用于超高壓測試的裝置和方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及用于超高壓測試的裝置和方法。本發(fā)明公開了一種用于超高壓測試的裝置。所述裝置包括：壓力腔體，用于容納待測部件;以及壓力艙蓋，用于覆蓋所述壓力腔體，其中所述壓力艙蓋中設有開口。
【專利說明】用于超高壓測試的裝置和方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于超高壓測試的裝置和方法，所述裝置和方法尤其適用于小部件的強度測試和密封測試。
【背景技術】
[0002]超過IOOMPa壓力稱為“超高壓”，而把IOOMPa以上承載的壓力容器稱為超高壓容器，現(xiàn)代工業(yè)和食品行業(yè)用超高壓容器大多在IOOMPa — IOOOMPa。在石油勘探以及化學工業(yè)中，一些儀器設備常常要面臨IOOMPa以上的超高壓，因而這些儀器設備在超高壓環(huán)境下的強度以及密封性就成了研發(fā)過程中必須考慮的重要性能指標。為了測試儀器設備的承受超高壓性能指標，就需要設計相應的超高壓容器。
[0003]現(xiàn)有的超高壓測試裝置一般分為單體式超高壓容器、熱套式超高壓容器、纏繞式超高壓容器、管式超高壓容器。管式超高壓容器有著前面幾個容器所不具備的優(yōu)點，因而得到了廣泛的應用。大多數(shù)超高壓容器的設計、制造、安裝和操作都是非常繁瑣的，尤其無法滿足一些小型部件壓力測試對于機動性和易操作性的要求。
[0004]對于超高壓測試，其壓力介質也是事關安全的重要因素。在測試小型部件的時候，大型容器里面的填充介質增加了測試的危險性。
[0005]鑒于以上考慮，有必要設計出一款適合不同場合小型部件壓力測試、易于加工制造的、可移動的、安全便捷的壓力設備。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種用于超高壓測試的裝置，所述裝置包括:壓力腔體，用于容納待測部件；以及壓力艙蓋，用于覆蓋所述壓力腔體，其中所述壓力艙蓋中設有開口。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的一方面，所述裝置還包括注油口接頭以及排氣口堵頭，其中所述注油口接頭以及排氣口堵頭分別用于與所述開口之一連接。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的一方面，其中所述壓力腔體和所述壓力艙蓋之間采用梯形螺紋連接。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的一方面，其中所述壓力腔體與所述壓力艙蓋之間、以及所述開口與所述注油口接頭和排氣口堵頭均用密封件進行密封。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的一方面，其中所述壓力腔體采用高強度合金鋼材料制成，所述壓力艙蓋采用鈦合金材料制成。
[0011 ] 根據(jù)本發(fā)明的一方面，其中所述密封件是橡膠密封圈。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的一方面，其中所述壓力艙蓋、所述注油口接頭以及所述排氣口堵頭都設有用于保護密封面的保護裝置。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的一方面，其中所述壓力腔體周邊纏繞有發(fā)熱電阻絲。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種用于超高壓測試的方法，包括以下步驟:根據(jù)被測器件的大小，確定所需要填充的墊塊組合；將所確定的墊塊組合放入壓力腔體內(nèi)，之后放入被測器件；向所述壓力腔體內(nèi)注入壓力介質；密封所述壓力腔體以便進行測試。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，所述方法還包括:采用墊環(huán)將所述被測器件懸空。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，其中所述壓力介質是硅油。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，所述方法還包括:將發(fā)熱電阻絲纏繞在所述壓力腔體周圍以便將高溫因素引入測試中。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，其中在所述壓力腔體中內(nèi)置傳感器，所述傳感器感測的信號經(jīng)由集成到排氣口堵頭上的密封插針引出。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的測試裝置和方法克服了現(xiàn)有的超高壓設備和測試方法存在的問題，并且制造簡單、機動性強、操作簡單、安全環(huán)保。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的用于超高壓測試的裝置的整體示意圖。
[0021]圖2示出了圖1中的所述裝置的主要工作部件的剖面視圖。
[0022]圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的填充墊塊以及填充工具的示意圖。
[0023]圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的密封面保護配件的示意圖。
[0024]圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的用于保護脆弱部件的保護墊環(huán)的示意圖。
[0025]圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的用于超高壓測試的方法的流程圖。
[0026]圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的承壓接頭及壓力測試護帽的示意圖。
[0027]【具體實施方式】:
現(xiàn)參考附圖并結合實施例對本發(fā)明的超高壓測試裝置和方法做進一步說明。
[0028]參考圖1，圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的用于超高壓測試的裝置的整體示意圖。
[0029]如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的超高壓裝置可以包括:壓力腔體11，用于容納待測部件；以及壓力艙蓋12，用于覆蓋所述壓力腔體11，其中所述壓力艙蓋12中設有兩個開口，即注油口和排氣口，所述注油口用于連接到外部油泵以便對壓力腔體內(nèi)部的壓力介質進行加壓，所述排氣口用于從壓力腔體中排出空氣，從而保證在測試過程中壓力腔體11內(nèi)只有極少的空氣。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述壓力介質可以采用對環(huán)境污染很小的硅油。
[0030]此外，所述超高壓裝置還可以包括注油口接頭13和排氣口堵頭14，其中所述注油口接頭13以及排氣口堵頭14分別用于插入到所述注油口和排氣口中。優(yōu)選地，注油口接頭13以及排氣口堵頭14與所述注油口和排氣口之間用螺紋進行連接。本領域技術人員可以理解，注油口接頭13以及排氣口堵頭14與所述注油口和排氣口之間還可以采用任何其他適當?shù)倪B接，本發(fā)明并不受限于此方面。
[0031]可選地，所述壓力腔體11周邊纏繞有發(fā)熱電阻絲，以便將高溫因素引入測試中。也就是說，在壓力測試過程中，可以對所述電阻絲加電，使其產(chǎn)生熱量，所述熱量會使壓力腔體及其內(nèi)部的壓力介質的溫度升高。
[0032]可選地，所述壓力腔體11與底板16通過筋板15固定(例如焊接)在一起，并且所述底板16可以例如通過螺栓固定到推車17上，以使得該測試裝置具備良好的機動性從而將該測試裝置定位到適當?shù)奈恢?。推?7底部安裝有萬向輪，該萬向輪自帶剎車(例如配備有專門的固定鎖)，以保證壓力測試過程中推車的固定。
[0033]如圖1所示，在推車17上還可以配備有工具箱18，以便能夠容納該測試裝置的其他工裝和配件。此外，在推車17上還可以配備有警示裝置19，以用于在壓力測試過程中可以起到警戒的作用，例如發(fā)出警報以提示無關人員遠離測試現(xiàn)場。該警示裝置19可以是警示燈19 (即只有閃光，無聲音)，如圖1所示?？蛇x地，該警示裝置19也可以是其他類型的警報裝置，如聲音報警裝置或其他類似的裝置。警示裝置19可以采用市電供電，或者可選地警示裝置19可以采用獨立電源(例如電池)供電，以便于在各種環(huán)境下使用。
[0034]所述壓力腔體11可以采用高強度合金鋼材料制成，并且所述壓力艙蓋12可以采用鈦合金材料制成。優(yōu)選地，所述壓力腔體11可以采用高強度合金鋼30CrMnSi2A制成，壓力艙蓋12可以采用鈦合金TCll制成。此外，注油口接頭13和排氣口堵頭14可以采用高強度不銹鋼17-4PH制成，并且筋板15和底板16可以采用45號鋼制成。當然，本領域技術人員可以為上述部件選擇任何其他適當?shù)牟牧?，本發(fā)明在此方面并不受限。
[0035]參考圖2，圖2示出了圖1中的壓力測試裝置的主要工作部件的剖面視圖。
[0036]如圖2所示，壓力腔體11大致呈圓柱形的形狀，并且采用車床加工，在壓力腔體的側壁和底部之間采用圓角過渡，以便減小應力集中。優(yōu)選地，壓力腔體11與壓力艙蓋12之間采用梯形螺紋連接，如圖2所示。優(yōu)選地，壓力艙蓋12中的注油口和排氣口分別與注油口接頭13和排氣口堵頭14用螺紋連接。所述壓力腔體11與所述壓力艙蓋12之間、以及所述壓力艙蓋12中的注油口和排氣口與所述注油口接頭13和排氣口堵頭14之間均用密封件進行密封。優(yōu)選地，所述密封件可以是橡膠密封圈。例如，如圖2所示，所述壓力腔體11與所述壓力艙蓋12之間可以采用2道O型橡膠密封圈(21)密封。壓力艙蓋12和注油口接頭13、排氣口堵頭14之間也采用2道橡膠密封圈(22、23)密封。優(yōu)選地，如圖2所示，注油口接頭13頂端有一錐形密封面，以與標準的密封快速接頭形成錐面密封。例如，注油口接頭與標準密封快速接頭之間采用金屬錐面密封，外接手壓泵或者其他壓力泵，以便將壓力介質注入所述壓力腔體11內(nèi)。通過上述的根據(jù)本發(fā)明實施例的結構設計和密封設計，可以保證在HOMPa的壓力下具備4倍的安全系數(shù)。
[0037]參考圖3，圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的填充墊塊以及填充工具的示意圖。例如，圖3的左邊示出了一組填充墊塊31、32及其安裝工具33，右邊示出了填充墊塊31、32的相應截面圖以及利用填充工具33填充所述墊塊時的示意圖。如圖3所示，根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的墊塊(如31、32)的截面可以具有長方形或長方形結合梯形的形狀。當然，本領域技術人員還可以在不脫離本發(fā)明的保護范圍的情況下設計出其他形狀的墊塊。并且，墊塊31、32的高度可以按照需要由本領域技術人員自行選擇，而不脫離本發(fā)明的范圍。如圖3右部所示，墊塊32 (即長方形墊塊)中間具有穿過其的孔，以便于填充工具33穿過所述孔來固定一組墊塊。此外，墊塊31 (即長方形組合梯形的墊塊)的中間也可以具有孔，但是該孔優(yōu)選地并不貫穿墊塊31。墊塊31中的孔的內(nèi)壁可以采用螺紋設計，使得填充工具33能夠通過螺紋連接而固定到所述墊塊31。這樣，當如圖3的右下部所示，若干長方形墊塊32疊放在一起并且墊塊31被放置在它們下面時，填充工具33能夠穿過這些長方形墊塊32并且通過螺紋連接擰到墊塊31中，以便將這組墊塊固定，從而可以方便地將其放入壓力腔體內(nèi)并且便于在測試結束后將墊塊從壓力腔體內(nèi)取出。優(yōu)選地，填充工具33的頂端有一倒角，與填充墊塊31、32的倒角配合找正，以便于穿過所述墊塊。
[0038]在測試過程之前，將預先確定的適當數(shù)量的所述墊塊填充到壓力腔體11中使之盡量填充滿壓力腔體，以便減小壓力腔體內(nèi)壓力介質(例如硅油)的填充量，從而降低能量聚集，提高測試裝置的安全性。
[0039]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，在壓力測試過程之前，首先根據(jù)壓力腔體的高度以及壓力測試的有效高度(下面將對其進行詳細描述)計算出所需墊塊組的高度。然后用墊塊31,32組合出需要的墊塊組高度，用填充工具33穿過所有的墊塊32，并且最后固定到墊塊31的螺紋里。然后，將固定好的墊塊組放入壓力腔體11中，并擰出工具33。在測試結束后，可以利用填充工具33類似地將所有墊塊32、31取出。
[0040]參考圖4，圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的密封面保護配件的示意圖。如上所述，壓力腔體11與壓力艙蓋12之間、以及壓力艙蓋12中的注油口和排氣口與注油口接頭13和排氣口堵頭14之間均用密封件進行密封。為了保護這些密封面，所述壓力艙蓋、所述注油口接頭以及所述排氣口堵頭都設有用于保護密封面的保護裝置，諸如圖4所示的安裝在要保護的部件周圍的保護裝置41、42。優(yōu)選地，所述保護裝置均可以采用尼龍材料。本領域技術人員將理解，在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下，所述保護裝置也可以采用其他適當?shù)牟牧现瞥伞?br> [0041]參考圖5，圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的用于保護脆弱部件的保護墊環(huán)的示意圖。在被測部件比較脆弱的情況下，例如，所述被測部件可能包含不可受力的部位，所述被測部件可能不適合于直接接觸壓力腔體11。此時，根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，可以利用保護墊環(huán)將所述被測器件懸空，以便對其進行保護。圖5示出了可以使用的保護墊環(huán)的一個示例的示意圖及其截面圖(如圖5右部所示)。所述墊環(huán)可以采用圓柱體或長方體等形狀，如本領域技術人員將理解的。需要注意的是，在如上所述的計算所需墊塊的時候，如果使用了墊環(huán)，那么墊環(huán)的體積或者高度需要按照實心計算入被測部件的體積或者高度。
[0042]參考圖6，圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的用于超高壓測試的方法的流程圖。在準備測試的過程中，可以將推車17移動到測試地點，并且將四個萬向輪調整到剎車狀態(tài)以便固定推車17以及其上的測試裝置。如圖6所示，所述測試方法可以開始于步驟601，其中根據(jù)被測器件的大小，確定所需要填充的墊塊組合。例如，首先計算壓力測試的有效高度。在沒有使用墊環(huán)的情況下，壓力測試的有效高度可以通過測量被測部件的高度而得出。在被測部件包含不可受力的部位并且為此使用了墊環(huán)的情況下，壓力測試的有效高度大致等于被測部件的高度加上墊環(huán)的高度。然后，將壓力腔體的有效高度(即壓力腔體的內(nèi)部腔室的高度)減去所述壓力測試的有效高度計算得出所需墊塊組的高度。然后，根據(jù)計算的所需墊塊組的高度以及墊塊31、32的高度，確定所需的墊塊31、32的組合。例如，如果墊塊31的高度為2cm，墊塊32的高度為4cm，計算的所需墊塊的高度為10cm，則可以確定出需要兩個墊塊32以及一個墊塊31。應注意，上面給出的計算示例采用的是高度，在使用體積進行計算的情況下，所述墊環(huán)的體積應該按實心計算。
[0043]然后，所述測試方法前進到步驟602，其中將所確定的墊塊組合放入壓力腔體內(nèi)并且之后放入被測器件。如上所述，可以利用填充工具33將上面確定的墊塊組固定在一起并放入壓力腔體的底部，然后取出填充工具33并且放入被測部件。然后，所述測試方法前進到步驟603，其中向壓力腔體內(nèi)注入壓力介質，例如硅油。壓力介質應注入至將要達到壓力腔體的頂部。然后，所述測試方式前進到步驟604，其中密封所述壓力腔體以便進行測試。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述密封可以包括蓋上壓力艙蓋12并且連接注油口接頭13和排氣口堵頭14?？蛇x地，注油口接頭13可長期連在壓力艙蓋12上。具體地，根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，當硅油注入到接近壓力腔體頂部的時候，將壓力艙蓋12蓋上然后擰上注油口接頭并用連接到注油口接頭的外部油泵壓入硅油，待排氣口有硅油接近溢出，擰上排氣口堵頭，開始加壓測試?？蛇x地，在加壓測試時，可以打開警示裝置，以便指示測試正在進行中并且提醒無關人員遠離測試地點。在加到目標壓強(例如120MPa)后，保壓一段時間(例如30min),觀察并記錄壓強變化。
[0044]可選地，所述測試方法可以包括將發(fā)熱電阻絲纏繞在所述壓力腔體周圍以便將高溫因素引入測試中。具體地，在壓力腔體11周邊纏繞發(fā)熱電阻絲，把密封插針集成到排氣口堵頭14上，在壓力腔體內(nèi)置熱電偶傳感器，所述傳感器測量的信號由密封插針引出。
[0045]在測試結束后，卸掉壓力。如需更換或者取出墊塊組，則采用填充工具33，通過工具頂端的倒角和墊塊的倒角，使工具33穿過墊塊組32，然后旋轉擰到墊塊31的螺紋中，從而可以將整個墊塊組從壓力腔體11中提出來。
[0046]參考圖7，圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的承壓接頭及壓力測試護帽的示意圖。下面結合圖7對本發(fā)明的壓力測試的過程進行說明。如圖7所示，將對石油測井儀器部件(例如承壓接頭72)進行超高壓測試，測試其強度和密封性。為此，設計了專門的壓力測試護帽71，測試護帽71與半環(huán)螺環(huán)套73通過螺紋連接。半環(huán)螺環(huán)套73是兩半的，扣在承壓接頭72上，用螺釘75緊固。測試護帽71內(nèi)部有密封面，承壓接頭72上有2道密封槽76，二者通過橡膠密封圈密封。承壓接頭72的另一端則是通過3芯密封插針密封。這樣，承壓接頭72的內(nèi)部形成了密封的腔體。
[0047]承壓接頭72 —端的密封插針是脆弱部件，需要用墊環(huán)51墊起。測量出帶壓力測試護帽71的承壓接頭72的高度，再加上墊環(huán)的高度，即為壓力測試的有效高度。用壓力腔體的高度減去該有效高度，得出所需墊塊組的高度。用墊塊31、32組合出需要的墊塊組高度，拿工具33穿過所有的墊塊32，最后擰在墊塊31的螺紋里。將墊塊組放入壓力腔體11中，擰出工具33。放下密封好的承壓接頭62，然后注入硅油，注到硅油將要到達腔體頂部。然后，將壓力艙蓋12蓋上，擰上注油口接頭并用連接到注油口接頭的外部油泵壓入硅油，待排氣口有硅油接近溢出，擰上排氣口堵頭，開始加壓測試。
[0048]上面僅以示例的方式描述了本發(fā)明的特定實施例。本領域技術人員將理解，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以對上述實施例的形式、細節(jié)、結構等做出改變，并且這些改變都意欲包含在如權利要求書所限定的本發(fā)明的范圍內(nèi)。
【權利要求】
1.一種用于超高壓測試的裝置，包括: 壓力腔體，用于容納待測部件；以及 壓力艙蓋，用于覆蓋所述壓力腔體，其中所述壓力艙蓋中設有開口。
2.如權利要求1所述的裝置，還包括注油口接頭以及排氣口堵頭，其中所述注油口接頭以及排氣口堵頭分別用于與所述開口之一連接。
3.如權利要求1所述的裝置，其中所述壓力腔體和所述壓力艙蓋之間采用梯形螺紋連接。
4.如權利要求2所述的裝置，其中所述壓力腔體與所述壓力艙蓋之間、以及所述開口與所述注油口接頭和排氣口堵頭均用密封件進行密封。
5.如權利要求1所述的裝置，其中所述壓力腔體采用高強度合金鋼材料制成，所述壓力艙蓋采用鈦合金材料制成。
6.如權利要求4所述的裝置，其中所述密封件是橡膠密封圈。
7.如權利要求4所述的裝置，其中所述壓力艙蓋、所述注油口接頭以及所述排氣口堵頭都設有用于保護密封面的保護裝置。
8.如權利要求1所述的裝置，其中所述壓力腔體周邊纏繞有發(fā)熱電阻絲。
9.一種用于超高壓測試的方法，包括以下步驟: 根據(jù)被測器件的大小，確定所需要填充的墊塊組合； 將所確定的墊塊組合放入壓力腔體內(nèi)，之后放入被測器件； 向所述壓力腔體內(nèi)注入壓力介質； 密封所述壓力腔體以便進行測試。
10.如權利要求9所述的方法，還包括:采用墊環(huán)將所述被測器件懸空。
11.如權利要求9所述的方法，其中所述壓力介質是硅油。
12.如權利要求9所述的方法，還包括:將發(fā)熱電阻絲纏繞在所述壓力腔體周圍以便將高溫因素引入測試中。
13.如權利要求12所述的方法，其中在所述壓力腔體中內(nèi)置傳感器，所述傳感器感測的信號經(jīng)由集成到排氣口堵頭上的密封插針引出。
【文檔編號】G01N3/12GK103674715SQ201210325039
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2012年9月5日 優(yōu)先權日:2012年9月5日
【發(fā)明者】謝昱北, 劉鵬, 姚春明, 黃濤 申請人:中國石油集團長城鉆探工程有限公司