CN116379042B - 一种用于液压换向阀功能测试的环境模拟装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于液压换向阀功能测试的环境模拟装置，包括如下部件：顶盖，所述顶盖上设置有第一压力传感器和电接头，所述电接头与液压换向阀的压力传感器电连接；底座，所述底座的上端面设置有至少两个用于承载所述液压换向阀的第一转接板，下端面上设置有与液压站连接的第二转接板；筒体和支架，所述筒体的上端设置有第一焊接件，下端设置有第二焊接件，所述第一焊接件与所述顶盖紧固连接，所述第二焊接件与所述底座紧固连接，所述支架与所述底座紧固连接；油箱，所述油箱通过油泵向所述筒体内注入硅油；控制显示系统，所述第一压力传感器、所述电接头分别与所述控制显示系统。

Description

一种用于液压换向阀功能测试的环境模拟装置

技术领域

本发明涉及一种用于液压换向阀功能测试的环境模拟装置，属于深水油气开发技术领域。

背景技术

深水油气田开发需要水下电液复合控制系统。液压换向阀是电液复合控制系统的核心部件，工作于高压外压环境下执行换向功能，以控制液压执行机构动作，其性能直接决定水下设备能否安全运行。目前国内液压换向阀缺少配套的功能测试模拟装置，无法建立满足API17F标准要求的外压环境。

目前液压换向阀测试处于最后的测试阶段，需要设计环境模拟装置模拟水下环境，保持环境压力进行测试换向阀的密封性等，观察供油口处的压力表是否泄压。目前国内有可以模拟外压环境的高压舱，但是只能进行外压测试，验证液压换向阀耐外压性。现有高压舱缺少API17F要求的供电和供液压接口，所以在进行外压测试过程中不能同时开展切换功能测试。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供一种用于液压换向阀功能测试的环境模拟装置，该装置可以根据实际水下工作深度生成相应外压环境，提供液压阀切换的供电接口和液压接口，同时开展阀位切换和外压测试。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种用于液压换向阀功能测试的环境模拟装置，包括如下部件：

顶盖，所述顶盖上设置有第一压力传感器和电接头，所述第一压力传感器用于检测所述环境模拟装置内的压力，所述电接头与液压换向阀的压力传感器电连接；

底座，所述底座的上端面设置有至少两个用于承载所述液压换向阀的第一转接板，下端面上设置有与液压站连接的第二转接板，所述液压站用于向所述液压换向阀提供液压油；

筒体和支架，所述筒体的上端设置有第一焊接件，下端设置有第二焊接件，所述第一焊接件与所述顶盖紧固连接，所述第二焊接件与所述底座紧固连接，所述支架与所述底座紧固连接；

油箱，所述油箱通过油泵向所述筒体内注入硅油；

控制显示系统，所述第一压力传感器、所述电接头分别与所述控制显示系统，所述控制显示系统用于控制所述液压换向阀的内部压力、硅油的注入以及显示硅油中的气体含量。

所述的环境模拟装置，优选地，所述第一转接板上设置有与所述液压换向阀相适配的第一安装孔，所述第一安装孔未贯穿所述第一转接板。所述第一转接板上设置有与所述底座相适配的第二安装孔，所述第二安装孔未贯穿所述底座。

所述的环境模拟装置，优选地，所述顶盖上开设有气体排出口，所述气体排出口处设置有气体放空阀门和气体含量传感器，所述气体放空阀门和所述气体含量传感器分别与所述控制显示系统电连接。

所述的环境模拟装置，优选地，所述第一焊接件为所述筒体的上端边沿向外凸伸而成的圆环状结构，所述顶盖的边沿圆周方向上均匀分布若干螺孔，所述第一焊接件的圆环上设置有与所述顶盖的螺孔相适配的螺孔，二者通过螺栓紧固连接。

所述的环境模拟装置，优选地，所述第二焊接件为为所述筒体的下端边沿向外凸伸而成的圆环状结构，所述底座的边沿圆周方向上均匀分布若干螺孔，所述第二焊接件的圆环上设置有与所述底座的螺孔相适配的螺孔，二者通过螺栓紧固连接。

所述的环境模拟装置，优选地，所述第一转接板和所述第二转接板的粗糙度为0.8。

所述的环境模拟装置，优选地，所述第二转接板上设置有与所述液压站供油接头相适配的液压油孔，且所述液压油孔内放置有密封圈。

所述的环境模拟装置，优选地，所述第一安装孔和所述第二安装孔内设置有密封圈。

所述的环境模拟装置，优选地，所述油泵上设置有节流阀。

所述的环境模拟装置，优选地，所述液压站上设置有硅油取样口、保压阀和减压阀。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：

1、本发明所涉及的环境模拟装置在顶盖上开设排气孔、电接头孔、压力传感器孔等，有效地满足测试需求，保证了测试耐压安全性，提高了测试成功率。

2、本发明所涉及的环境模拟装置的底座内部两个转接板，组成换向阀的静密封件，当需要进行振动测试和冲击测试，可以将液压换向阀和第一转接板一起取下，再进行加压测试，避免液压阀静密封件的拆装，保持振动后的紧固状态，保证了测试结果的准确性，且测试过程更有效率。

3、本发明的环境模拟装置的底座供油口、底座外部转接板设计，能够保证环境模拟装置的外压环境生成功能，能够正常气体置换、升压、泄压，方便测试三个阶段的带外压测试和静压测试。

4、本发明可以根据实际水下工作深度生成相应外压环境(硅油在筒体内所形成的压力)，提供液压阀切换的供电接口和液压接口，同时开展阀位切换和外压测试。

附图说明

图1为本发明一实施例提供的环境模拟装置的立体图；

图2为本发明该实施例提供的环境模拟装置的局部视图；

图3为本发明该实施例提供的环境模拟装置的另外一个角度立体图；

图4a为本发明该实施例提供的环境模拟装置中顶盖的下端面示意图，图4b为顶盖的上端面示意图；

图5a为本发明该实施例提供的环境模拟装置中底座内部示意图，图5b为底座外部示意图；

图6a为与本发明该实施例提供的底座外部转接板下端面的示意图，图6b为底座外部转接板上端面的示意图；

图7a为本发明该实施例提供的底座内部转接板上端面的示意图，图7b为底座外部转接板下端面的示意图；

图中各标记如下：

1-顶盖；2-第一焊接件；3-筒体；4-第二焊接件；5-底座；6-支架；7-第一转接板；8-第二转接板；9-把手。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的“第一”、“第二”、“第三”、“第四”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。

在对本发明具体方案阐述之前，先对相关行业标准进行简述。

API：美国石油协会，全称“AmericanPetroleumInstitute”，是一个标准制定组织。API标准是根据API美国国家标准协会认可的流程进行开发，这可确保API标准因其严格的技术标准和第三方认证而获得认可。

API17F：全称“APISTANDARD17F2017.StandardforSubseaProductionControlSystems”，这一标准是用于指导设计、制造、测试、安装、运行水下控制系统产品。

耐外压两位三通液压换向阀：外压环境下通过三油路通断使主体阀有两种状态的结构。

主阀：液压换向阀中功能口与供油口或者回油口导通的结构。

控制先导阀：通过控制先导油通断使主阀处于控制状态的结构。

复位先导阀：通过控制先导油通断使主阀处于复位状态的结构。

先导油：进入主体阀与阀芯端面形成的腔体的液压油。

控制状态：阀芯切换至供油口与控制口导通，此时称主体阀(或换向阀)处于控制状态。

回油状态：阀芯切换至控制口与回油口导通，此时称主体阀(或换向阀)处于回油状态。

本发明针对现有技术中的高压舱，只能进行外压测试，验证液压换向阀耐外压性。现有高压舱缺少API17F要求的供电和供液压接口，所以在进行外压测试过程中不能同时开展切换功能测试的问题，而提出一种用于液压换向阀功能测试的环境模拟装置，该装置可以根据实际水下工作深度生成相应外压环境(硅油在筒体内所形成的压力)，提供液压阀切换的供电接口和液压接口，同时开展阀位切换和外压测试。

下面结合具体实施方式对本发明的技术方案进行详细阐明。

如图1、2所示，本发明所提供的用于液压换向阀功能测试的环境模拟装置，包括如下部件：顶盖1，所述顶盖1上设置有第一压力传感器和电接头，所述第一压力传感器用于检测所述环境模拟装置内的压力，所述电接头与液压换向阀的压力传感器电连接；底座5，所述底座5的上端面设置有至少两个用于承载所述液压换向阀的第一转接板7，下端面上设置有与液压站连接的第二转接板8，所述液压站用于向所述液压换向阀提供液压油；筒体3和支架6，所述筒体3的上端设置有第一焊接件2，下端设置有第二焊接件4，所述第一焊接件2与所述顶盖1紧固连接，所述第二焊接件4与所述底座5紧固连接，所述支架6与所述底座5紧固连接；油箱，所述油箱通过油泵向所述筒体3内注入硅油；控制显示系统，所述第一压力传感器、所述电接头分别与所述控制显示系统，所述控制显示系统用于控制所述液压换向阀的内部压力、硅油的注入以及显示硅油中的气体含量。本发明装置的筒体3壁厚按1.5倍的设计压力进行计算。

如图3所示，该环境模拟装置的顶盖1根据设备选型的尺寸结构开孔，保证能够排空气体，实时监测装置内气体含量；顶盖1上装有第一压力传感器，能够实时监测装置内的压力；顶盖1上还装有电接头，电接头与装置内部液压换向阀的压力传感器电连接，并为其提供电压；顶盖1上还设置有把手9、螺栓孔以及16个呈圆周均匀分布与筒体3的第一焊接件2相连接的M10螺栓孔，保证顶盖1固定在第一焊接件2上。顶盖1的厚度按1.5倍的设计压力进行壁厚计算。

如图4所示，该环境模拟装置的底座5根据液压站的供油接头开孔，该孔可根据液压站修改尺寸，保证液压油正常注入到液压换向阀；底座5内部根据与液压换向阀静密封的第一转接板7的尺寸设计开孔，保证液压换向阀与第一转接板7固定在底座5的上端面上；底座5的外部根据与液压站供油接头相连接的第二转接板8尺寸设计开孔，保证第二转接板8固定在底座5外部；底座5提供16个呈圆周均匀分布的与筒体3下端的第二焊接件4相连接的M10螺栓孔，保证底座5固定在第二焊接件4上。底座5的厚度按1.5倍的设计压力进行壁厚计算。

如图5所示，该环境模拟装置的第二转接板8根据液压换向阀的尺寸结构开孔，保证液压油的正常注入及排出；第二转接板8与底座5的下端通过五个M8螺栓相连接，且在第二转接板8的螺栓孔能够放置密封圈，保证密封性。该第二转接板8的厚度，根据橡胶圈厚度、供油接头尺寸、螺栓尺寸等进行计算来确定。

如图6所示，该环境模拟装置的第一转接板7根据液压换向阀的尺寸结构开孔，保证液压油的正常注入及排出；该第一转接板7与底座5的上端面通过四个M8螺栓相连接；该第一转接板7与液压换向阀通过四个M8螺栓相连接，且在螺栓孔能够放置密封圈，保证密封性。第一转接板7的厚度，根据橡胶圈厚度、螺栓尺寸等进行计算来确定。

如图1所示，该环境模拟装置在底座5上放置两个转接板，即两个液压换向阀的静密封件；根据标准要求，振动测试后需要进行密封性能测试，但是不能拆卸静密封件，所以通过第一转接板7直接固定在环境模拟装置底部的方式，进行加压测试，避免液压阀静密封件的拆装，保持振动后的状态；外部提供一个第二转接板8，用于换向阀切换功能测试的接口，可根据换向阀功能接口尺寸修改。

本发明可以提供外压环境生成功能，硅油从油箱通过油泵精确注入，根据液压换向阀工作时的环境压力，采用闭环负反馈控制方案注入硅油，通过操作油泵的转速，调节被控变量(筒体)内部压力，以此达到目标压力值且能够保压。

硅油注入过程包括三个阶段：第一阶段：气体置换，打开油泵，打开硅油注入阀，通过安装在顶盖1上的气体排出口的气体含量传感器实时检测硅油中空气的含量，待气体含量低于5％时，通过控制显示系统关闭气体放空阀门，且关闭底座5上的硅油注入阀，关闭泵。本发明测试过程中液压换向阀内压力为25-35MPa，硅油的压力为1-2MPa。

第二阶段：升压，在第一阶段基础上，油泵继续向环境模拟装置内部注入硅油，在环境模拟装置的顶部安装的第一压力传感器实时监测腔体内部压力，若压力不足时，操作油泵，油泵上的节流阀打开；若压力达到要求时，关闭硅油注入阀，自动停泵，形成闭环控制系统。

第三阶段：泄压，在电磁换向阀的功能测试结束后，准备泄压，以免环境模拟装置内部气压过小无法泄压，先打开气体放空阀门，保证气体的流入；关闭油泵，打开硅油注入阀，打开两位三通阀，保证硅油回流至油箱。

关于液压换向阀测试方案，共有三个测试阶段：

第一个阶段，通过根据液压换向阀设计的环境模拟装置，进行换向阀的功能测试。即模拟水下压力的环境，通过液压站供液压油至换向阀的两个先导阀，使换向阀阀内阀芯能够在期望范围内正常进行阀位切换，且能够在需要的时候保持阀位，这个过程通过控制显示系统实时观察液压换向阀内的压力变化。测试液压换向阀位切换过程中内部保证不漏油，即压力测试表不掉压。

第二个阶段，在功能性测试结束后，环境硅油压力泄压，换向阀与静密封件(第一转接板7)一同取出，送至振动台进行震动测试，根据API17F的震动要求测试结束后，再次将换向阀与密封件(第一转接板7)安装至环境模拟装置的底座5上。在无硅油压力的环境下，静压测试，测试密封性效果，是否漏油。

第三个阶段，在振动测试结束后，液压换向阀与密封件(第一转接板7)一同取出，送至冲击台进行冲击测试，根据相应的冲击要求测试结束后，再次将液压换向阀与密封件(第一转接板)安装至环境模拟装置的底座5上。在无硅油压力的环境下，静压测试，测试密封性效果，是否漏油。

本发明的环境模拟装置的底座上端面上布置两个第一转接板7即换向阀密封件，能够提供更准确的测试结果，底座外部的第二转接板上的接口，不仅能够根据实际液压站设计级材料尺寸要求修改，也能够方便以上三个阶段的测试，能够得到更加准确的测试结果。

本发明的液压站不仅有保压阀和减压阀，保证测试需求；还提供采样功能，能够随时提取硅油，进行清洁度状态的监测。

本发明独立加工顶盖的排气孔、电接头孔、压力传感器孔布局及开孔尺寸。独立加工底座内部的两个第一转接板7(粗糙度有要求，粗糙度为0.8)；底座的开孔用于保证第二转接板8与液压换向阀的连接，第二转接板8与底座5的连接；第二转接板8的开孔布局，保证液压站导油管的连接。本发明装置根据实际水下工作深度生成相应外压环境，提供液压阀切换的供电接口和液压接口，同时开展阀位切换和外压测试。

本发明的环境模拟装置提供第一转接板液压接口。根据API17F标准要求，振动测试后需要进行密封性能测试，但是不能拆卸静密封件，所以通过第一转接板7直接固定在环境模拟装置底座5上的方式，进行加压测试，避免液压阀静密封件的拆装，保持振动后的紧固状态。

本发明所涉及的环境模拟装置的底座内部两个转接板，组成换向阀的静密封件，当需要进行振动测试和冲击测试，可以将液压换向阀和第一转接板一起取下，再进行加压测试，避免液压阀静密封件的拆装，保持振动后的紧固状态，保证了测试结果的准确性，且测试过程更有效率。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种用于液压换向阀功能测试的环境模拟装置，其特征在于，包括如下部件：

顶盖（1），所述顶盖（1）上设置有第一压力传感器和电接头，所述第一压力传感器用于检测所述环境模拟装置内的压力，所述电接头与液压换向阀的压力传感器电连接；

底座（5），所述底座（5）的上端面设置有至少两个用于承载所述液压换向阀的第一转接板（7），下端面上设置有与液压站连接的第二转接板（8），所述液压站用于向所述液压换向阀提供液压油；

筒体（3）和支架（6），所述筒体（3）的上端设置有第一焊接件（2），下端设置有第二焊接件（4），所述第一焊接件（2）与所述顶盖（1）紧固连接，所述第二焊接件（4）与所述底座（5）紧固连接，所述支架（6）与所述底座（5）紧固连接；

油箱，所述油箱通过油泵向所述筒体（3）内注入硅油；

控制显示系统，所述第一压力传感器、所述电接头分别与所述控制显示系统连接，所述控制显示系统用于控制所述液压换向阀的内部压力、硅油的注入以及显示硅油中的气体含量。

2.根据权利要求1所述的环境模拟装置，其特征在于，所述第一转接板（7）上设置有与所述液压换向阀相适配的第一安装孔，所述第一安装孔未贯穿所述第一转接板（7），所述第一转接板（7）上设置有与所述底座（5）相适配的第二安装孔，所述第二安装孔未贯穿所述底座（5）。

3.根据权利要求1所述的环境模拟装置，其特征在于，所述顶盖（1）上开设有气体排出口，所述气体排出口处设置有气体放空阀门和气体含量传感器，所述气体放空阀门和所述气体含量传感器分别与所述控制显示系统电连接。

4.根据权利要求1所述的环境模拟装置，其特征在于，所述第一焊接件（2）为所述筒体（3）的上端边沿向外凸伸而成的圆环状结构，所述顶盖（1）的边沿圆周方向上均匀分布若干螺孔，所述第一焊接件（2）的圆环上设置有与所述顶盖（1）的螺孔相适配的螺孔，二者通过螺栓紧固连接。

5.根据权利要求1所述的环境模拟装置，其特征在于，所述第二焊接件（4）为所述筒体（3）的下端边沿向外凸伸而成的圆环状结构，所述底座（5）的边沿圆周方向上均匀分布若干螺孔，所述第二焊接件（4）的圆环上设置有与所述底座（5）的螺孔相适配的螺孔，二者通过螺栓紧固连接。

6.根据权利要求1所述的环境模拟装置，其特征在于，所述第一转接板（7）和所述第二转接板（8）的粗糙度为0.8。

7.根据权利要求1所述的环境模拟装置，其特征在于，所述第二转接板（8）上设置有与所述液压站供油接头相适配的液压油孔，且所述液压油孔内放置有密封圈。

8.根据权利要求2所述的环境模拟装置，其特征在于，所述第一安装孔和所述第二安装孔内设置有密封圈。

9.根据权利要求1所述的环境模拟装置，其特征在于，所述油泵上设置有节流阀。

10.根据权利要求1所述的环境模拟装置，其特征在于，所述液压站上设置有液压油取样口、保压阀和减压阀。