[發明專利]一種測試水下金屬密封墊環預緊力的方法

有效

• 申請號: 201410681732.1
• 申請日: 2014-11-24
• 公開（公告）號: CN104596691A
• 公開（公告）日: 2015-05-06
• 發明（設計）人: 左其川;李愛利;雷廣進;劉宏亮;侯曉東
• 申請（專利權）人: 寶雞石油機械有限責任公司
• 主分類號: G01L5/00
• 分類號: G01L5/00
• 代理公司: 西安弘理專利事務所 61214
• 代理人: 王奇

技術領域

本發明涉及海洋石油鉆采裝備技術領域，涉及一種測試水下金屬密封墊環預緊力的方法。

背景技術

金屬密封墊環廣泛應用于海洋水下承受內壓較高設備之間的連接與密封，如水下井口頭、水下采油樹及液壓連接器等水下鉆采設備中。金屬密封墊環的密封通徑可達476.25mm(18?3/4”)，額定工作壓力最高達105MP8(15000psi)，密封預緊力高達33.75×106N。

由于海洋水下鉆采設備長期工作在水下，造成了金屬密封墊環使用環境和受力狀況非常惡劣，除了承受風、浪、流、水深等環境氣候的影響，還要受平臺偏移、平臺顛簸、克服自身重力等各種外界載荷影響，加之工作壓力又非常高，又受到海水安全與技術規范條款的約束等，使其必須具有非常高的可靠性和適應性。

為了確保海洋水下鉆采設備在深水海洋環境下安全使用，保證金屬密封墊環在極端惡劣環境下不會因為各種作業載荷而導致墊環密封失效，必須為金屬密封墊環提供充足的密封預緊力，以確保金屬密封墊環在彎曲、拉伸等工況下擁有良好的密封效果。

由于金屬密封墊環位于封閉的連接設備之間，利用預緊力擠壓錐面密封，預緊力的大小直接決定密封的效果和金屬密封墊環的使用壽命，且密封壓力又高，不能直接觀測，而理論計算又存在很多優化和簡化等問題，其計算結果有待實踐檢驗；因此如何簡單、有效地測試和提供金屬密封墊環的密封預緊力是本專利解決的主要問題。

發明內容

本發明的目的是提供一種測試水下金屬密封墊環預緊力的方法，解決了現有技術中在實驗過程中，不能直觀、有效地測量和提供金屬密封墊環預緊力和壓縮量的問題。

本發明采用的技術方案是，一種測試水下金屬密封墊環預緊力的方法，按照以下步驟實施：

步驟1、設定參數

1.1)將金屬密封墊環所要求的密封內壓P劃分為若干級，即P1、P2、P3、…、Pn；

1.2)設定預緊力F，預緊力F需滿足兩個條件：第一，預緊力F須大于內壓P產生的軸向反作用力；第二，預緊力F施加于密封面的接觸應力不得大于金屬密封墊環的屈服強度，

即有：P×b＜F＜σ×s/sinθ，(1)

其中，P是密封內壓，單位是MPa，

a是活塞3的外圓面積，單位是mm²，

b是密封內壓作用在金屬密封墊環上的軸向面積，單位是mm²，

F是預緊力，單位是N，

σ是金屬密封墊環屈服強度，單位是MPa，

s是密封面接觸面積，單位是mm²，

θ是金屬密封墊環錐面角；

試驗時預先設定預緊力F大于軸向作用力P×b，并根據密封情況增減預緊力，記作ΔF；預緊力F對應不同的密封壓力P分別記作F1、F2、F3、…、Fn，

在預緊腔X內施加的液壓壓力是F/a，根據需要實時調節；

1.3)壓縮量ΔH通過測量及公式(2)計算得出：

ΔH＝H0-H，(2)

其中，ΔH是金屬密封墊環的壓縮量，單位是mm；

H0是測試桿的原始伸長量，單位是mm；

H是預緊力施加后測試桿的伸長量，單位是mm，

ΔH、H與預緊力F一一對應，分別記作ΔH?1、ΔH?2、ΔH?3、…、ΔH?n；H?1、H?2、H?3、…、H?n；

1.4)建立金屬密封墊環的密封內壓P、預緊力F和壓縮量ΔH之間的對應關系；

步驟2、按照金屬密封墊環所劃分的級數，從低到高逐一進行測試，得到在不同內壓P作用下金屬密封墊環所需的基本預緊力F，操作步驟如下；

2.1)選取內壓P1，設定預緊力F1，如F1＝1.5P1×b，測量、記錄原始伸長量H0；

2.2)通過液壓口向預緊腔X內注入液壓，通過活塞對金屬密封墊環施加預緊力F1，使得金屬密封墊環的兩側密封面發生擠壓、變形、建立密封，然后從內壓口注水、打壓，當壓力到達P1后進行穩壓；

如在注水和打壓過程中，滲漏口有水滲漏，則說明預緊力F1不夠，須立即中止試驗，卸掉載荷，并增加預緊力ΔF，預緊力為(F1+ΔF)，再按步驟2.2)重新進行試驗。

2.3)如穩壓期間有滲漏，檢測到密封腔壓力下降，滲漏口有水滲漏，則說明預緊力F1過小，須中止試驗，卸掉載荷，增加預緊力ΔF，預緊力為(F1+ΔF)，再按步驟2.2)重新進行試驗；