一种水下挠性装置的疲劳试验方法及装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种水下挠性装置的疲劳试验方法，步骤包括：1)在弯矩旋转轴上施加弯曲力矩，弯曲力矩使得挠性偏转单元发生围绕偏转中心O的偏转；2)挠性偏转单元随弯矩旋转轴发生偏转后，用锁块进行限位；3)给水下挠性装置内打入内压，内压对挠性偏转单元产生沿偏转中心线e方向向外的轴向力；4)启动变频电机，转盘总成带动弯矩旋转轴及挠性偏转单元进行圆周偏转运动；5)实时采集试验数据和监控试验过程，直至挠性偏转单元中某个零部件发生疲劳失效、磨损严重或密封失效现象，则停止试验，即成。本发明还公开了一种水下挠性装置的疲劳试验装置。本发明的方法及装置，简单易行，结果准确。
【专利说明】一种水下挠性装置的疲劳试验方法及装置
【技术领域】
[0001]本发明属于海洋水下石油钻井【技术领域】，涉及一种水下挠性装置的疲劳试验方法，本发明还涉及一种水下挠性装置的疲劳试验装置。
【背景技术】
[0002]水下挠性装置是钻井隔水管系统中的重要装备之一，内部设有偏转心轴、支撑环、橡胶等硫化而成，形成一个整体的挠性偏转单元。水下挠性装置主要安装在隔水管底部和80？组的顶部，用来允许在钻井隔水管和80？组之间存在角度偏差，从而减少钻井隔水管上的弯曲力矩。
[0003]水下挠性装置工作在深水海洋中，受到海洋钻井平台(或船)在波浪和洋流等作用下，除产生上下升沉运动，还发生前后左右摇摆外，这些运动将影响隔水管系统稳定性及井口装置安全性。
[0004]为了确保挠性偏转单元在深水海洋环境下安全使用，保证水下挠性装置在极端恶劣环境下不会因为各种作业载荷而导致疲劳、磨损和密封失效等，必须为水下挠性装置，尤其是对挠性偏转单元进行疲劳寿命评价，以检测挠性装置及其挠性偏转单元的疲劳寿命、耐磨性能和密封性能等。但是目前还没有一种结构简单、操作便捷、经济高效的水下挠性装置的疲劳试验方法。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种水下挠性装置的疲劳试验方法，解决了现有技术中没有专门针对水下挠性装置的有效的疲劳试验方法的问题。
[0006]本发明的另一目的是提供一种水下挠性装置的疲劳试验装置。
[0007]本发明所采用的技术方案是，一种水下挠性装置的疲劳试验方法，依赖于一种试验装置，按照以下步骤实施:
[0008]步骤1、在弯矩旋转轴上施加弯曲力矩1，弯曲力矩1使得水下挠性装置中的挠性偏转单元发生围绕偏转中心0的偏转，偏转角度0任意确定；弯曲力矩1的大小由偏转刚度匕和偏转角度0决定，
[0009]弯曲力矩1计算公式为:1 = 0 ,
[0010]其中，1 一弯矩力矩，单位是X - 111 ；
[0011]V—偏转刚度，单位是X.0/(168 ；
[0012]0—偏转角度，单位是(168 ；
[0013]步骤2、挠性偏转单元随弯矩旋转轴发生偏转后，用锁块进行限位，保持挠性偏转单元和弯矩旋转轴的偏转角度；
[0014]步骤3、给水下挠性装置内打入内压？，内压？对挠性偏转单元产生沿偏转中心线6方向向外的轴向力？，轴向力？等于内压？乘以密封面积，密封面积为水下挠性装置上端金属密封垫环的密封面积；
[0015]步骤4、启动变频电机通过减速箱驱动转盘总成以旋转中心线2为中心进行旋转，转盘总成带动弯矩旋转轴及挠性偏转单元进行圆周偏转运动；
[0016]步骤5、实时采集试验数据和监控试验过程，直至挠性偏转单元中某个零部件发生疲劳失效、磨损严重或密封失效现象，则停止试验，并统计圆周偏转次数，即成。
[0017]本发明所采用的另一技术方案是，一种水下挠性装置的疲劳试验装置，包括弯曲旋转轴，弯曲旋转轴的上端为I型头，该I型头套装在转盘总成的I型槽内，该I型槽的丁型头两边分别设置有限位块和锁块；弯曲旋转轴的下端为台阶轴，套装在轴承座总成中；
[0018]转盘总成向上与试验台架悬挂连接，转盘总成的传动轴通过减速箱与变频电机传动连接；同时，转盘总成的传动轴与水下挠性装置的旋转中心线2位于同一轴心线上；转盘总成的I型槽呈圆弧状。
[0019]本发明的有益效果是，为水下挠性装置设计一种在偏转或弯曲状态下进行疲劳试验的方法，为长期工作在水下的挠性装置提供一种疲劳试验手段和寿命检测方法，以便评价其疲劳寿命、耐磨性能和密封性能等，解决了现有技术中不能为水下挠性装置进行疲劳试验的问题，具体包括:
[0020]1)本发明原理简单、操作便捷、经济高效，即可产生弯曲力矩，同时还可打入内压，并对挠性偏转单元实施圆周偏转运动。
[0021]2)弯曲力矩可使得挠性偏转单元发生任意方向和任意角度的偏转，模拟钻井隔水管系统在外载作用下产生的偏转或弯曲。
[0022]3)内压一方面对烧性偏转单元产生沿偏转方向的轴向推力，模拟平台或洋流等产生的拉力；另一方面用于检测水下挠性装置中各零部件发生疲劳、磨损和密封失效时的泄漏。
[0023]4)挠性偏转单元在某角度和内压工况下进行圆周偏转运动，是对水下挠性装置综合测试和检验。它可实现全方位、无死角的圆周偏转运动，做到最大限度的测试水下挠性装置的使用寿命、耐磨性能和密封性能。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]图1是本发明方法依赖的试验装置的结构示意图；
[0025]图2是图1中的八截面剖视图。
[0026]图中，1.下法兰，2.上法兰，3.水下挠性装置，4.轴承座总成，5.弯曲旋转轴，6.限位块，7.转盘总成，8.锁块，9.试验台架，10.变频电机，11.减速箱，
[0027]4-1.轴承座，4-2.轴承内套，4-3.轴承外套，4-4.轴承端盖，4-5.轴承，4-6.压板，
[0028]另外，0为偏转中心，2为旋转中心线，6为偏转中心线，I为弯曲力矩，？为内压，3为偏转角度，^为圆周偏转运动。
【具体实施方式】
[0029]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明进行详细说明。
[0030]参照图1和图2，本发明方法所依赖的试验装置结构是，包括可施加弯矩力矩和圆周偏转运动的弯曲旋转轴5，弯曲旋转轴5的上端为I型头，该I型头套装在转盘总成7的I'型槽内，该I型槽的I型头两边分别设置有限位块6和锁块8 ；弯曲旋转轴5的下端为台阶轴，套装在轴承座总成4中；
[0031]转盘总成7向上与试验台架9悬挂连接，转盘总成7的传动轴通过减速箱11与变频电机10传动连接；同时，转盘总成7的传动轴与水下挠性装置3的旋转中心线2位于同一轴心线上，转盘总成7为系统提供以旋转中心线2为中心的圆周旋转运动；转盘总成7设有丁型槽，X型槽呈圆弧状，圆弧以偏转中心0为圆心，满足弯曲旋转轴5在任意偏转角度下的摆动；且I型槽具有足够的空间，满足内压？推动挠性偏转单元及弯曲旋转轴5等沿偏转中心线6方向的轴向位移；转盘总成7的I型槽内设置限位块6和锁块8，限位块6用于防止弯曲旋转轴5脱离I型槽；锁块8用于保持弯曲旋转轴5在任意角度下的偏转；
[0032]轴承座总成4与上法兰2固定(通过螺钉)连接；上法兰2又与水下挠性装置3的挠性偏转单元上法兰固定(通过螺栓及螺母)连接；水下挠性装置3的底部法兰与下法兰1固定(通过螺栓及螺母)连接，下法兰1固定安装在试验平台上。
[0033]参照图2，轴承座总成4包括轴承座4-1，轴承座4-1内腔中上下位置分别设置有一个轴承4-5，两个轴承4-5之间通过轴承内套4-2及轴承外套4-3间隔支撑；轴承座4-1上端面(采用螺栓及螺母)安装有轴承端盖4-4，轴承端盖4-4用于压紧上端的轴承4-5 ；弯曲旋转轴5的下端套装在两个轴承4-5中，弯曲旋转轴5下端面(通过螺钉)安装有压板4-6，压板4-6用于压紧下端的轴承4-5。从图2可见，轴承座总成4既可以传递弯曲力矩1，又具备与弯曲旋转轴5之间相对转动的功能。
[0034]本发明的水下挠性装置的疲劳试验方法，利用上述的试验装置，按照以下步骤实施:
[0035]步骤1、在弯矩旋转轴5上施加弯曲力矩1，弯曲力矩1由油缸或其它方式施加，弯曲力矩1使得水下挠性装置3中的挠性偏转单元发生围绕偏转中心0的偏转，偏转角度0任意确定；弯曲力矩1的大小由偏转刚度&和偏转角度0决定，偏转角度0越大，弯曲力矩1就越大，
[0036]施加于弯矩旋转轴5上的弯曲力矩1计算公式为:1 = 0 ,
[0037]其中，1 一弯矩力矩，单位是.111 ；
[0038]V—偏转刚度，单位是X ^ 111/己68 ；
[0039]0 一偏转角度，单位是己68 ；
[0040]步骤2、挠性偏转单元随弯矩旋转轴5发生偏转后，用锁块8进行限位，保持挠性偏转单元和弯矩旋转轴5的偏转角度；
[0041]步骤3、给水下挠性装置3内打入内压？，内压？对挠性偏转单元产生沿偏转中心线6方向向外的轴向力？，轴向力？等于内压？乘以密封面积，密封面积为水下挠性装置上端金属密封垫环的密封面积；
[0042]步骤4、启动变频电机10通过减速箱11驱动转盘总成7以旋转中心线2为中心进行旋转，转盘总成7带动弯矩旋转轴5及挠性偏转单元进行圆周偏转运动；
[0043]步骤5、实时采集试验数据和监控试验过程，直至挠性偏转单元中某个零部件发生疲劳失效、磨损严重或密封失效现象，则停止试验，并统计圆周偏转次数，即成。
[0044]本发明的水下挠性装置的疲劳试验方法工作原理是，弯曲旋转轴5在弯曲力矩1的作用下，以偏转中心0为圆心进行偏转，同时通过轴承座总成4和上法兰2等的传递，使得水下挠性装置3中的挠性偏转单元实现同步偏转；当偏转角度0到达预设角度后，利用转盘总成7中I型槽内的锁块8将弯曲旋转轴5进行限位，并保持该偏转角度0 ；再往水下挠性装置3中打入内压？，内压？对挠性偏转单元产生沿偏转中心线6方向的轴向力？；最后，启动变频电机10通过减速箱11驱动转盘总成7以旋转中心线2为中心进行旋转，并带动弯矩旋转轴5及挠性偏转单元进行圆周偏转运动0，记录相关数据直至出现破坏性现象，实现水下挠性装置的疲劳试验。
[0045] 本发明的疲劳试验方法，针对水下挠性装置综合测试和检验，能够实现全方位、无死角的圆周偏转运动，做到最大限度的测试水下挠性装置的使用寿命、耐磨性能和密封性會泛。
【权利要求】
1.一种水下挠性装置的疲劳试验方法，其特点在于，依赖于一种试验装置，按照以下步骤实施: 步骤1、在弯矩旋转轴(5)上施加弯曲力矩M，弯曲力矩M使得水下挠性装置(3)中的挠性偏转单元发生围绕偏转中心O的偏转，偏转角度α任意确定；弯曲力矩M的大小由偏转刚度k和偏转角度α决定， 弯曲力矩M计算公式为:M = k.α， 其中，M—弯矩力矩，单位是N.m ； k一偏转刚度，单位是N.m/deg ； α 一偏转角度，单位是deg ； 步骤2、挠性偏转单元随弯矩旋转轴(5)发生偏转后，用锁块(8)进行限位，保持挠性偏转单元和弯矩旋转轴(5)的偏转角度； 步骤3、给水下挠性装置(3)内打入内压P，内压P对挠性偏转单元产生沿偏转中心线e方向向外的轴向力F，轴向力F等于内压P乘以密封面积，密封面积为水下挠性装置上端金属密封垫环的密封面积； 步骤4、启动变频电机(10)通过减速箱(11)驱动转盘总成(7)以旋转中心线Z为中心进行旋转，转盘总成(7)带动弯矩旋转轴(5)及挠性偏转单元进行圆周偏转运动； 步骤5、实时采集试验数据和监控试验过程，直至挠性偏转单元中某个零部件发生疲劳失效、磨损严重或密封失效现象，则停止试验，并统计圆周偏转次数，即成。
2.根据权利要求1所述的水下挠性装置的疲劳试验方法，其特点在于:所述的试验装置结构是，包括弯曲旋转轴(5)，弯曲旋转轴(5)的上端为T型头，该T型头套装在转盘总成(7)的T型槽内，该T型槽的T型头两边分别设置有限位块(6)和锁块(8);弯曲旋转轴(5)的下端为台阶轴，套装在轴承座总成(4)中； 转盘总成(7)向上与试验台架(9)悬挂连接，转盘总成(7)的传动轴通过减速箱(11)与变频电机(10)传动连接；同时，转盘总成(7)的传动轴与水下挠性装置(3)的旋转中心线Z位于同一轴心线上；转盘总成(7)的T型槽呈圆弧状。
3.根据权利要求2所述的水下挠性装置的疲劳试验方法，其特点在于:所述的轴承座总成(4)与上法兰(2)固定连接；上法兰(2)又与水下挠性装置3的挠性偏转单元上法兰固定连接；水下挠性装置(3)的底部法兰与下法兰(I)固定连接，下法兰(I)固定安装在试验平台上。
4.一种水下挠性装置的疲劳试验装置，其特点在于:包括弯曲旋转轴(5)，弯曲旋转轴(5)的上端为T型头，该T型头套装在转盘总成(7)的T型槽内，该T型槽的T型头两边分别设置有限位块(6)和锁块(8);弯曲旋转轴(5)的下端为台阶轴，套装在轴承座总成(4)中； 转盘总成(7)向上与试验台架(9)悬挂连接，转盘总成(7)的传动轴通过减速箱(11)与变频电机(10)传动连接；同时，转盘总成(7)的传动轴与水下挠性装置(3)的旋转中心线Z位于同一轴心线上；转盘总成(7)的T型槽呈圆弧状。
5.根据权利要求4所述的水下挠性装置的疲劳试验装置，其特点在于:所述的轴承座总成(4)与上法兰(2)固定连接；上法兰(2)又与水下挠性装置3的挠性偏转单元上法兰固定连接；水下挠性装置(3)的底部法兰与下法兰(I)固定连接，下法兰(I)固定安装在试 验平台上。
【文档编号】G01M13/00GK104483117SQ201410748864
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2014年12月4日 优先权日:2014年12月4日
【发明者】左其川, 李爱利, 雷广进, 侯晓东, 陈叶 申请人:宝鸡石油机械有限责任公司