一种格莱圈疲劳性能测试装置的制作方法

本实用新型涉及石油工业机械技术领域，具体地，涉及一种格莱圈疲劳性能测试装置。

背景技术：

格莱圈作为一种密封件，其由一个橡胶O型圈聚四氟乙烯圈制成。格莱圈可分为孔用格莱圈和轴用格莱圈，依其本身的变形对密封表面产生较高的初始接触应力，阻止无压力液体的泄漏。液压缸工作时，压力液体通过O形密封圈的弹性变形始最大限度地挤压方形密封圈，使之紧贴密封表面而产生较高的随压力液体的压力增高而增高的附加接触应力，并与初始接触应力一起共同阻止压力液体的泄漏。格莱圈具有密封性好、耐磨性好、使用寿命长等优点。

在石油井下使用的机械工具中，常使用格莱圈进行密封。由于石油井下工具的使用环境，要求格莱圈在一定的温度、压力下，能满足密封要求。一些需要格莱圈进行密封的井下工具中的零件往往存在着多种运动形式，如往复直线运动、旋转运动。另外对格莱圈的寿命有一定要求，格莱圈的寿命不能成为工具的薄弱点而影响井下工具的使用。

然而，现有技术中还没有能对格莱圈开展高温高压环境下、长时间、自动往复直线运动、旋转运动、或往复直线运动、旋转运动叠加的格莱圈疲劳性能测试装置。

技术实现要素：

针对至少一些如上所述的技术问题，本实用新型旨在提出一种格莱圈疲劳性能测试装置，该性能测试装置可以模拟格莱圈实际工作环境(如温度、压力)下的运动形式，并记录转速、扭矩、压力、温度等数据，从而进行格莱圈的密封性能试验。该性能测试装置能够在高温高压环境下对格莱圈进行长时间、自动往复直线运动、旋转运动、或往复直线运动、旋转运动叠加以对格莱圈进行疲劳性能试验。同时，该性能测试装置设有保护控制策略，其能够有效防止试验过程中发生意外。

为此，本实用新型提出了一种格莱圈疲劳性能测试装置，包括：密封箱体，在所述密封箱体中固定有支架；安装在所述支架上的芯轴，所述芯轴中部设有径向向外凸出的圆柱体部分；设置在所述芯轴的圆柱体部分的外部的圆筒形外壳，所述外壳与所述芯轴之间形成密封，且所述外壳构造成能沿所述芯轴轴向往复运动；安装在所述芯轴一端的用于测量所述芯轴转速的霍尔传感器，以及连接在所述芯轴另一端的扭矩传感器，所述扭矩传感器连接有电机；用于控制所述性能测试装置运行的控制系统；其中，在所述芯轴的外表面设有用于安装待测孔用格莱圈的第一密封槽，在所述外壳的内表面设有用于安装待测轴用格莱圈的第二密封槽，所述控制系统构造成能控制所述芯轴的旋转以及所述外壳沿所述芯轴的往复运动，以模拟所述待测轴用格莱圈或待测孔用格莱圈的工作状态，从而测试所述待测轴用格莱圈或所述孔用格莱圈的疲劳性能。

在一个优选的实施例中，所述外壳的一端连接有端盖，在所述端盖与所述芯轴之间设有第一密封机构，在所述端盖与所述外壳之间设有第二密封机构。

在一个优选的实施例中，初始状态在所述外壳与所述芯轴的圆柱体部分之间形成了环状的第一密封空间和第二密封空间，在所述第一密封空间和第二密封空间中填充有液压油。

在一个优选的实施例中，在所述外壳的分别对应于所述第一密封空间和第二密封空间的区域设有油孔，所述油孔连接有油路。

在一个优选的实施例中，所述油路中连接有液压泵和电磁换向阀，且所述液压泵和所述电磁换向阀与所述控制系统连接，用于改变所述第一密封空间和第二密封空间中所述液压油的体积以使所述外壳沿所述芯轴做往复运动。

在一个优选的实施例中，其特征在于，所述油路中还设有压力传感器，所述压力传感器与所述控制系统相连。

在一个优选的实施例中，性能测试装置，其特征在于，在所述外壳的一端设有观察孔，用于观察所述待测孔用格莱圈或待测轴用格莱圈的密封效果。

在一个优选的实施例中，在所述观察孔中设有用于封堵观察孔的堵头。

在一个优选的实施例中，所述外壳连接有位移传感器，所述位移传感器通过信号线与所述控制系统相连。

在一个优选的实施例中，在所述密封箱体中还设有加热机构和温度传感器。

附图说明

下面将参照附图对本实用新型进行说明。

图1显示了根据本实用新型的格莱圈疲劳性能测试装置的结构。

图2显示了图1中所示的芯轴与外壳的结构。

图3和4显示了图1中所示的格莱圈疲劳性能测试装置的两个极限状态下的结构。

在本申请中，所有附图均为示意性的附图，仅用于说明本实用新型的原理，并且未按实际比例绘制。

具体实施方式

下面通过附图来对本实用新型进行介绍。

图1显示了根据本实用新型的格莱圈疲劳性能测试装置100的结构。如图1所示，格莱圈疲劳性能测试装置100包括密封箱体110。密封箱体110能够有效保温，保证格莱圈性能测试的环境，从而提高性能测试的精确性。

需要说明的是，本实用新型中使用的方向性用语或限定词“上”、“下”、“左”、“右”等均是针对所参照的附图1而言。它们并不用于限定所涉及零部件的绝对位置，而是可以根据具体情况而变化。

根据本实用新型，在密封箱体110的底部固定有支架10，在支架10上设有安装孔。如图1所示，在支架10上安装有芯轴20。芯轴20的两端通过轴承安装在支架10上的安装孔中，轴承能够有效减少芯轴20与支架10的安装孔之间的摩擦。

在本实施例中，芯轴20构造成阶梯轴。如图1所示，在芯轴20的中部设有径向向外凸出的圆柱体部分21。在芯轴20的一端(图1中的左端)设有霍尔传感器140，霍尔传感器140用于测量芯轴20的转速。在芯轴20的另一端(图1中的右端)设有扭矩传感器90。在一个实施例中，扭矩传感器90通过键连接方式与芯轴20连接。扭矩传感器90还连接有电机160。性能测试装置100还包括控制系统200。电机160与控制系统200连接，通过控制系统200进行控制调节电机160的转速。同时，扭矩传感器90通过信号线与控制系统200连接，从而通过信号线将扭矩传感器90的信号传递给控制系统200并进行数据分析处理。

根据本实用新型，在芯轴20的圆柱体部分21的外部安装有外壳70，外壳70构造成圆筒形。外壳70的一端(图1中的右端)设有底板，底板中心设有圆形安装孔，用于将外壳70安装到芯轴20上。外壳70的另一端(图1中的左端)设为开口，且该端安装有端盖40。在一个实施例中，端盖40与外壳70之间通过螺纹形成固定连接。端盖40的与芯轴20接触安装的内表面设有第一凹槽，在第一凹槽中安装有第一密封机构30，从而有效保证了端盖40与芯轴20之间的密封。在端盖40的与外壳70接触安装的外表面设有第二凹槽，在第二凹槽中安装有第二密封机构50，从而有效保证了端盖40与外壳70之间的有效密封。同时，在底板的安装孔的内表面设有密封凹槽，在密封凹槽中安装有第一密封机构30，从而保证了外壳70右端与芯轴20之间的密封。

图2显示了芯轴20与外壳70的结构。如图2所示，在芯轴20的外表面设有第一密封槽，第一密封槽用于安装待测孔用格莱圈80，而在外壳70的内表面设有第二密封槽，第二密封槽用于安装待测轴用格莱圈60。实际应用时，通过性能测试装置100测试待测轴用格莱圈60或待测孔用格莱圈80的性能。此外，在外壳70的底板上还设有一个观察孔71，该观察孔71设置在底板上靠近外壳70侧壁处，用于观察待测轴用格莱圈60或待测孔用格莱圈80的密封效果。

根据本实用新型，外壳70能够沿芯轴20的轴向往复运动。初始状态下，芯轴20上的圆柱体部分21处于外壳70的中部，从而在外壳70与芯轴20的圆柱体部分21之间形成了环状的第一密封空间31和第二密封空间32。在第一密封空间31和第二密封空间32内填充有液压油。初始状态时，在外壳70的对应于第一密封空间31和第二密封空间32的区域分别设有油孔，油孔连接有油路。油路中连接有液压泵201和电磁换向阀202，通过液压泵201和电磁换向阀202能够改变第一密封空间31和第二密封空间32内液压油的体积变化，从而实现外壳70沿芯轴20的轴向往复运动。由此，通过芯轴20旋转及外壳70沿芯轴20做往复运动，模拟待测轴用格莱圈60或待测孔用格莱圈80的工作状态，以测试待测轴用格莱圈60或待测孔用格莱圈80的性能。

在本实施例中，油路中还设有压力传感器203。实际应用时，第一密封空间31和第二密封空间32中有液压油。控制系统200控制油路中的液压泵抽出液压油，且控制电磁换向阀动202作以实现液路换向，从而改变第一密封空间31和第二密封空间32内液压油的体积变化，以实现外壳70沿芯轴20的轴向往复运动。且压力传感器203测量液路压力，并将压力值传给控制系统200。如图3和4所示，显示了格莱圈疲劳性能测试装置100的外壳70运动到两个极限的状态。

此外，在密封箱体110中还安装有加热机构120和温度传感器130。加热机构120用于对密封箱体110内的环境进行加热，温度传感器130用于测量密封箱体110内的温度。加热机构120和温度传感器130均通过信号线与控制系统200相连，控制系统200通过信号线控制加热机构120。温度传感器130通过信号线将密封箱体110中测得的温度值传给控制系统200。

根据本实用新型的格莱圈疲劳性能测试装置100可以模拟格莱圈实际工作环境(如温度、压力)下的运动形式，并通过对应的传感器记录转速、扭矩、压力、温度等参数，从而进行格莱圈的密封性能试验。该格莱圈疲劳性能测试装置100能够在高温高压环境下对格莱圈进行长时间、自动往复直线运动、旋转运动、或往复直线运动、旋转运动叠加以对格莱圈进行疲劳性能试验。同时，该性能测试装置设有保护控制策略，通过控制系统200能够精确控制试验进程及格莱圈疲劳性能测试装置100的运行，其能够有效防止试验过程中发生意外。

下面简述根据本实用新型的格莱圈疲劳性能测试装置100的工作过程。首先，根据实际工况和测试的需要，在控制系统200中预先设定好电机160的转速、液压泵201的功率、电磁换向阀202的工作方式以及工作温度等。之后，按照设定方式，通过控制系统200控制液路切换，使端盖40和外壳70沿芯轴20往复运动。之后。通过电机160控制芯轴20做旋转运动，从而模拟待测轴用格莱圈60和待测孔用格莱圈80的工作状态。之后，通过加热机构120对密封箱体110进行加热升温。同时，可以通过各个传感器测得所需物理量，例如，芯轴20的转速与扭矩、密封箱110内的温度、油路中的压力、以及外壳70的位移。由此，对待测轴用格莱圈60或待测孔用格莱圈80的性能进行试验。根据本实用新型，当测试达到设计时间时，拆掉安装在观察孔71中的堵头72，放空第二密封空间32里的液压油，然后，从外壳70的对应于第一密封空间31的油孔打压(压力值可以设定、保压时间可以设定)，此时端盖40、外壳70移动到芯轴20的最左端。如果待测轴用格莱圈60、待测孔用格莱圈80全部损坏，则液压油会从外壳70的对应于第二密封空间32的观察孔71中流出。如果没有液体流出，则拆除其中一个待测格莱圈，再次打压，如果没有液体流出，则说明未拆除的待测格莱圈完好，已拆的待定。如果有液体流出，则说明已拆除的待测格莱圈是完好的，未拆的这个格莱圈是损坏的。下一步将未拆待测格莱圈拆除，已拆除的重新安装，再次打压，如果有液体流出，则说明该格莱圈损坏，若无液体流出，则完好。

为了保护格莱圈疲劳性能测试装置100，避免其在使用时受损以延长该格莱圈疲劳性能测试装置100的使用寿命。该格莱圈疲劳性能测试装置100设有有效的控制策略，当位移传感器150检测到端盖40和外壳70到位后，会迅速将信号传给控制系统200，控制系统控制200电磁阀换向，准确控制第一密封空间和第二密封空间中的液压油的体积，从而避免外壳70或端盖40与芯轴20相撞。

使用根据本实用新型的格莱圈疲劳性能测试装置100可以开展高温高压环境下、长时间、自动往复直线运动、旋转运动、或往复直线运动、旋转运动叠加的格莱圈疲劳性能测试。且该性能测试装置通过设有保护控制策略，通过控制系统200能够精确控制试验进程及格莱圈疲劳性能测试装置100的运行，从而能够有效防止试验过程中发生意外。

最后应说明的是，以上所述仅为本实用新型的优选实施方案而已，并不构成对本实用新型的任何限制。尽管参照前述实施方案对本实用新型进行了详细的说明，但是对于本领域的技术人员来说，依然可以对前述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。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。