CN109520723A - 水下闸阀负载模拟装置及水下闸阀执行机构试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种水下闸阀负载模拟装置及水下闸阀执行机构试验方法。水下闸阀负载模拟装置包括：密封壳体，其具有耐压密封腔体和连接通孔；液压油缸装置，设置于耐压密封腔体内，且固定于密封壳体；液压油缸装置具有带双向液压锁的液压油缸，且液压油缸配置成在液压油的作用下进行前进和后退；位移传感器，设置于液压油缸；拉压力传感器，通过连接轴连接于液压油缸的活塞杆；和推拉轴，连接于拉压力传感器；水下闸阀执行机构的壳体连接于密封壳体，且推拉轴通过连接通孔连接于水下闸阀执行机构的运动闸板接口。可模拟闸阀运动过程中的负载，结构紧凑，体积小，能模拟各种规格的闸阀启闭特性，满足水下闸阀执行机构的试验要求。

Description

水下闸阀负载模拟装置及水下闸阀执行机构试验方法

技术领域

本发明涉及深海油气田开发装备领域，特别是涉及一种水下闸阀负载模拟装置及水下闸阀执行机构试验方法。

背景技术

随着陆上石油资源的迅速锐减，海洋油气开发已经成为世界各国的能源开发热点，作为水下采油设施基本组成部分之一的水下阀门需求量也将继续扩大，水下阀门执行机构作为水下阀门的重要驱动装置，跟随阀体安装于海底。随着我国渤海、南海等油气的开发开采和世界对深海能源的勘探，市场对水下阀门及执行机构的需求也在不断增加，对其技术要求也在不断提高。因此，开展高性能水下阀门执行机构设计、制造及相关测试技术研究，打破国外公司对水下阀门执行机构技术的垄断，不仅能够使我国深海开采业摆脱对国外产品的依赖，而且对加快海洋装备制造业结构调整和产业转型升级，抢占未来经济科技竞争的制高点，推动海洋资源开发和海洋经济发展，支撑我国建设海洋强国目标实现具有十分重要的意义。

水下阀门主要分为水下闸阀和水下球阀，其中水下闸阀执行机构是通过自身或外部驱动力作用产生推拉作用力驱动水下闸阀开启和关闭的装置。水下闸阀形式多样，且通径尺寸大小不一，耐水压等级也各不相同。故所对应的闸阀执行机构也受闸阀不同接口、性能和功能的影响而种类繁多，闸阀执行机构相应的试验过程也相对复杂，往往需要重复拆装闸阀执行机构和不同的闸阀来完成闸阀执行机构的各项性能试验，且大口径深水闸阀体积庞大，具有一定装配难度，并受到试验场地的条件限制。

发明内容

本发明旨在克服现有水下闸阀执行机构试验的至少一个缺陷，提供了一种水下闸阀负载模拟装置及水下闸阀执行机构试验方法，水下闸阀负载模拟装置可模拟闸阀运动过程中的负载，整体结构紧凑，体积小，能模拟各种规格的水下闸阀启闭特性，同时具备一定的水下耐压能力，可满足水下闸阀执行机构的试验要求。

为此，本发明提供了一种水下闸阀负载模拟装置，用于水下闸阀执行机构试验，其中，水下闸阀负载模拟装置包括：

密封壳体，其内为耐压密封腔体，且所述密封壳体上设置有连接通孔；

液压油缸装置，设置于所述耐压密封腔体内，且固定于所述密封壳体；所述液压油缸装置具有带双向液压锁的液压油缸，且所述液压油缸配置成在液压油的作用下进行前进和后退；

位移传感器，设置于所述液压油缸；

拉压力传感器，通过连接轴连接于所述液压油缸的活塞杆；和

推拉轴，连接于所述拉压力传感器；所述水下闸阀执行机构的壳体连接于所述密封壳体，且所述推拉轴通过连接通孔连接于所述水下闸阀执行机构的运动闸板接口。

可选地，所述液压油缸装置还包括连接于所述液压油缸的正向控制管路、反向控制管路和液压锁控制管路。

可选地。所述正向控制管路、所述反向控制管路和所述液压锁控制管路均为耐压软管。

可选地，通过锁紧螺母和调节螺母将所述拉压力传感器安装于所述连接轴。

可选地，所述密封壳体包括连接法兰、密封筒和密封盖；

所述连接法兰设置于所述密封筒的一端，且所述连接法兰上设置有所述连接通孔；所述密封盖设置于所述密封筒的另一端连。

可选地，所述连接法兰的底部通过螺栓安装于试验台架。

可选地，所述密封筒上设置有管线转接口，所述管线转接口连通所述液压油缸装置，以使所述液压油缸装置通过所述管线转接口转接到所述密封壳体外部。

可选地，所述连接法兰上设置有水密接口，所述拉压力传感器和所述位移传感器均通过穿过所述水密接口的线缆转接到所述密封壳体外部的控制器。

另一方面，本发明还提供了一种水下闸阀执行机构试验方法，利用上述任一种水下闸阀负载模拟装置；且所述水下闸阀执行机构试验方法包括：

将所述密封壳体安装于试验台架；

连接所述水下闸阀执行机构的运动闸板接口和所述推拉轴，以及连接所述水下闸阀执行机构的壳体和所述密封壳体。

可选地，所述水下闸阀执行机构试验方法还包括：

通过控制所述液压油缸装置的正反驱动压力，使所述液压油缸前进或后退，并根据所述位移传感器，使所述水下闸阀执行机构运动到预设位置行程，将所述液压油缸锁定；

给所述水下闸阀执行机构的运动闸板施加驱动力，使所述推拉轴具有前进或后退的趋势，且在所述驱动力稳定后，获取所述拉压力传感器输出的力值，且所述拉压力传感器输出的力值为所述水下闸阀执行机构在所述预设位置行程下的拉力或推力。

可选地，所述水下闸阀执行机构试验方法还包括：

设置所述推拉轴的移动位置与所述液压油缸装置的正反驱动压力间的关系曲线，所述关系曲线为水下闸阀的模拟开启曲线或所述水下闸阀的模拟关闭曲线，以模拟出所述水下闸阀开启或关闭全过程的运动负载特性；

按照所述关系曲线控制所述液压油缸装置的正反驱动压力，且给所述水下闸阀执行机构的运动闸板施加驱动力，带动所述推拉轴由所述水下闸阀的模拟开启位置移动到所述水下闸阀的模拟关闭位置，或由所述模拟关闭位置移动到所述模拟开启位置；

记录所述推拉轴由所述模拟开启位置移动到所述模拟关闭位置的时间，或由所述模拟关闭位置移动到所述模拟开启位置的时间；以及记录反应所述驱动力大小的数值。

本发明的水下闸阀负载模拟装置及水下闸阀执行机构试验方法，水下闸阀负载模拟装置为模拟水下闸阀负载变化规律的试验装置，可模拟闸阀运动过程中的负载，整体结构紧凑，体积小，能模拟各种规格的水下闸阀启闭特性，同时具备一定的水下耐压能力，可满足水下闸阀执行机构的试验要求。

进一步地，简化水下闸阀执行机构相应的试验过程，不需要重复拆装水下闸阀执行机构和不同的闸阀来完成水下闸阀执行机构的各项性能试验。针对大口径深水闸阀体积庞大的问题，也取消执行机构与闸阀之间的高难度装配问题。且水下闸阀执行机构试验不会受到试验场地的条件限制。

进一步地，本发明考虑到装置所需输出推力大，试验空间小等因素的制约，充分发挥液压功重比大的优势，采用双向液压锁+液压油缸+拉压力传感器的形式模拟负载(即水下闸阀负载模拟装置)，与水下闸阀执行机构的连接结构相对简单，基本满足所有试验条件要求。

进一步地，结构上采用连接法兰、运动闸板接口、水下闸阀执行机构的壳体和密封装置即可完成水下闸阀执行机构和水下闸阀负载模拟装置间的可靠连接。

进一步地，水下闸阀负载模拟装置输出推拉力与油压压力基本成线性关系，把难于控制的推拉力参数转变为易于实现的油压压力控制，从而准确控制负载的变化，通过拉压力传感器实时检测现场实际推拉压力值，通过位移传感器与双向液压锁的配合，实现任意移动位置的精确制动。

根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。

附图说明

后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：

图1是根据本发明一个实施例的水下闸阀负载模拟装置的示意性框图；

图2是根据本发明一个实施例的水下闸阀负载模拟装置的示意性结构图；

图3是图2所示水下闸阀负载模拟装置的示意性主视图。

具体实施方式

图1和图2分别是根据本发明一个实施例的水下闸阀负载模拟装置的示意性框图和示意性结构图。如图1和图2所示，并参考图3，本发明实施例提供了一种水下闸阀负载模拟装置100，水下闸阀负载模拟装置100用于水下闸阀执行机构200试验。具体地，该水下闸阀负载模拟装置100包括密封壳体20、液压油缸装置30、拉压力传感器40、推拉轴50和位移传感器60。

密封壳体20内为耐压密封腔体，以起到水下耐压密封作用，且密封壳体20上设置有连接通孔。液压油缸装置30设置于耐压密封腔体内，且固定于密封壳体20。液压油缸装置30具有带双向液压锁的液压油缸，且液压油缸配置成在液压油的作用下进行前进和后退。拉压力传感器40通过连接轴41连接于液压油缸的活塞杆。

推拉轴50连接于拉压力传感器40。水下闸阀执行机构200的运动闸板接口通过连接通孔连接于推拉轴50，以使液压油缸的动力传动到水下闸阀执行机构200。如推拉轴50可伸出连接通孔。水下闸阀执行机构200的壳体连接于密封壳体20。

位移传感器60设置于液压油缸，配置成检测液压油缸的活塞杆的实时位置与初始位置之间的距离，以确定活塞杆的位置，或者直接检测推拉轴50的位置，或者直接检测水下闸阀执行机构200的运动闸板接口的位置。拉压力传感器40用于检测传动推力和拉力。液压油缸装置30可连接液压试验台架300。液压油缸装置30的动力先通过拉压力传感器40，后再通过推拉轴50传递到外设备水下闸阀执行机构200。

在本发明的一些实施例中，密封壳体20包括连接法兰21、密封筒22和密封盖23。连接法兰21设置于密封筒22的一端，且连接法兰21上设置有连接通孔。液压油缸利用连接螺栓35安装于连接法兰21。密封盖23设置于密封筒22的另一端。密封筒22和密封盖23螺栓固接，同时固接到连接法兰21上，各安装面都设有密封圈。连接法兰21的底部通过螺栓71安装于试验台架，以用于水下闸阀负载模拟装置100整体的固定。连接法兰21的底部可设置有螺栓接口。连接法兰21通过螺栓72连接水下闸阀执行机构200的壳体，该壳体可为密封筒罩。

进一步地，连接法兰21上设置有水密接口，拉压力传感器40和位移传感器60均通过穿过水密接口的线缆转接到密封壳体20外部的控制器。拉压力传感器40通过锁紧螺母42和调节螺母43安装于连接轴41。锁紧螺母42和调节螺母43用于调节和固定拉压力传感器40的位置。

在本发明的一些实施例中，液压油缸装置30还包括连接于液压油缸的正向控制管路、反向控制管路和液压锁控制管路。正向控制管路、反向控制管路和液压锁控制管路均为耐压软管，方便布线。密封筒22上设置有管线转接口24，管线转接口24连通液压油缸装置30，以使液压油缸装置30通过管线转接口24转接到密封壳体20外部。

本发明实施例还提供了一种水下闸阀执行机构200试验方法。水下闸阀执行机构200试验方法利用上述任一实施例中的水下闸阀负载模拟装置100进行试验。也就是说，水下闸阀负载模拟装置100用于模拟水下闸阀的启闭特性，配合水下闸阀执行机构200完成相应的性能试验。且水下闸阀执行机构200试验方法包括：将密封壳体20安装于试验台架；连接水下闸阀执行机构200的运动闸板接口和推拉轴50，以及连接水下闸阀执行机构200的壳体和密封壳体20。推拉轴50上带有的拉压力传感器40和位移传感器60的供电及测量线路连接相应电源和控制器。

正向控制管路、反向控制管路和液压锁控制管路连接外部液压源。外部液压源给正向控制管路提供一工作压力P1，且给液压锁控制管路提供工作压力P2时，双向液压锁解锁，反向控制管路作为回油口，水下闸阀负载模拟装置100正向移动。外部液压源给反向控制管路提供一工作压力P3，且给液压锁控制管路提供工作压力P2时，双向液压锁解锁，正向控制管路作为回油口，水下闸阀负载模拟装置100反向移动。外部液压源不提供压力时，双向液压锁起制动作用，水下闸阀负载模拟装置100锁住静止。

在一些实施例中，本发明实施例中的水下闸阀负载模拟装置100具有如下基本功能：测量水下闸阀执行机构200各位置行程下的输出推力。通过水下闸阀负载模拟装置100正反向位移及位移传感器60控制，将水下闸阀执行机构200运动到指定开度(闸板开启位置)，再将水下闸阀负载模拟装置100锁定。可测量水下闸阀执行机构200在该开度下的正反输出推力，即水下闸阀执行机构200在该开度下的开启和关闭能力。

具体地，水下闸阀执行机构试验方法还包括：

通过控制液压油缸装置30的正反驱动压力，使液压油缸前进或后退，并根据位移传感器60，使水下闸阀执行机构200运动到预设位置行程，将液压油缸锁定。以测量水下闸阀执行机构200在预设位置行程下的正输出推力或反输出推力，即拉力或这推力。

给水下闸阀执行机构200的运动闸板施加驱动力，使推拉轴50具有前进或后退的趋势，且在驱动力稳定后，获取拉压力传感器40输出的力值，拉压力传感器40输出的力值为水下闸阀执行机构200在预设位置行程下的拉力或推力。水下闸阀执行机构200包括液压驱动装置，以通过液压驱动装置给水下闸阀执行机构200的运动闸板施加驱动力，可将该液压驱动装置的工作压力分为多档，以提供多个驱动力，并获取水下闸阀执行机构200在预设位置行程下的多个拉力或多个推力。

在本发明的一些实施例中，本发明实施例中的水下闸阀负载模拟装置100还具有如下基本功能：模拟闸阀开启/关闭负载。通过试验或查询计算可得到某一具体型号水下闸阀的开启/关闭负载曲线，通过控制正向控制管路、反向控制管路和液压锁控制管路压力，可准确模拟出该型号水下闸阀的运动特性，从而实现对应水下闸阀执行机构的性能试验。水下闸阀负载模拟装置100模拟闸阀开启/关闭负载时，双向液压锁处于解锁状态。

具体地，水下闸阀执行机构试验方法还包括：

设置推拉轴50的移动位置与液压油缸装置30的正反驱动压力间的关系曲线，关系曲线为水下闸阀的模拟开启曲线或水下闸阀的模拟关闭曲线，以模拟出水下闸阀开启或关闭全过程的运动负载特性。

按照关系曲线控制液压油缸装置30的正反驱动压力，且给水下闸阀执行机构200的运动闸板施加驱动力，带动推拉轴50由水下闸阀的模拟开启位置移动到水下闸阀的模拟关闭位置，或由模拟关闭位置移动到模拟开启位置；

记录推拉轴50由模拟开启位置移动到模拟关闭位置的时间，或由模拟关闭位置移动到模拟开启位置的时间；以及记录反应驱动力大小的数值。水下闸阀执行机构200包括液压驱动装置，以通过液压驱动装置给水下闸阀执行机构200的运动闸板施加驱动力，则反应所述驱动力大小的数值可为液压驱动装置的液压油压力。

至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。

Claims (10)

1.一种水下闸阀负载模拟装置，用于水下闸阀执行机构试验，其特征在于，包括：

密封壳体，其内为耐压密封腔体，且所述密封壳体上设置有连接通孔；

液压油缸装置，设置于所述耐压密封腔体内，且固定于所述密封壳体；所述液压油缸装置具有带双向液压锁的液压油缸，且所述液压油缸配置成在液压油的作用下进行前进和后退；

位移传感器，设置于所述液压油缸；

拉压力传感器，通过连接轴连接于所述液压油缸的活塞杆；和

推拉轴，连接于所述拉压力传感器；所述水下闸阀执行机构的壳体连接于所述密封壳体，且所述推拉轴通过连接通孔连接于所述水下闸阀执行机构的运动闸板接口。

2.根据权利要求1所述的水下闸阀负载模拟装置，其特征在于，

所述液压油缸装置还包括连接于所述液压油缸的正向控制管路、反向控制管路和液压锁控制管路。

3.根据权利要求1所述的水下闸阀负载模拟装置，其特征在于，

所述正向控制管路、所述反向控制管路和所述液压锁控制管路均为耐压软管。

4.根据权利要求1所述的水下闸阀负载模拟装置，其特征在于，

通过锁紧螺母和调节螺母将所述拉压力传感器安装于所述连接轴。

5.根据权利要求1所述的水下闸阀负载模拟装置，其特征在于，所述密封壳体包括连接法兰、密封筒和密封盖；

所述连接法兰设置于所述密封筒的一端，且所述连接法兰上设置有所述连接通孔；所述密封盖设置于所述密封筒的另一端连。

6.根据权利要求5所述的水下闸阀负载模拟装置，其特征在于，

所述连接法兰的底部通过螺栓安装于试验台架。

7.根据权利要求5所述的水下闸阀负载模拟装置，其特征在于，

所述密封筒上设置有管线转接口，所述管线转接口连通所述液压油缸装置，以使所述液压油缸装置通过所述管线转接口转接到所述密封壳体外部；

所述连接法兰上设置有水密接口，所述拉压力传感器和所述位移传感器均通过穿过所述水密接口的线缆转接到所述密封壳体外部的控制器。

8.一种水下闸阀执行机构试验方法，其特征在于，所述水下闸阀执行机构试验方法利用权利要求1至7中任一项所述的水下闸阀负载模拟装置；且所述水下闸阀执行机构试验方法包括：

将所述密封壳体安装于试验台架；

连接所述水下闸阀执行机构的运动闸板接口和所述推拉轴，以及连接所述水下闸阀执行机构的壳体和所述密封壳体。

9.根据权利要求8所述的水下闸阀执行机构试验方法，其特征在于，还包括：

通过控制所述液压油缸装置的正反驱动压力，使所述液压油缸前进或后退，并根据所述位移传感器，使所述水下闸阀执行机构运动到预设位置行程，将所述液压油缸锁定；

给所述水下闸阀执行机构的运动闸板施加驱动力，使所述推拉轴具有前进或后退的趋势，且在所述驱动力稳定后，获取所述拉压力传感器输出的力值，且所述拉压力传感器输出的力值为所述水下闸阀执行机构在所述预设位置行程下的拉力或推力。

10.根据权利要求8所述的水下闸阀执行机构试验方法，其特征在于，还包括：

设置所述推拉轴的移动位置与所述液压油缸装置的正反驱动压力间的关系曲线，所述关系曲线为水下闸阀的模拟开启曲线或所述水下闸阀的模拟关闭曲线，以模拟出所述水下闸阀开启或关闭全过程的运动负载特性；

按照所述关系曲线控制所述液压油缸装置的正反驱动压力，且给所述水下闸阀执行机构的运动闸板施加驱动力，带动所述推拉轴由所述水下闸阀的模拟开启位置移动到所述水下闸阀的模拟关闭位置，或由所述模拟关闭位置移动到所述模拟开启位置；

记录所述推拉轴由所述模拟开启位置移动到所述模拟关闭位置的时间，或由所述模拟关闭位置移动到所述模拟开启位置的时间；以及记录反应所述驱动力大小的数值。