击器缸体，包括缸体本体50，在缸体本体50的外壁上设有开放式的第一侧流道51，在第一侧流道51的一端设有第一进水口53；在缸体本体50的外壁上还设有与第一侧流道51对称的第二侧流道52，第二侧流道52也是开放式的，其一端设有第二进水口54。第二进水口54与第一进水口53分别靠近缸体本体的两端，例如，第一进水口53靠近缸体本体50的下端，第二进水口54则靠近缸体本体50的上端。
缸体本体50的外壁呈柱形，第一侧流道51与第二侧流道52沿该柱形轴向设置在缸体本体50的外壁上。在缸体本体50的上端还设有两个上端进水口55、56，分别与第一侧流道51、第二侧流道52连通。
本实施例中，第一侧流道51与第二侧流道52上设有氮化膜，该氮化膜的厚度为0.2mm至0.5mm，例如是0.3mm。缸体本体50选用高强度、高耐磨、高韧性合金钢制成，例如是40CrMnMo。
如图8所示，还包括外筒70，套设在缸体本体50的外侧，其内壁与缸体本体50微紧配，亦即外筒70与缸体本体50过盈配合，缸体本体50上的第一侧流道51与第二侧流道52分别与外筒的内壁围成第一侧腔通道71与第二侧腔通道72。
本发明还提供一种冲击器缸体的装配方法，用于将外筒套设到缸体本体的外侧，使外筒70缸体本体50微紧配，具体包括步骤：S1、将外筒加热至预设温度，使外筒的内径与缸体本体的外径的差值为0.25mm至0.41mm，例如是0.28mm至0.30mm；S2、将缸体本体装入外筒内后，以保温方式对外筒进行冷却，该保温方式例如是用保温棉缠绕其外壁。
其中，在步骤S1之前，可以先进行准备工作，包括清理干净外筒与缸体本体的配合表面，复检直径、凸台、圆角和导角等配合尺寸；对重要件要做好复检尺寸记录；做好热装位置的标记等。
在步骤S1中预设温度可以通过加热膨胀试验确定，在进行加热膨胀试验时，先将电阻线缠绕在外筒上，再缠绕上保温带，用金属丝例如铁丝扎牢保温带，在具体实施时，外筒可以垂直放置，最后对电阻线通电加热，记录加热温度及对应外缸内径膨胀量、外缸内径加热膨胀量变化、加热时间和温度变化情况；其中，外缸内径膨胀量可以采取内卡钳进行测量。本实施例中，热装试验测量数据记录如下表1所示。
表1热装试验测量数据记录表
一般地，零件的加热时间和零件的结构、壁厚材质和加热方法有关，一般可按零件的壁厚考虑，通过多次试验得出经验数值。本实施例中，预设温度为205℃至350℃，优选300℃至340℃，例如是338℃。
当外筒被加热至预设温度例如338℃时，测量外筒的内径尺寸，检查是否符合设定的装配尺寸即外筒的内径与缸体本体的外径的差值为0.25mm至0.41mm，优选0.28mm至0.30mm，若符合则进行装配，此时装配可以一步到位，一次装成。
在本实施例中，还包括步骤S4，对缸体本体上的侧流道进行渗氮处理，形成氮化膜。在具体实施时，可以对缸体本体的内壁及其第一侧腔通道与第二侧腔通道都进行渗氮处理，从而在第一侧腔通道与第二侧腔通道的内壁上均形成氮化膜，氮化膜的厚度为0.2mm至0.5mm，例如是0.3mm或0.4mm。
请参照图9，本发明还提供一种冲击器缸体的密封性能测试装置，用于验证上述冲击器缸体的密封性能；密封性能测试装置包括：上堵头62，通过上接头61封堵住位于缸体本体50的第一端的上端进水口；打压接头64，一端与缸体本体50的第二端配合，另一端通过高压胶管与泵连接。在具体实施时，上堵头62的端面与射流元件形状和尺寸相同，与射流元件不同的是，上堵头62的端面被磨平，且没有开设水口。还包括中接头63，中接头63与打压接头64配合，将打压接头64固定住，具体地，中接头63设有通孔，打压接头64的另一端从通孔内穿过，从而使打压接头64的两端分别位于中接头63的上下两端，将中接头63装入外筒70的下端。
本发明还提供一种冲击器缸体的密封性能测试方法，包括步骤：利用上接头61将上堵头62固定在缸体本体50的上端，并封堵住缸体本体50的上端进水口55、56；利用中接头63将打压接头64的一端固定在缸体本体50的下端，封堵住侧腔通道，本发明中侧腔通道包括第一侧腔通道71以及第二侧腔通道72；将打压接头64的另一端通过高压胶管与泵连接；将液氧或水输入到缸体本体50内，使缸体本体50承受的压强为8MPa至12MPa，亦即打压到8MPa至12MPa，即例如是10MPa，并保压10min至20min，例如是15min，观察缸体本体50内的液氧或水有无泄漏，若无泄漏则冲击器缸体的密封性能合格。
本发明提供了一种冲击器缸体及其装配方法，在缸体本体上采用对称的开放式流道设计，能更好地减小筒内压降；通过与外筒内壁的微紧配，保证了密封的可靠性；热装完成后对缸体本体内壁及侧腔流道采用渗氮处理，生成氮化膜，提高了冲击器缸体的耐磨及抗冲蚀性能；解决以往石油钻井冲击器焊接缸体开裂，铸造工体成本高、质量不稳定等问题。本发明还提供了适用于上述冲击器缸体的密封性能测试装置及测试方法，对缸体进行严格的质量检验。在完成热装配合后，采用对缸体打静压的方式，以检验缸体热装配合的可靠性，确保缸体密封性能。本发明提高了冲击器缸体的耐磨性、加工稳定性和冲击器的整体寿命，尤其适用于石油钻井领域，推动了用石油钻井用冲击器工业化推广应用。
以上参照附图说明了本发明的优选实施例，本领域技术人员不脱离本发明的范围和实质，可以有多种变型方案实现本发明。举例而言，作为一个实施例的部分示出或描述的特征可用于另一实施例以得到又一实施例。以上仅为本发明较佳可行的实施例而已，并非因此局限本发明的权利范围，凡运用本发明说明书及附图内容所作的等效变化，均包含于本发明的权利范围之内。

Claims (10)

1.一种冲击器缸体，包括缸体本体，其特征在于：所述缸体本体的外壁上设有开放式的第一侧流道与第二侧流道，所述第一侧流道的一端设有第一进水口，所述第二测流道的一端设有第二进水口。
2.根据权利要求1所述冲击器缸体，其特征在于，所述缸体本体的外壁呈柱形，所述第一侧流道与第二侧流道沿轴向对称设置在所述缸体本体的外壁上。
3.根据权利要求1所述冲击器缸体，其特征在于，所述第一进水口与所述第二进水口分别靠近所述缸体本体的两端。
4.根据权利要求1所述冲击器缸体，其特征在于，所述第一侧流道与第二侧流道上设有氮化膜；所述氮化膜的厚度为0.2mm至0.5mm。
5.根据权利要求1至4任一所述冲击器缸体，其特征在于，还包括外筒，套设在所述缸体本体外侧，与所述缸体本体微紧配，所述缸体本体上的第一侧流道与第二侧流道分别与所述外筒的内壁围成第一侧腔通道与第二侧腔通道。
6.一种冲击器缸体的密封性能测试装置，用于验证如权利要求5所述的冲击器缸体的密封性能；所述密封性能测试装置包括：
上堵头，通过上接头封堵住位于所述缸体本体的第一端的上端进水口；
打压接头，一端与所述缸体本体的第二端配合，另一端通过高压胶管与泵连接。
7.一种冲击器缸体的密封性能测试方法，用于验证如权利要求5所述的冲击器缸体的密封性能，包括步骤：利用上接头将上堵头固定在缸体本体的上端，并封堵住所述缸体本体的上端进水口；利用中接头将打压接头的一端固定在所述缸体本体的下端，封堵住侧腔通道；将所述打压接头的另一端通过高压胶管与泵连接；打压到8MPa至12MPa，并保压10min至20min，观察有无泄漏。
8.一种冲击器缸体的装配方法，用于将外筒套设到缸体本体的外侧，包括步骤：
将外筒加热至预设温度，使所述外筒的内径与缸体本体的外径的差值为0.25mm至0.41mm；
将所述缸体本体装入所述外筒内后，以保温方式对所述外筒进行冷却。
9.根据权利要求8所述冲击器缸体的装配方法，其特征在于，所述预设温度通过加热膨胀试验确定，在进行加热膨胀试验时，先将电阻线缠绕在所述外筒上，再缠绕上保温带，对所述电阻线通电加热，记录加热温度及对应外缸内径膨胀量。
10.根据权利要求8所述冲击器缸体的装配方法，其特征在于，还包括步骤：对所述缸体本体上的侧流道进行渗氮处理。
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