一種超高壓泵頭體自增強(qiáng)的自緊密封與應(yīng)力測(cè)試裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種超高壓泵頭體自增強(qiáng)的自緊密封與應(yīng)力測(cè)試裝置，屬超高壓容器的泵頭體自增強(qiáng)【技術(shù)領(lǐng)域】。它由超高壓泵頭體、水平密封錐桿、信號(hào)引出密封錐、水平密封調(diào)整桿、O型密封圈、信號(hào)引出桿、有機(jī)玻璃密封錐環(huán)、快插拔接頭、高強(qiáng)度漆包線、應(yīng)變片和接線過渡板構(gòu)成。該裝置的各密封面都采用錐面硬密封，當(dāng)泵頭體內(nèi)腔中的液壓力越高時(shí)密封面上的壓力越大，能夠確保超高壓下的密封可靠性；且各密封面在低壓或無壓狀態(tài)時(shí)的密封性可在組裝時(shí)由螺紋預(yù)緊力的大小來控制。具有安裝方便，接線方便快捷的特點(diǎn)。該裝置采用有機(jī)玻璃密封錐環(huán)、O型密封圈和導(dǎo)線引出桿組合使用，解決了從超高壓密封容器中引出導(dǎo)線，實(shí)時(shí)測(cè)試器壁應(yīng)力的難題。
【專利說明】一種超高壓泵頭體自增強(qiáng)的自緊密封與應(yīng)力測(cè)試裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種超高壓泵頭體自增強(qiáng)的自緊密封與應(yīng)力測(cè)試裝置，屬超高壓容器的泵頭體自增強(qiáng)【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]在石油與天然氣開采中，油氣井與油氣層之間的孔隙不發(fā)達(dá)或者被堵塞，會(huì)嚴(yán)重影響油氣井的產(chǎn)量。因此，有必要人為地改善油氣層的物理結(jié)構(gòu)，擴(kuò)大、延伸、疏通地層孔隙，降低油氣流動(dòng)阻力，提高地層滲透能力。實(shí)踐證明，壓裂工藝是實(shí)現(xiàn)此目的的最有效的措施之一。實(shí)施壓裂作業(yè)的最主要設(shè)備是壓裂泵，而壓裂泵的泵頭體是價(jià)格昂貴的易損件。泵頭體的內(nèi)腔結(jié)構(gòu)復(fù)雜，工作時(shí)承受IOOMPa以上超高壓脈動(dòng)循環(huán)的壓裂液作用，在交變應(yīng)力與腐蝕介質(zhì)的作用下，其內(nèi)腔的相貫線附近應(yīng)力集中現(xiàn)象明顯，容易萌生疲勞裂紋并迅速擴(kuò)展。
[0003]自增強(qiáng)處理是提高泵頭體疲勞強(qiáng)度的一種有效措施，其實(shí)質(zhì)是對(duì)服役前的泵頭體施加比工作壓力高得多的內(nèi)壓(400?500MPa)，使內(nèi)層材料在超高壓液體的作用下發(fā)生塑性變形，而外層材料仍處于彈性變形階段，在內(nèi)部高壓卸除后，外層材料壓縮內(nèi)層材料，使內(nèi)腔表面產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力。殘余壓應(yīng)力的存在可以部分抵消泵頭體內(nèi)腔中的介質(zhì)壓力影響，因此，泵頭體整體應(yīng)力分布更加均勻，特別是能改善泵頭體中相貫線處的應(yīng)力集中狀況，從而使得構(gòu)件的疲勞強(qiáng)度得以大幅度提高。
[0004]采用液壓油加壓是目前最適合泵頭體自增強(qiáng)的加壓方式，即把泵頭體內(nèi)部十字交叉孔的四個(gè)方向堵塞密封后，向其內(nèi)部注入高壓液體。一方面，由于泵頭體實(shí)施自增強(qiáng)的工藝步驟處于內(nèi)腔已基本成型之后，使得密封方式、承壓區(qū)域和變形區(qū)域受限，很難做到既方便、安全、可靠地實(shí)現(xiàn)密封和加壓，又能使泵頭體受到的變形影響最??；另一方面，在泵頭體自增強(qiáng)加壓過程中，腔體內(nèi)表面相貫線區(qū)域的應(yīng)力變化和殘余應(yīng)力值是重要數(shù)據(jù)，準(zhǔn)確測(cè)量超高壓腔體內(nèi)表面的應(yīng)力值并傳輸?shù)奖妙^體外，難度很大。以上兩方面的技術(shù)難題限制了自增強(qiáng)技術(shù)在泵頭體上的應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于，針對(duì)超高壓泵頭體自增強(qiáng)技術(shù)的密封和測(cè)試難題，提供一種整個(gè)裝置的各密封面都采用錐面硬密封，當(dāng)泵頭體內(nèi)腔中的液壓力越高時(shí)密封面上的壓力越大，能夠確保超高壓下的密封可靠性。且具有安裝方便、初始預(yù)緊力可控、接線方便快捷等特點(diǎn)的超高壓泵頭體自增強(qiáng)的自緊密封與應(yīng)力測(cè)試裝置。
[0006]本發(fā)明是通過如下的技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)上述目的的:
該超高壓泵頭體自增強(qiáng)的自緊密封與應(yīng)力測(cè)試裝置由超高壓泵頭體、水平密封錐桿、信號(hào)引出密封錐、水平密封調(diào)整桿、O型密封圈、信號(hào)引出桿、有機(jī)玻璃密封錐環(huán)、快插拔接頭、高強(qiáng)度漆包線、應(yīng)變片和接線過渡板構(gòu)成，其特征在于:
超高壓泵頭體內(nèi)制作有水平和垂直相交的十字形通孔，水平通孔的左端為柱塞腔，右端為堵頭腔，左端柱塞腔內(nèi)安裝有水平密封錐桿，右端堵頭腔內(nèi)安裝有水平密封調(diào)整桿，水平密封錐桿和水平密封調(diào)整桿通過螺紋連接，水平密封調(diào)整桿的右端由里向外依次裝有密封平墊片、外錐面密封環(huán)、內(nèi)錐面密封環(huán)、環(huán)孔軸向擋圈組合和外錐面螺母，環(huán)孔軸向擋圈組合由兩片環(huán)孔軸向C形擋片和兩片環(huán)孔軸向D形擋片組成，水平密封調(diào)整桿的右端通過外錐面密封環(huán)和內(nèi)錐面密封環(huán)徑向支撐在超高壓泵頭體上；
垂直通孔的上端為排出腔，下端為吸入腔，排出腔和吸入腔內(nèi)分別裝有信號(hào)引出密封錐，信號(hào)引出密封錐通過預(yù)緊帶孔盤和預(yù)緊拉力螺栓固定在超高壓泵頭體上；信號(hào)引出密封錐上通過六角薄螺母和尼龍墊片固裝有信號(hào)引出桿，信號(hào)引出桿上套裝有O型密封圈和有機(jī)玻璃密封錐環(huán)，信號(hào)引出桿的頂部和底部插接有快插拔接頭，底部的快插拔接頭上安裝有高強(qiáng)度漆包線；高強(qiáng)度漆包線的另一端連接有應(yīng)變片和接線過渡板，應(yīng)變片和接線過渡板粘貼在超高壓泵頭體內(nèi)腔的十字形通孔的相貫線處，其上覆蓋有松香與凡士林混合劑的防護(hù)層。
[0007]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果在于:
1、本發(fā)明由于各密封面都為錐面硬密封，泵頭體內(nèi)腔中的液壓力越高密封面上的壓力越大，能夠確保超高壓下的密封可靠性。且各密封面在低壓或無壓狀態(tài)時(shí)的密封性，可在組裝時(shí)由螺紋預(yù)緊力的大小來控制。
[0008]2、通過錐面密封可以將液壓力分解成軸向和徑向兩個(gè)分力，減小泵頭體密封面附近的局部應(yīng)力，可有效保護(hù)泵頭體的材料和內(nèi)徑圓柱度。
[0009]3、采用環(huán)孔軸向擋圈組合與外錐面螺母配合使用，實(shí)現(xiàn)了軸向定位，擋圈可加厚、加寬，使其具有足夠的強(qiáng)度；而且環(huán)孔軸向擋圈組合安裝所需要的環(huán)形空間小，安裝方便。
[0010]4、通過采用有機(jī)玻璃密封錐環(huán)、O型密封圈和導(dǎo)線引出桿組合使用，解決了從超高壓密封容器中引出導(dǎo)線，實(shí)時(shí)測(cè)試器壁應(yīng)力的難題，對(duì)泵頭體自增強(qiáng)實(shí)施過程的閉環(huán)控制提供了直接數(shù)據(jù)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1為一種超高壓泵頭體自增強(qiáng)的自緊密封與應(yīng)力測(cè)試裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為超高壓泵頭體堵頭孔的密封結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3為環(huán)孔軸向擋圈組合的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖4為超高壓泵頭體吸入、排出孔的密封結(jié)構(gòu)示意圖；
圖5為應(yīng)變片粘貼與防護(hù)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0012]圖中:1、超高壓泵頭體，2、水平密封錐桿，3、預(yù)緊帶孔盤，4、預(yù)緊拉力螺栓，5、信號(hào)引出密封錐，6、水平密封調(diào)整桿，7、密封平墊片，8、外錐面螺母，9、外錐面密封環(huán)，10、內(nèi)錐面密封環(huán)，11、環(huán)孔軸向擋圈組合，12、六角薄螺母，13、尼龍墊片，14、O型密封圈，15、信號(hào)引出桿，16、有機(jī)玻璃密封錐環(huán)，17、快插拔接頭，18、高強(qiáng)度漆包線，19、環(huán)孔軸向C形擋片，20、環(huán)孔軸向D形擋片，21、應(yīng)變片，22、松香與凡士林混合劑，23、接線過渡板。
【具體實(shí)施方式】
[0013]該超高壓泵頭體自增強(qiáng)的自緊密封與應(yīng)力測(cè)試裝置由超高壓泵頭體1、水平密封錐桿2、預(yù)緊帶孔盤3、預(yù)緊拉力螺栓4、信號(hào)引出密封錐5、水平密封調(diào)整桿6、密封平墊片7、外錐面螺母8、外錐面密封環(huán)9、內(nèi)錐面密封環(huán)10、環(huán)孔軸向擋圈組合11、六角薄螺母12、尼龍墊片13、O型密封圈14、信號(hào)引出桿15、有機(jī)玻璃密封錐環(huán)16、快插拔接頭17、高強(qiáng)度漆包線18、應(yīng)變片21和接線過渡板23構(gòu)成。
[0014]超高壓泵頭體內(nèi)制作有水平和垂直相交的十字形通孔，水平通孔的左端為柱塞腔，右端為堵頭腔，左端柱塞腔內(nèi)安裝有水平密封錐桿2，右端堵頭腔內(nèi)安裝有水平密封調(diào)整桿6，水平密封錐桿2和水平密封調(diào)整桿6通過螺紋連接在一起；水平密封調(diào)整桿6的右端由里向外依次裝有密封平墊片7、外錐面密封環(huán)9、內(nèi)錐面密封環(huán)10、環(huán)孔軸向擋圈組合11和外錐面螺母8，環(huán)孔軸向擋圈組合11由兩片環(huán)孔軸向C形擋片19和兩片環(huán)孔軸向D形擋片20組成，水平密封調(diào)整桿6的右端通過外錐面密封環(huán)9和內(nèi)錐面密封環(huán)10徑向支撐在超高壓泵頭體I上。
[0015]垂直通孔的上端為排出腔，下端為吸入腔，排出腔和吸入腔內(nèi)分別裝有信號(hào)引出密封錐5，信號(hào)引出密封錐5通過預(yù)緊帶孔盤3和預(yù)緊拉力螺栓4固定在超高壓泵頭體I上；信號(hào)引出密封錐5上通過六角薄螺母12和尼龍墊片13固裝有信號(hào)引出桿15，信號(hào)引出桿15上套裝有O型密封圈14和有機(jī)玻璃密封錐環(huán)16，信號(hào)引出桿15的頂部和底部插接有快插拔接頭17，底部的快插拔接頭17上安裝有高強(qiáng)度漆包線18，高強(qiáng)度漆包線18與快插拔接頭17組成信號(hào)導(dǎo)出線，快插拔接頭17可以快速地在信號(hào)引出桿15上插入或拔出。高強(qiáng)度漆包線18的另一端連接有應(yīng)變片21和接線過渡板23，應(yīng)變片21和接線過渡板23粘貼在超高壓泵頭體I內(nèi)腔的十字形通孔的相貫線處的附近，其上覆蓋有松香與凡士林混合劑22的防護(hù)層。
[0016]所述的水平密封錐桿2、信號(hào)引出密封錐5、外錐面密封環(huán)9和內(nèi)錐面密封環(huán)10采用比超高壓泵頭體I的硬度低、塑性好的材料，如20號(hào)鋼，以保證錐面硬密封在超高壓狀態(tài)下能有很高的貼合度。密封平墊片7選用銅合金材料，超高壓作用下具有較大塑性變形能力。超高壓泵頭體I在自增強(qiáng)處理工藝之前，需要將內(nèi)腔的十字形通孔和相貫線圓角加工到位，在自增強(qiáng)處理完成后，將不再對(duì)相貫線處進(jìn)行二次加工，其目的是使相貫線處的有效殘余應(yīng)力不因加工而消減。(參見附圖1?5)。
[0017]該超高壓泵頭體自增強(qiáng)的自緊密封與應(yīng)力測(cè)試裝置的安裝過程如下:
首先在超高壓泵頭體I內(nèi)腔的的十字形通孔的相貫線圓角附近，呈90°交叉方向打磨貼片部位，再用502膠水將應(yīng)變片21和接線過渡板23粘貼牢固，接好高強(qiáng)度漆包線18后用松香與凡士林混合劑22涂抹防護(hù)應(yīng)變片21和接線過渡板23，形成防護(hù)層。
[0018]其次，在超高壓泵頭體I垂直方向的吸入腔和排出腔安裝自緊密封與應(yīng)力測(cè)試裝置。即將六組信號(hào)引出桿15、有機(jī)玻璃密封錐環(huán)16、O型密封圈14、尼龍墊片13安裝在信號(hào)引出密封錐5中，擰緊六角薄螺母12，使信號(hào)引出桿15將有機(jī)玻璃密封錐環(huán)16緊緊地壓在錐孔中，達(dá)到初始密封的目的。而且有機(jī)玻璃密封錐環(huán)16、0型密封圈14和尼龍墊片13使得信號(hào)引出桿15與信號(hào)引出密封錐5之間絕緣。裝配好的信號(hào)引出密封錐5從超高壓泵頭體I堵頭腔進(jìn)入內(nèi)腔，分別安裝到吸入腔和排出腔的密封錐面后，裝預(yù)緊帶孔盤3，并用預(yù)緊拉力螺栓4擰緊形成初始密封力。信號(hào)引出桿15兩端插上快插拔接頭17，即可以很方便的將應(yīng)變片21產(chǎn)生的電信號(hào)傳輸?shù)匠邏罕妙^體I之外。
[0019]然后，在超高壓泵頭體I水平方向的柱塞腔和堵頭腔內(nèi)安裝自緊密封裝置。將水平密封錐桿2的外螺紋完全擰入水平密封調(diào)整桿6的螺紋孔中，使兩者成為一體后，從堵頭腔裝入水平密封錐桿2和水平密封調(diào)整桿6的組合；再依次裝入密封平墊片7、外錐面密封環(huán)9、內(nèi)錐面密封環(huán)10、環(huán)孔軸向擋圈組合11和外錐面螺母8。其中，環(huán)孔軸向擋圈組合11由兩片環(huán)孔軸向C形擋片19和兩片環(huán)孔軸向D形擋片20組成，從超高壓泵頭體I與水平密封調(diào)整桿6形成的環(huán)空中裝入；具體裝入方法為:在安裝環(huán)槽內(nèi)均勻涂抹適量黃油，先裝左右兩片環(huán)孔軸向D形擋片20，然后再裝入上下兩片環(huán)孔軸向C形擋片19，用尖頭鑷子夾住每塊擋片上的兩個(gè)小孔，即可方便安裝；外錐面螺母8安裝到位后，用六角扳手?jǐn)Q住水平密封調(diào)整桿6尾部的六角頭，給外錐面螺母8施加預(yù)緊扭矩，讓密封平墊片7得到適量的壓縮變形，形成初始密封；讓內(nèi)錐面密封環(huán)10在錐面壓力作用下有一定量的脹大，形成初始密封。
[0020]最后，用兩把六角呆扳手分別擰住水平密封錐桿2和水平密封調(diào)整桿6兩端的六角頭，施加適當(dāng)?shù)呐ぞ厥怪坏腻F面形成初始密封。 [0021]該超高壓泵頭體自增強(qiáng)的自緊密封與應(yīng)力測(cè)試裝置的工作過程如下:
在未加壓狀況下，用一根小直徑塑料軟管將液壓油從水平密封調(diào)整桿6的T型孔中注入，使泵頭體密封腔內(nèi)充滿液壓油。然后將超高壓液壓源的引出管接頭與水平密封調(diào)整桿6管螺紋聯(lián)接，使液壓力可以施加到泵頭體內(nèi)腔，使其產(chǎn)生彈塑性變形。
[0022]采用階梯等級(jí)加壓和卸壓方式實(shí)施液壓自增強(qiáng)。加壓的時(shí)候，以最大自增強(qiáng)壓力
P的5%為步幅(即5%P，10%P, 15%P，......，95%P，100%P)，達(dá)到各步幅壓力后，穩(wěn)壓3分鐘時(shí)
間并采集一次內(nèi)腔表面應(yīng)力值；卸壓的時(shí)候，以最大自增強(qiáng)壓力P的10%為步幅(即90%P，80%P，70%P，……，10%P，0)，達(dá)到各步幅壓力后，穩(wěn)壓3分鐘時(shí)間并采集一次內(nèi)腔表面應(yīng)力值。
[0023]以上所述只是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，上述舉例說明不對(duì)本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容作任何形式上的限制，所屬【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員在閱讀了本說明書后依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上【具體實(shí)施方式】所作的任何簡(jiǎn)單修改或變形，以及可能利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容加以變更或修飾為等同變化的等效實(shí)施例，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)，而不背離本發(fā)明的實(shí)質(zhì)和范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種超高壓泵頭體自增強(qiáng)的自緊密封與應(yīng)力測(cè)試裝置，它由超高壓泵頭體(I)、水平密封錐桿(2)、信號(hào)引出密封錐(5)、水平密封調(diào)整桿(6)、O型密封圈(14)、信號(hào)引出桿(15)、有機(jī)玻璃密封錐環(huán)(16)、快插拔接頭(17)、高強(qiáng)度漆包線(18)、應(yīng)變片(21)和接線過渡板(23)構(gòu)成，其特征在于:超高壓泵頭體(I)內(nèi)制作有水平和垂直相交的十字形通孔，水平通孔的左端為柱塞腔，右端為堵頭腔，左端柱塞腔內(nèi)安裝有水平密封錐桿(2)，右端堵頭腔內(nèi)安裝有水平密封調(diào)整桿(6)，水平密封錐桿(2)和水平密封調(diào)整桿(6)通過螺紋連接，水平密封調(diào)整桿(6)的右端由里向外依次裝有密封平墊片(7)、外錐面密封環(huán)(9)、內(nèi)錐面密封環(huán)(10)、環(huán)孔軸向擋圈組合(11)和外錐面螺母(8)，環(huán)孔軸向擋圈組合(11)由兩片環(huán)孔軸向C形擋片(19)和兩片環(huán)孔軸向D形擋片(20)組成，水平密封調(diào)整桿(6)的右端通過外錐面密封環(huán)(9)和內(nèi)錐面密封環(huán)(10)徑向支撐在超高壓泵頭體(I)上；垂直通孔的上端為排出腔，下端為吸入腔，排出腔和吸入腔內(nèi)分別裝有信號(hào)引出密封錐(5)，信號(hào)引出密封錐(5)通過預(yù)緊帶孔盤(3)和預(yù)緊拉力螺栓(4)固定在超高壓泵頭體(I)上；信號(hào)引出密封錐(5)上通過六角薄螺母(12)和尼龍墊片(13)固裝有信號(hào)引出桿(15)，信號(hào)引出桿(15)上套裝有O型密封圈(14)和有機(jī)玻璃密封錐環(huán)(16)，信號(hào)引出桿(15)的頂部和底部插接有快插拔接頭(17)，底部的快插拔接頭(17)上安裝有高強(qiáng)度漆包線(18);高強(qiáng)度漆包線(18)的另一端連接有應(yīng)變片(21)和接線過渡板(23)，應(yīng)變片(21)和接線過渡板(23)粘貼在超高壓泵頭體(I)內(nèi)腔的十字形通孔的相貫線處，其上覆蓋有松香與凡士林混合劑(22)的防護(hù)層。
【文檔編號(hào)】F04B51/00GK103711688SQ201410019724
【公開日】2014年4月9日 申請(qǐng)日期:2014年1月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月16日
【發(fā)明者】李寧, 周思柱, 胡順 申請(qǐng)人:長(zhǎng)江大學(xué), 中石化石油工程機(jī)械有限公司第四機(jī)械廠