CN110220652A - 深海闸阀阀座密封可靠性动态模拟测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种深海闸阀阀座密封可靠性动态模拟测试装置，包括模拟阀体和密封安装在模拟阀体上端面的连接端盖，模拟阀体内密封安装有被试阀座，被试阀座上端面密封处设有可旋转的模拟闸板，被试阀座与模拟阀体、连接端盖之间围成第一密封腔，模拟闸板与连接端盖、被试阀座之间围成第二密封腔，被试阀座与模拟闸板、模拟阀体之间围成第三密封腔，连接端盖上设有连通第一密封腔的第三测试口、连通第二密封腔的第一测试口，模拟阀体底部开设有可向第三密封腔通入压力气体的通气口。本发明通过向被试阀座内腔加压模拟深海闸阀内部压力介质，连续动作模拟闸板，从而对深海阀门的密封性能进行动态模拟测试和验证，实现延长深海闸阀使用寿命的目的。

Description

深海闸阀阀座密封可靠性动态模拟测试装置

技术领域

本发明涉及领域，尤其是一种深海闸阀阀座密封可靠性动态模拟测试装置。

背景技术

随着我国石油勘探开发向海洋的战略转移，对海洋石油装备的需求进一步加大，造成对国外的技术和装备依赖性更大，所以无论是从国家能源安全方面还是从装备制造业未来发展方面考虑，研制适合我国油气勘探和开发的钻采装备都迫在眉睫。

水下阀门装置技术及设备长期被国外公司垄断，国内缺少此方面的投入和研究，近年来，我国的部分企业已经就海洋石油水下装备专项技术及产品展开了研究，取得了很大的进步。

对于陆地使用的阀门，在工程使用过程中都有维修周期，出现故障时可以进行拆解维修，故对阀门内件的可靠性、使用寿命只需能保证若干检维修周期即可，且工艺、介质、温度不同，维修周期要求也会不同。

而对深海环境下使用的阀门，除了要考虑阀门使用工艺、介质、温度及压力对阀门内件的影响，还需保证深海阀门装置在水下长周期寿命(至少15年以上)、免维护、高可靠性使用，因此需对设计的可靠性进行必要的真实工况模拟测试验证，其中包括阀座与闸板、阀座与阀体之间的密封性能验证测试，验证可靠后方可在阀门组件本体上进行实际工程应用。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：为了克服现有技术中之不足，本发明提供一种深海闸阀阀座密封可靠性动态模拟测试装置，通过向阀座内腔加压模拟深海阀门内部介质压力条件下，连续动作闸板，对深海阀闸的阀座与闸板、阀座与阀体之间的密封性能进行动态模拟测试和验证，实现深海闸阀长周期免维护、延长使用寿命的目的。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种深海闸阀阀座密封可靠性动态模拟测试装置，包括具有内腔的模拟阀体和密封安装在模拟阀体上端面的连接端盖，模拟阀体内密封安装有被试阀座，被试阀座上端面密封处设有可旋转的模拟闸板，所述的被试阀座与模拟阀体、连接端盖之间围成第一密封腔，模拟闸板与连接端盖、被试阀座之间围成第二密封腔，被试阀座与模拟闸板、模拟阀体之间围成第三密封腔，所述连接端盖上设有连通第一密封腔的第三测试口、连通第二密封腔的第一测试口，模拟阀体底部开设有可向第三密封腔通入压力气体的通气口。

具体说，所述的连接端盖上安装有支架，支架上固定有驱动装置，驱动装置输出轴通过连轴套与设在连接端盖内的传动轴传动连接，传动轴通过键与模拟闸板传动连接，支架底部开设有与第一测试口相通的第二测试口。

进一步地，所述的传动轴与连接端盖之间设有衬套并设置有密封件。

所述的模拟闸板上端外周与连接端盖的内孔之间设有推力轴承，模拟闸板上端面与连接端盖的内孔顶面之间、模拟闸板下端外周与连接端盖的内腔壁之间具有1～2mm间隙，以确保第二密封腔与第一测试口连通。

为提高被试阀座上端面与模拟闸板下端面之间密封性，所述的被试阀座上端面、模拟闸板下端面分别设置有相对应的用于密封的金属硬化层。

具体地，为提高测试装置的整体密封效果，所述的被试阀座下端面与模拟阀体内腔底面之间设有弹性预紧件，被试阀座下端面与模拟阀体内腔底面之间、模拟闸板上端面与连接端盖内底面之间以及连接端盖内侧面与模拟阀体内腔侧壁之间均设有密封件。

本发明的有益效果是：本发明通过向被试阀座内腔加压模拟深海阀门内部压力介质，连续动作模拟闸板，从而对深海阀门的密封性能进行动态模拟测试和验证，实现了深海闸阀长周期免维护、延长使用寿命的目的。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的结构示意图。

图2是图1中A处的放大结构示意图。

图中：1.模拟阀体，2.连接端盖，3.支架，4.驱动装置，5.连轴套，6.传动轴，7.衬套，8.被试阀座，9.弹性预紧件，10.模拟闸板，11.推力轴承，12.金属硬化层，13.第一密封腔，14.第二密封腔，15.第三密封腔，16.第三测试口，17.第一测试口，18.通气口，19.第二测试口

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

如图1、图2所示的一种深海闸阀阀座密封可靠性动态模拟测试装置，包括模拟阀体1和密封安装在模拟阀体1上端面的连接端盖2，模拟阀体1具有台阶状的圆孔内腔，连接端盖2具有内孔及台阶状的圆形凸台。模拟阀体1内腔的大孔内壁与连接端盖2凸台大端部通过密封件密封配合，并通过螺栓、螺母紧固在一起。

所述的连接端盖2上固定安装有支架3，支架3上固定有驱动装置4，所述驱动装置4为能正反双向旋转类型(如液压马达、旋转机构等)，驱动装置4输出轴通过连轴套5与伸入连接端盖2内孔内的传动轴6传动连接，所述的传动轴6与连接端盖2之间设有衬套7并设置有密封件。

位于模拟阀体1内密封安装有被试阀座8，被试阀座8上端具有T形法兰凸台，被试阀座8外周与模拟阀体1内腔的小孔内壁相配合，被试阀座8的T形法兰凸台上端面与连接端盖2端面之间设有密封件，所述的被试阀座8下端面与模拟阀体1内腔底面之间设有弹性预紧件9和密封件。

所述被试阀座8上端面与连接端盖2内孔顶面之间的空间内设有模拟闸板10，所述的模拟闸板10上端外周与连接端盖2的内孔之间设有推力轴承11，所述传动轴6通过键与模拟闸板10连接传动而实现模拟闸板10的旋转运动。所述的被试阀座8上端面、模拟闸板10下端面分别设置有相对应的用于密封的金属硬化层12，在模拟闸板10旋转时，金属硬化层12可以提高被试阀座8上端面与模拟闸板10下端面之间的耐磨性和密封性，延长使用寿命。

所述的被试阀座8与模拟阀体1、连接端盖2之间具有第一密封腔13，模拟闸板10与连接端盖2、被试阀座8之间具有第二密封腔14，被试阀座8与模拟闸板10、模拟阀体1之间具有第三密封腔15，所述连接端盖2上设有连通第一密封腔13的第三测试口16、连通第二密封腔14的第一测试口17，模拟阀体1底部开设有可向第三密封腔15通入压力气体的通气口18，支架3底部开设有与第一测试口17相通的第二测试口19。

特别地，模拟闸板10上端面与连接端盖2的内孔顶面之间、模拟闸板10下端外周与连接端盖2的内腔壁之间均具有1～2mm间隙，以确保第二密封腔14与第一测试口17之间的连通。

测试过程及方法简述如下：

a、将密封件和弹性预紧件9装入被试阀座8一端后，三者一起再按图示装入模拟阀体1内腔的小孔中，再将密封件装入被试阀座8上端密封槽中；

b、将模拟闸板10、推力轴承11、键、传动轴6按图示装配后与被试阀座8配合，模拟闸板10与被试阀座8接触配合面不应涂抹任何润滑剂；

c、将密封件、衬套7分别按图示装入连接端盖2后，再将传动轴6穿过连接端盖2中心的配合孔后与模拟阀体1内腔大孔按图形成配合，并用螺栓、螺母将两者紧固；

d、将支架3通过螺栓与连接端盖2连接，并确保支架3底部的第二测试口19与连接端盖2中的第一测试口17对正，确保与第二密封腔14相通；

e、将驱动装置4输出轴通过连轴套5、键与传动轴6连接，将驱动装置4通过螺栓、螺母紧固在支架3上；

f、在第一密封腔13、第二密封腔14和第三密封腔15均为大气压力状况下，向驱动装置4内循环通入压力油液，驱动模拟闸板10旋转运动若干次，期间模拟闸板10无明显卡滞、爬行现象；

g、完成f步骤后，通过通气口18向第三密封腔15内通入低压压缩空气，并保压至少5分钟，保压期间观察第一密封腔13、第二密封腔14、各密封件配合处是否有漏气，如有漏气应检查密封件、被试阀座8与模拟闸板10之间配合的金属硬化层12是否有损伤，并更换密封件或修复金属硬化层12后重新测试；如无漏气，则将第三密封腔15内压力泄放至大气压；

h、将完成g步骤的测试装置垂直放置到未注水的试验水池内，且应保证第二测试口19和第三测试口16垂直向上，各试验管路、远程监控连接检查完好后，重复g步骤，其中试验介质为氮气，且介质压力按阀门公称压力的1.1倍加载，保压时间至少1小时，其他操作不变；

i、向完成h步骤的试验水池内注入干净的清水，并完全浸没测试装置，远程监测系统对准第二测试口19和第三测试口16；向第三密封腔15内通入阀门公称压力1.03—1.05倍的高压氮气，并开始保压，同时通过驱动装置4带动模拟闸板10作往返开关旋转动作(顺时针关、逆时针开)，模拟闸板10动作期间应观察第二测试口19和第三测试口16是否有气泡冒出，记录第二测试口19单位时间内的气泡数或流量计测量单位时间内的泄漏体积，并观察保压压力的变化，确保整个试验结束时的试验压力不低于阀门公称压力；如气泡数小于阀门设计规范中阀座密封泄漏允许的的最大限制，则继续试验，直到完成要求的动作次数为止，结束试验；如气泡数超过阀门设计规范中阀座密封泄漏允许的最大限制，则被试阀座8与模拟闸板10之间的金属硬化层12密封失效，结束试验。

该装置可通过更换不同设计尺寸的被试阀座8、模拟闸板10、连接端盖2、模拟阀体1等实现不同尺寸系列化、规格化、标准化深海闸阀的阀座闸板系列测试，提高测试效率，降低测试成本、缩短产品开发研制周期；该测试装置可不依赖阀门本体，独立对深海闸阀的阀座和闸板进行模拟测试；该装置在通入高压气体时，压力加载应先加载到试验压力的一半，保压3分钟后，再以不高于试验压力的十分之一逐级加压到试验压力。

本发明可应用于水下1500米，额定压力5000PSI(34.5MPa)的深海闸阀的阀体、阀座、闸板部分结构尺寸、表面粗糙度、表面硬化加工工艺方法参数和配合密封性能的独立测试验证。经过试验测试，阀座与闸板、阀座与阀体之间的最大静气压密封试验压力可以达到额定压力的1.1倍，且无明显渗漏；在额定压力的高压气体试验压力条件下，闸板连续动作上千次以上时，阀座与闸板之间无明显泄漏，动作灵活；为阀座、闸板在阀门本体上长寿命、高可靠性地使用提供试验依据和保证。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (6)

1.一种深海闸阀阀座密封可靠性动态模拟测试装置，包括具有内腔的模拟阀体和密封安装在模拟阀体上端面的连接端盖，模拟阀体内密封安装有被试阀座，被试阀座上端面密封处设有可旋转的模拟闸板，其特征是：所述的被试阀座与模拟阀体、连接端盖之间围成第一密封腔，模拟闸板与连接端盖、被试阀座之间围成第二密封腔，被试阀座与模拟闸板、模拟阀体之间围成第三密封腔，所述连接端盖上设有连通第一密封腔的第三测试口、连通第二密封腔的第一测试口，模拟阀体底部开设有可向第三密封腔通入压力气体的通气口。

2.如权利要求1所述的深海闸阀阀座密封可靠性动态模拟测试装置，其特征是：所述的连接端盖上安装有支架，支架上固定有驱动装置，驱动装置输出轴通过连轴套与设在连接端盖内的传动轴传动连接，传动轴通过键与模拟闸板传动连接，支架底部开设有与第一测试口相通的第二测试口。

3.如权利要求2所述的深海闸阀阀座密封可靠性动态模拟测试装置，其特征是：所述的传动轴与连接端盖之间设有衬套并设置有密封件。

4.如权利要求2所述的深海闸阀阀座密封可靠性动态模拟测试装置，其特征是：所述的模拟闸板上端外周与连接端盖的内孔之间设有推力轴承，模拟闸板上端面与连接端盖的内孔顶面之间、模拟闸板下端外周与连接端盖的内腔壁之间具有1～2mm间隙。

5.如权利要求1所述的深海闸阀阀座密封可靠性动态模拟测试装置，其特征是：所述的被试阀座上端面、模拟闸板下端面分别设置有相对应的用于密封的金属硬化层。

6.如权利要求1所述的深海闸阀阀座密封可靠性动态模拟测试装置，其特征是：所述的被试阀座下端面与模拟阀体内腔底面之间设有弹性预紧件，被试阀座下端面与模拟阀体内腔底面之间、模拟闸板上端面与连接端盖内底面之间以及连接端盖内侧面与模拟阀体内腔侧壁之间均设有密封件。