CN114112207A - 用于水下连接密封结构密封性试验的载荷施加装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及水下法兰连接器密封性能测试技术领域，尤其是一种用于水下连接密封结构密封性试验的载荷施加装置。其包括底座，所述底座左右两侧分别设置导轨，底座上方设置夹板，夹板左右两端分别滑动连接在底座左右两侧的导轨中；所述夹板左右两侧分别设置若干个导向滑块，导向滑块上下滑动连接在导轨中，使得夹板能够顺畅稳定的沿着导轨上下滑动；所述底座和夹板之间设置两个液压缸。本发明不仅预留注水加压用管路通道和应变数据采集线路通道，使其可以进行高压介质载荷施加，还具有预紧载荷加载机构，使其可以加载不同的轴向预紧载荷，从而可同时完成预紧载荷和内压载荷共同作用下的变形与密封测试。

Description

用于水下连接密封结构密封性试验的载荷施加装置
技术领域
本发明涉及水下法兰连接器密封性能测试技术领域，尤其是一种用于水下连接密封结构密封性试验的载荷施加装置。
背景技术
水下法兰连接器是深水油气田开发的关键连接设备，其主要用途是将不同的水下生产系统设备连接起来，并保证连接部位的密封安全可靠。由于要承受内部高温高压油气介质的作用以及外界高压海水的作用，水下法兰连接器的密封性能对维系整个水下生产系统运行起到至关重要的作用。
如图1所示，水下法兰连接器的密封机构的核心零部件由公母轮毂法兰和金属密封圈组成，依靠预紧载荷夹紧公轮毂法兰和母轮毂法兰，使公母轮毂法兰同时挤压位于中间的金属密封圈，迫使密封圈发生变形从而在结构相互接触面上实现密封性能。因此，密封圈结构以及轮毂法兰结构的变形量将直接影响密封机构的密封性能。开展预紧载荷和内压载荷共同作用下的变形与密封测试，对于鉴定水下法兰连接器装置的密封性能、评判密封结构参数设计是否满足标准要求、检验产品是否满足出厂条件等都具有重要意义。
现有技术中，密封性能测试只关注水下法兰连接器在内压作用下的密封能力，通过向连接器内腔注水加压，并保持压力一定时间，根据压力降低数据来判定密封性能。此种测试方式未考虑预紧载荷的变化对密封的影响，也即未能测量出结构变形量的变化对密封性能的影响。
发明内容
本申请针对上述现有生产技术中的缺点，提供一种用于水下连接密封结构密封性试验的载荷施加装置，能够同时加载预紧载荷和内压载荷，以便测量多种载荷工况下的密封性能；也能够极大减少高压介质泄漏带来的安全风险，保证水下连接密封结构密封性试验的安全进行，并能顺利测量到结构变形数据。
本发明所采用的技术方案如下：
用于水下连接密封结构密封性试验的载荷施加装置，包括底座，所述底座左右两侧分别设置导轨，底座上方设置夹板，夹板左右两端分别滑动连接在底座左右两侧的导轨中；所述夹板左右两侧分别设置若干个导向滑块，导向滑块上下滑动连接在导轨中，使得夹板能够顺畅稳定的沿着导轨上下滑动；所述底座和夹板之间设置若干个液压缸，若干个液压缸的缸体分别铰接设置在底座上端面左右两侧的下支座，若干个液压缸的驱动端分别铰接设置在夹板下端面左右两侧的上支座；所述底座和夹板之间分上下设置上夹筒和下夹筒，下夹筒下端面接触底座上端面；所述上夹筒和下夹筒连接构成封隔腔体，封隔腔体能够密封容纳水下法兰连接器。
进一步的，底座上端面设置下定位凹槽，下夹筒下部嵌装在下定位凹槽中，夹板下端面设置上定位凹槽，上夹筒上部嵌装在上定位凹槽中。
进一步的，底座上端面中心位置设置凸出的下导向柱，下夹筒中心位置设置上下贯通的下导向孔，下导向柱定位伸入下导向孔中，下导向孔能够容纳母轮毂法兰下端的导向柱的伸入，实现母轮毂法兰的对中安装。
进一步的，夹板下端面中心设置凸出的上导向柱，上夹筒上端面中心位置设置上导向孔，上导向柱定位伸入上导向孔中。
进一步的，上夹筒下端面沿圆周方向设置定位环槽，下夹筒上端面沿圆周方向设置定位环板，定位环板定位伸入定位环槽中，实现上夹筒和下夹筒的准确对接。
进一步的，下夹筒内侧设置下载荷施加端面，下载荷施加端面和水下法兰连接器的母轮毂法兰的法兰端面密封接触，下载荷施加端面包括依次设置的三个接触端面，三个接触端面和水平面的夹角均不同构成三段式载荷施加面结构，所述上夹筒内侧设置上载荷施加端面，上载荷施加端面和水下法兰连接器的公轮毂法兰的法兰端面密封接触，上载荷施加端面包括依次设置的三个接触端面，三个接触端面和水平面的夹角均不同构成三段式载荷施加面结构。
进一步的，上夹筒侧面设置内外贯通的穿线孔，穿线孔内能够设置注水加压管路和变形测量线路，注水加压管路和变形测量线路一端连接在封隔腔体的水下法兰连接器上，另一端连接外部环境的测量工具。
进一步的，上夹筒上部设置多个螺栓孔，多个螺栓孔内分别设置紧固螺栓，紧固螺栓能够将上夹筒和公轮毂法兰连接为一体。
进一步的，夹板上端面中心位置设置吊耳，夹板和上夹筒之间设置多个载荷传感器，多个载荷传感器上下端分别接触夹板和上夹筒。
进一步的，导轨上部横向设置限位销，限位销位于夹板的移动路径上。
本发明的有益效果如下：
本发明不仅预留注水加压用管路通道和应变数据采集线路通道，使其可以进行高压介质载荷施加，还具有预紧载荷加载机构，使其可以加载不同的轴向预紧载荷，从而可同时完成预紧载荷和内压载荷共同作用下的变形与密封测试。本发明具有多重定位对正机构，保证水下法兰连接器密封机构的轴向对中精度；其具有“三段式”接触载荷施加面，能够适应不同尺寸参数的水下法兰连接器密封机构；其具有防高压水冲击封隔腔体，防止出现高压水泄漏造成的安全事故；其具有可拆卸的液压油缸和夹板，便于利用自重进行水下法兰连接器密封机构的对正组装；以上设计理念，使得本发明具有精准对中、多重载荷工况施加及对应的变形测量、方便拆卸、安全可靠等诸多优良特点，可以更加精准、安全、高效地进行水下连接密封结构高压密封性测试。
附图说明
图1为现有技术中的水下法兰连接器的密封机构结构图。
图2为本发明结构示意图。
图3为图2的俯视图。
图4为本发明上下夹筒结构图。
其中：100、载荷施加装置；101、底座；102、导轨；103、下夹筒；104、液压缸；105、上夹筒；106、夹板；107、下导向柱；108、下导向孔；109、下定位凹槽；110、定位环板；111、下载荷施加端面；112、定位环槽；113、上导向孔；114、穿线孔；115、螺栓孔；116、上导向柱；118、吊耳；119、载荷传感器；120、限位销；121、密封堵头；122、注水加压管路；123、变形测量线路；124、下支座；125、封隔腔体；126、紧固螺栓；127、上定位凹槽；128、导向滑块；129、上支座；130、上载荷施加端面；200、水下法兰连接器；201、公轮毂法兰；202、母轮毂法兰；203、密封圈；205、底导向柱。
具体实施方式
下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。
如图2所示的实施例中，用于水下连接密封结构密封性试验的载荷施加装置100主要包括底座101，底座101左右两侧分别设置导轨102。底座101上方设置夹板106，夹板106左右两端分别滑动连接在底座101左右两侧的导轨102中。
如图3所示的实施例中，夹板106左右两侧分别设置若干个导向滑块128，导向滑块128上下滑动连接在导轨102中，使得夹板106能够顺畅稳定的沿着导轨102上下滑动。
如图2所示的实施例中，底座101和夹板106之间设置若干个液压缸104，若干个液压缸104的缸体分别铰接设置在底座101上端面左右两侧的下支座124，若干个液压缸104的驱动端分别铰接设置在夹板106下端面左右两侧的上支座129。液压缸104缩回时，能够将夹板106下拉，以实现预紧载荷的施加。液压缸104伸出时，能够将夹板106顶起，实现卸载。
如图2所示的实施例中，底座101和夹板106之间分上下设置上夹筒105和下夹筒103，下夹筒103下端面接触底座101上端面。
为了限制上夹筒105和下夹筒103的移动，如图2所示的实施例中，底座101上端面设置下定位凹槽109，下夹筒103下部嵌装在下定位凹槽109中。夹板106下端面设置上定位凹槽127，上夹筒105上部嵌装在上定位凹槽127中。
为了保证下夹筒103和底座101对中设置，如图2所示的实施例中，底座101上端面中心位置设置凸出的下导向柱107，下夹筒103中心位置设置上下贯通的下导向孔108，下导向柱107定位伸入下导向孔108中。下导向孔108还能够够容纳母轮毂法兰202下端的底导向柱205的伸入，实现母轮毂法兰202的对中安装。
为了保证上夹筒105和夹板106对中设置，如图2所示的实施例中，夹板106下端面中心设置凸出的上导向柱116，上夹筒105上端面中心位置设置上导向孔113，上导向柱116定位伸入上导向孔113中。
为了保证上夹筒105和下夹筒103的准确对接，如图2所示的实施例中，上夹筒105下端面沿圆周方向设置定位环槽112，下夹筒103上端面沿圆周方向设置定位环板110，定位环板110定位伸入定位环槽112中，实现上夹筒105和下夹筒103的准确对接。
如图2所示的实施例中，上夹筒105和下夹筒103连接构成封隔腔体125，封隔腔体125能够密封容纳水下法兰连接器200，以防止高压试验泄漏事故造成的水射流冲击危害。
如图4所示的实施例中，下夹筒103内侧设置下载荷施加端面111，下载荷施加端面111和水下法兰连接器200的母轮毂法兰202的法兰端面密封接触，下载荷施加端面111包括依次设置的三个接触端面，三个接触端面和水平面的夹角均不同构成三段式载荷施加面结构，能够适用于不同角度规格的母轮毂法兰202的法兰端面密封。上夹筒105内侧设置上载荷施加端面130，上载荷施加端面130和水下法兰连接器200的公轮毂法兰201的法兰端面密封接触，上载荷施加端面130包括依次设置的三个接触端面，三个接触端面和水平面的夹角均不同构成三段式载荷施加面结构，能够适用于不同角度规格的公轮毂法兰201的法兰端面密封。
如图4所示的实施例中，上夹筒105侧面设置内外贯通的穿线孔114，穿线孔114内能够设置注水加压管路122和变形测量线路123，注水加压管路122和变形测量线路123一端连接在封隔腔体125的水下法兰连接器200上，另一端连接外部环境的测量工具。
如图4所示的实施例中，上夹筒105上部设置多个螺栓孔115，多个螺栓孔115内分别设置紧固螺栓126，紧固螺栓126能够将上夹筒105和公轮毂法兰201连接为一体，实现整体转移，并同时实现上夹筒105和公轮毂法兰201的对中，保证公轮毂法兰201和母轮毂法兰202精准对中。
如图2所示的实施例中，夹板106上端面中心位置设置吊耳118，吊耳118的设置能够方便拆卸和安装过程中的吊装。夹板106和上夹筒105之间设置多个载荷传感器119，多个载荷传感器119上下端分别接触夹板106和上夹筒105，能够精确测量出夹板106对上夹筒105施加的轴向载荷。
如图2所示的实施例中，导轨102上部横向设置限位销120，限位销120位于夹板106的移动路径上，能够防止夹板106在最上部的初始位置时因自重而自由下落，以便于液压缸104的拆卸和安装。
本发明在安装时，将母轮毂法兰202先安放进下夹筒103内，依靠下导向孔108与底导向柱205的对中配合，实现母轮毂法兰202与下夹筒103的轴线对中。将下夹筒103与母轮毂法兰202整体转运至底座101上，依靠下导向柱107与下导向孔108配合实现一级对中，下定位凹槽109可与下夹筒103的外壁实现二级对中，保证下夹筒103精准地安装在底座101上；再将金属密封圈203放置在母轮毂法兰202上。将注水加压管路122和内部变形测量线路123通过密封堵头121安装在注水孔204中，并将注水加压管路122和内部变形测量线路123穿出上夹筒105的穿线孔114。将上夹筒105与公轮毂法兰201通过紧固螺栓126连为一体，整体吊装转运至下夹筒103上部；依靠定位环板110与定位环槽112相配合，实现母轮毂法兰202与公轮毂法兰201的轴线对中，同时两者相互配合后形成封隔腔体125，可将高压密封机构与外界阻隔开来，以防止高压试验泄漏事故造成的水射流冲击危害。安装载荷传感器119，将夹板106起吊转运至导轨102上方，通过导向滑块128与导轨102的配合，实现夹板106的布放安装；夹板106下滑至初始位置，受到限位销120的阻挡停止下移；将液压缸104伸出，并连接在下支座124上。拆除紧固螺栓126，移除限位销120，液压缸104开始通入液压油，在油压的驱动下液压缸104回缩并带动夹板106下移，通过上导向柱116与上导向孔113相配合实现粗对中，通过上定位凹槽127与上夹筒105的外壁相配合完成精对中，完成上夹筒105与夹板106的轴线精准对中。即完成水下连接密封结构高压密封性试验的载荷施加装置的组装。继续驱动液压缸104回缩，通过夹板106下压上夹筒105，实现轴向预紧载荷的施加；通过注水加压管路122向密封机构内腔注水，并加压至试验压力，通过内部变形测量线路123测量预紧载荷和内压载荷共同作用下的结构形变实时变化数据。实验结束后，将水压降为0，液压缸104伸出，将夹板106顶起至初始状态，插入限位销120，依次拆卸液压缸104、夹板106、注水加压管路122、内部变形测量线路123、上夹筒105、公轮毂法兰201等，结束实验。
本发明不仅预留注水加压用管路通道和应变数据采集线路通道，使其可以进行高压介质载荷施加，还具有预紧载荷加载机构，使其可以加载不同的轴向预紧载荷，从而可同时完成预紧载荷和内压载荷共同作用下的变形与密封测试。本发明具有多重定位对正机构，保证水下法兰连接器密封机构的轴向对中精度；其具有“三段式”接触载荷施加面，能够适应不同尺寸参数的水下法兰连接器密封机构；其具有防高压水冲击封隔腔体，防止出现高压水泄漏造成的安全事故；其具有可拆卸的液压油缸和夹板，便于利用自重进行水下法兰连接器密封机构的对正组装；以上设计理念，使得本发明具有精准对中、多重载荷工况施加及对应的变形测量、方便拆卸、安全可靠等诸多优良特点，可以更加精准、安全、高效地进行水下连接密封结构高压密封性测试。
以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在本发明的保护范围之内，可以作任何形式的修改。

Claims (10)

1.一种用于水下连接密封结构密封性试验的载荷施加装置，包括底座(101)，其特征在于：所述底座(101)左右两侧分别设置导轨(102)，底座(101)上方设置夹板(106)，夹板(106)左右两端分别滑动连接在底座(101)左右两侧的导轨(102)中；所述夹板(106)左右两侧分别设置若干个导向滑块(128)，导向滑块(128)上下滑动连接在导轨(102)中，使得夹板(106)能够顺畅稳定的沿着导轨(102)上下滑动；所述底座(101)和夹板(106)之间设置若干个液压缸(104)，若干个液压缸(104)的缸体分别铰接设置在底座(101)上端面左右两侧的下支座(124)，若干个液压缸(104)的驱动端分别铰接设置在夹板(106)下端面左右两侧的上支座(129)；所述底座(101)和夹板(106)之间分上下设置上夹筒(105)和下夹筒(103)，下夹筒(103)下端面接触底座(101)上端面；所述上夹筒(105)和下夹筒(103)连接构成封隔腔体(125)，封隔腔体(125)能够密封容纳水下法兰连接器(200)。
2.如权利要求1所述的用于水下连接密封结构密封性试验的载荷施加装置，其特征在于：所述底座(101)上端面设置下定位凹槽(109)，下夹筒(103)下部嵌装在下定位凹槽(109)中，夹板(106)下端面设置上定位凹槽(127)，上夹筒(105)上部嵌装在上定位凹槽(127)中。
3.如权利要求2所述的用于水下连接密封结构密封性试验的载荷施加装置，其特征在于：所述底座(101)上端面中心位置设置凸出的下导向柱(107)，下夹筒(103)中心位置设置上下贯通的下导向孔(108)，下导向柱(107)定位伸入下导向孔(108)中，下导向孔(108)能够容纳母轮毂法兰(202)下端的导向柱的伸入，实现母轮毂法兰(202)的对中安装。
4.如权利要求3所述的用于水下连接密封结构密封性试验的载荷施加装置，其特征在于：所述夹板(106)下端面中心设置凸出的上导向柱(116)，上夹筒(105)上端面中心位置设置上导向孔(113)，上导向柱(116)定位伸入上导向孔(113)中。
5.如权利要求4所述的用于水下连接密封结构密封性试验的载荷施加装置，其特征在于：所述上夹筒(105)下端面沿圆周方向设置定位环槽(112)，下夹筒(103)上端面沿圆周方向设置定位环板(110)，定位环板(110)定位伸入定位环槽(112)中，实现上夹筒(105)和下夹筒(103)的准确对接。
6.如权利要求1所述的用于水下连接密封结构密封性试验的载荷施加装置，其特征在于：所述下夹筒(103)内侧设置下载荷施加端面(111)，下载荷施加端面(111)和水下法兰连接器(200)的母轮毂法兰(202)的法兰端面密封接触，下载荷施加端面(111)包括依次设置的三个接触端面，三个接触端面和水平面的夹角均不同构成三段式载荷施加面结构，所述上夹筒(105)内侧设置上载荷施加端面(130)，上载荷施加端面(130)和水下法兰连接器(200)的公轮毂法兰(201)的法兰端面密封接触，上载荷施加端面(130)包括依次设置的三个接触端面，三个接触端面和水平面的夹角均不同构成三段式载荷施加面结构。
7.如权利要求1所述的用于水下连接密封结构密封性试验的载荷施加装置，其特征在于：所述上夹筒(105)侧面设置内外贯通的穿线孔(114)，穿线孔(114)内能够设置注水加压管路(122)和变形测量线路(123)，注水加压管路(122)和变形测量线路(123)一端连接在封隔腔体(125)的水下法兰连接器(200)上，另一端连接外部环境的测量工具。
8.如权利要求1所述的用于水下连接密封结构密封性试验的载荷施加装置，其特征在于：所述上夹筒(105)上部设置多个螺栓孔(115)，多个螺栓孔(115)内分别设置紧固螺栓(126)，紧固螺栓(126)能够将上夹筒(105)和公轮毂法兰(201)连接为一体。
9.如权利要求1所述的用于水下连接密封结构密封性试验的载荷施加装置，其特征在于：所述夹板(106)上端面中心位置设置吊耳(118)，夹板(106)和上夹筒(105)之间设置多个载荷传感器(119)，多个载荷传感器(119)上下端分别接触夹板(106)和上夹筒(105)。
10.如权利要求1所述的用于水下连接密封结构密封性试验的载荷施加装置，其特征在于：所述导轨(102)上部横向设置限位销(120)，限位销(120)位于夹板(106)的移动路径上。
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