用于超高压测试的装置和方法
【专利摘要】本发明涉及用于超高压测试的装置和方法。本发明公开了一种用于超高压测试的装置。所述装置包括：压力腔体，用于容纳待测部件;以及压力舱盖，用于覆盖所述压力腔体，其中所述压力舱盖中设有开口。
【专利说明】用于超高压测试的装置和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于超高压测试的装置和方法，所述装置和方法尤其适用于小部件的强度测试和密封测试。
【背景技术】
[0002]超过IOOMPa压力称为“超高压”，而把IOOMPa以上承载的压力容器称为超高压容器，现代工业和食品行业用超高压容器大多在IOOMPa — IOOOMPa。在石油勘探以及化学工业中，一些仪器设备常常要面临IOOMPa以上的超高压，因而这些仪器设备在超高压环境下的强度以及密封性就成了研发过程中必须考虑的重要性能指标。为了测试仪器设备的承受超高压性能指标，就需要设计相应的超高压容器。
[0003]现有的超高压测试装置一般分为单体式超高压容器、热套式超高压容器、缠绕式超高压容器、管式超高压容器。管式超高压容器有着前面几个容器所不具备的优点，因而得到了广泛的应用。大多数超高压容器的设计、制造、安装和操作都是非常繁琐的，尤其无法满足一些小型部件压力测试对于机动性和易操作性的要求。
[0004]对于超高压测试，其压力介质也是事关安全的重要因素。在测试小型部件的时候，大型容器里面的填充介质增加了测试的危险性。
[0005]鉴于以上考虑，有必要设计出一款适合不同场合小型部件压力测试、易于加工制造的、可移动的、安全便捷的压力设备。
【发明内容】
[0006]根据本发明的一方面，提供了一种用于超高压测试的装置，所述装置包括:压力腔体，用于容纳待测部件；以及压力舱盖，用于覆盖所述压力腔体，其中所述压力舱盖中设有开口。
[0007]根据本发明的一方面，所述装置还包括注油口接头以及排气口堵头，其中所述注油口接头以及排气口堵头分别用于与所述开口之一连接。
[0008]根据本发明的一方面，其中所述压力腔体和所述压力舱盖之间采用梯形螺纹连接。
[0009]根据本发明的一方面，其中所述压力腔体与所述压力舱盖之间、以及所述开口与所述注油口接头和排气口堵头均用密封件进行密封。
[0010]根据本发明的一方面，其中所述压力腔体采用高强度合金钢材料制成，所述压力舱盖采用钛合金材料制成。
[0011 ] 根据本发明的一方面，其中所述密封件是橡胶密封圈。
[0012]根据本发明的一方面，其中所述压力舱盖、所述注油口接头以及所述排气口堵头都设有用于保护密封面的保护装置。
[0013]根据本发明的一方面，其中所述压力腔体周边缠绕有发热电阻丝。
[0014]根据本发明的另一方面，提供了一种用于超高压测试的方法，包括以下步骤:根据被测器件的大小，确定所需要填充的垫块组合；将所确定的垫块组合放入压力腔体内，之后放入被测器件；向所述压力腔体内注入压力介质；密封所述压力腔体以便进行测试。
[0015]根据本发明的另一方面，所述方法还包括:采用垫环将所述被测器件悬空。
[0016]根据本发明的另一方面，其中所述压力介质是硅油。
[0017]根据本发明的另一方面，所述方法还包括:将发热电阻丝缠绕在所述压力腔体周围以便将高温因素引入测试中。
[0018]根据本发明的另一方面，其中在所述压力腔体中内置传感器，所述传感器感测的信号经由集成到排气口堵头上的密封插针引出。
[0019]根据本发明的测试装置和方法克服了现有的超高压设备和测试方法存在的问题，并且制造简单、机动性强、操作简单、安全环保。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1示出了根据本发明的一个实施例的用于超高压测试的装置的整体示意图。
[0021]图2示出了图1中的所述装置的主要工作部件的剖面视图。
[0022]图3示出了根据本发明的一个实施例的填充垫块以及填充工具的示意图。
[0023]图4示出了根据本发明的一个实施例的密封面保护配件的示意图。
[0024]图5示出了根据本发明的一个实施例的用于保护脆弱部件的保护垫环的示意图。
[0025]图6示出了根据本发明的一个实施例的用于超高压测试的方法的流程图。
[0026]图7示出了根据本发明的一个实施例的承压接头及压力测试护帽的示意图。
[0027]【具体实施方式】:
现参考附图并结合实施例对本发明的超高压测试装置和方法做进一步说明。
[0028]参考图1，图1示出了根据本发明的一个实施例的用于超高压测试的装置的整体示意图。
[0029]如图1所示，根据本发明的一个实施例的超高压装置可以包括:压力腔体11，用于容纳待测部件；以及压力舱盖12，用于覆盖所述压力腔体11，其中所述压力舱盖12中设有两个开口，即注油口和排气口，所述注油口用于连接到外部油泵以便对压力腔体内部的压力介质进行加压，所述排气口用于从压力腔体中排出空气，从而保证在测试过程中压力腔体11内只有极少的空气。根据本发明的一个实施例，所述压力介质可以采用对环境污染很小的硅油。
[0030]此外，所述超高压装置还可以包括注油口接头13和排气口堵头14，其中所述注油口接头13以及排气口堵头14分别用于插入到所述注油口和排气口中。优选地，注油口接头13以及排气口堵头14与所述注油口和排气口之间用螺纹进行连接。本领域技术人员可以理解，注油口接头13以及排气口堵头14与所述注油口和排气口之间还可以采用任何其他适当的连接，本发明并不受限于此方面。
[0031]可选地，所述压力腔体11周边缠绕有发热电阻丝，以便将高温因素引入测试中。也就是说，在压力测试过程中，可以对所述电阻丝加电，使其产生热量，所述热量会使压力腔体及其内部的压力介质的温度升高。
[0032]可选地，所述压力腔体11与底板16通过筋板15固定(例如焊接)在一起，并且所述底板16可以例如通过螺栓固定到推车17上，以使得该测试装置具备良好的机动性从而将该测试装置定位到适当的位置。推车17底部安装有万向轮，该万向轮自带刹车(例如配备有专门的固定锁)，以保证压力测试过程中推车的固定。
[0033]如图1所示，在推车17上还可以配备有工具箱18，以便能够容纳该测试装置的其他工装和配件。此外，在推车17上还可以配备有警示装置19，以用于在压力测试过程中可以起到警戒的作用，例如发出警报以提示无关人员远离测试现场。该警示装置19可以是警示灯19 (即只有闪光，无声音)，如图1所示。可选地，该警示装置19也可以是其他类型的警报装置，如声音报警装置或其他类似的装置。警示装置19可以采用市电供电，或者可选地警示装置19可以采用独立电源(例如电池)供电，以便于在各种环境下使用。
[0034]所述压力腔体11可以采用高强度合金钢材料制成，并且所述压力舱盖12可以采用钛合金材料制成。优选地，所述压力腔体11可以采用高强度合金钢30CrMnSi2A制成，压力舱盖12可以采用钛合金TCll制成。此外，注油口接头13和排气口堵头14可以采用高强度不锈钢17-4PH制成，并且筋板15和底板16可以采用45号钢制成。当然，本领域技术人员可以为上述部件选择任何其他适当的材料，本发明在此方面并不受限。
[0035]参考图2，图2示出了图1中的压力测试装置的主要工作部件的剖面视图。
[0036]如图2所示，压力腔体11大致呈圆柱形的形状，并且采用车床加工，在压力腔体的侧壁和底部之间采用圆角过渡，以便减小应力集中。优选地，压力腔体11与压力舱盖12之间采用梯形螺纹连接，如图2所示。优选地，压力舱盖12中的注油口和排气口分别与注油口接头13和排气口堵头14用螺纹连接。所述压力腔体11与所述压力舱盖12之间、以及所述压力舱盖12中的注油口和排气口与所述注油口接头13和排气口堵头14之间均用密封件进行密封。优选地，所述密封件可以是橡胶密封圈。例如，如图2所示，所述压力腔体11与所述压力舱盖12之间可以采用2道O型橡胶密封圈(21)密封。压力舱盖12和注油口接头13、排气口堵头14之间也采用2道橡胶密封圈(22、23)密封。优选地，如图2所示，注油口接头13顶端有一锥形密封面，以与标准的密封快速接头形成锥面密封。例如，注油口接头与标准密封快速接头之间采用金属锥面密封，外接手压泵或者其他压力泵，以便将压力介质注入所述压力腔体11内。通过上述的根据本发明实施例的结构设计和密封设计，可以保证在HOMPa的压力下具备4倍的安全系数。
[0037]参考图3，图3示出了根据本发明的一个实施例的填充垫块以及填充工具的示意图。例如，图3的左边示出了一组填充垫块31、32及其安装工具33，右边示出了填充垫块31、32的相应截面图以及利用填充工具33填充所述垫块时的示意图。如图3所示，根据本发明的一个实施例的垫块(如31、32)的截面可以具有长方形或长方形结合梯形的形状。当然，本领域技术人员还可以在不脱离本发明的保护范围的情况下设计出其他形状的垫块。并且，垫块31、32的高度可以按照需要由本领域技术人员自行选择，而不脱离本发明的范围。如图3右部所示，垫块32 (即长方形垫块)中间具有穿过其的孔，以便于填充工具33穿过所述孔来固定一组垫块。此外，垫块31 (即长方形组合梯形的垫块)的中间也可以具有孔，但是该孔优选地并不贯穿垫块31。垫块31中的孔的内壁可以采用螺纹设计，使得填充工具33能够通过螺纹连接而固定到所述垫块31。这样，当如图3的右下部所示，若干长方形垫块32叠放在一起并且垫块31被放置在它们下面时，填充工具33能够穿过这些长方形垫块32并且通过螺纹连接拧到垫块31中，以便将这组垫块固定，从而可以方便地将其放入压力腔体内并且便于在测试结束后将垫块从压力腔体内取出。优选地，填充工具33的顶端有一倒角，与填充垫块31、32的倒角配合找正，以便于穿过所述垫块。
[0038]在测试过程之前，将预先确定的适当数量的所述垫块填充到压力腔体11中使之尽量填充满压力腔体，以便减小压力腔体内压力介质(例如硅油)的填充量，从而降低能量聚集，提高测试装置的安全性。
[0039]根据本发明的一个实施例，在压力测试过程之前，首先根据压力腔体的高度以及压力测试的有效高度(下面将对其进行详细描述)计算出所需垫块组的高度。然后用垫块31,32组合出需要的垫块组高度，用填充工具33穿过所有的垫块32，并且最后固定到垫块31的螺纹里。然后，将固定好的垫块组放入压力腔体11中，并拧出工具33。在测试结束后，可以利用填充工具33类似地将所有垫块32、31取出。
[0040]参考图4，图4示出了根据本发明的一个实施例的密封面保护配件的示意图。如上所述，压力腔体11与压力舱盖12之间、以及压力舱盖12中的注油口和排气口与注油口接头13和排气口堵头14之间均用密封件进行密封。为了保护这些密封面，所述压力舱盖、所述注油口接头以及所述排气口堵头都设有用于保护密封面的保护装置，诸如图4所示的安装在要保护的部件周围的保护装置41、42。优选地，所述保护装置均可以采用尼龙材料。本领域技术人员将理解，在不脱离本发明的范围的情况下，所述保护装置也可以采用其他适当的材料制成。
[0041]参考图5，图5示出了根据本发明的一个实施例的用于保护脆弱部件的保护垫环的示意图。在被测部件比较脆弱的情况下，例如，所述被测部件可能包含不可受力的部位，所述被测部件可能不适合于直接接触压力腔体11。此时，根据本发明的一个实施例，可以利用保护垫环将所述被测器件悬空，以便对其进行保护。图5示出了可以使用的保护垫环的一个示例的示意图及其截面图(如图5右部所示)。所述垫环可以采用圆柱体或长方体等形状，如本领域技术人员将理解的。需要注意的是，在如上所述的计算所需垫块的时候，如果使用了垫环，那么垫环的体积或者高度需要按照实心计算入被测部件的体积或者高度。
[0042]参考图6，图6示出了根据本发明的一个实施例的用于超高压测试的方法的流程图。在准备测试的过程中，可以将推车17移动到测试地点，并且将四个万向轮调整到刹车状态以便固定推车17以及其上的测试装置。如图6所示，所述测试方法可以开始于步骤601，其中根据被测器件的大小，确定所需要填充的垫块组合。例如，首先计算压力测试的有效高度。在没有使用垫环的情况下，压力测试的有效高度可以通过测量被测部件的高度而得出。在被测部件包含不可受力的部位并且为此使用了垫环的情况下，压力测试的有效高度大致等于被测部件的高度加上垫环的高度。然后，将压力腔体的有效高度(即压力腔体的内部腔室的高度)减去所述压力测试的有效高度计算得出所需垫块组的高度。然后，根据计算的所需垫块组的高度以及垫块31、32的高度，确定所需的垫块31、32的组合。例如，如果垫块31的高度为2cm，垫块32的高度为4cm，计算的所需垫块的高度为10cm，则可以确定出需要两个垫块32以及一个垫块31。应注意，上面给出的计算示例采用的是高度，在使用体积进行计算的情况下，所述垫环的体积应该按实心计算。
[0043]然后，所述测试方法前进到步骤602，其中将所确定的垫块组合放入压力腔体内并且之后放入被测器件。如上所述，可以利用填充工具33将上面确定的垫块组固定在一起并放入压力腔体的底部，然后取出填充工具33并且放入被测部件。然后，所述测试方法前进到步骤603，其中向压力腔体内注入压力介质，例如硅油。压力介质应注入至将要达到压力腔体的顶部。然后，所述测试方式前进到步骤604，其中密封所述压力腔体以便进行测试。根据本发明的一个实施例，所述密封可以包括盖上压力舱盖12并且连接注油口接头13和排气口堵头14。可选地，注油口接头13可长期连在压力舱盖12上。具体地，根据本发明的一个实施例，当硅油注入到接近压力腔体顶部的时候，将压力舱盖12盖上然后拧上注油口接头并用连接到注油口接头的外部油泵压入硅油，待排气口有硅油接近溢出，拧上排气口堵头，开始加压测试。可选地，在加压测试时，可以打开警示装置，以便指示测试正在进行中并且提醒无关人员远离测试地点。在加到目标压强(例如120MPa)后，保压一段时间(例如30min),观察并记录压强变化。
[0044]可选地，所述测试方法可以包括将发热电阻丝缠绕在所述压力腔体周围以便将高温因素引入测试中。具体地，在压力腔体11周边缠绕发热电阻丝，把密封插针集成到排气口堵头14上，在压力腔体内置热电偶传感器，所述传感器测量的信号由密封插针引出。
[0045]在测试结束后，卸掉压力。如需更换或者取出垫块组，则采用填充工具33，通过工具顶端的倒角和垫块的倒角，使工具33穿过垫块组32，然后旋转拧到垫块31的螺纹中，从而可以将整个垫块组从压力腔体11中提出来。
[0046]参考图7，图7示出了根据本发明的一个实施例的承压接头及压力测试护帽的示意图。下面结合图7对本发明的压力测试的过程进行说明。如图7所示，将对石油测井仪器部件(例如承压接头72)进行超高压测试，测试其强度和密封性。为此，设计了专门的压力测试护帽71，测试护帽71与半环螺环套73通过螺纹连接。半环螺环套73是两半的，扣在承压接头72上，用螺钉75紧固。测试护帽71内部有密封面，承压接头72上有2道密封槽76，二者通过橡胶密封圈密封。承压接头72的另一端则是通过3芯密封插针密封。这样，承压接头72的内部形成了密封的腔体。
[0047]承压接头72 —端的密封插针是脆弱部件，需要用垫环51垫起。测量出带压力测试护帽71的承压接头72的高度，再加上垫环的高度，即为压力测试的有效高度。用压力腔体的高度减去该有效高度，得出所需垫块组的高度。用垫块31、32组合出需要的垫块组高度，拿工具33穿过所有的垫块32，最后拧在垫块31的螺纹里。将垫块组放入压力腔体11中，拧出工具33。放下密封好的承压接头62，然后注入硅油，注到硅油将要到达腔体顶部。然后，将压力舱盖12盖上，拧上注油口接头并用连接到注油口接头的外部油泵压入硅油，待排气口有硅油接近溢出，拧上排气口堵头，开始加压测试。
[0048]上面仅以示例的方式描述了本发明的特定实施例。本领域技术人员将理解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对上述实施例的形式、细节、结构等做出改变，并且这些改变都意欲包含在如权利要求书所限定的本发明的范围内。
【权利要求】
1.一种用于超高压测试的装置，包括: 压力腔体，用于容纳待测部件；以及 压力舱盖，用于覆盖所述压力腔体，其中所述压力舱盖中设有开口。
2.如权利要求1所述的装置，还包括注油口接头以及排气口堵头，其中所述注油口接头以及排气口堵头分别用于与所述开口之一连接。
3.如权利要求1所述的装置，其中所述压力腔体和所述压力舱盖之间采用梯形螺纹连接。
4.如权利要求2所述的装置，其中所述压力腔体与所述压力舱盖之间、以及所述开口与所述注油口接头和排气口堵头均用密封件进行密封。
5.如权利要求1所述的装置，其中所述压力腔体采用高强度合金钢材料制成，所述压力舱盖采用钛合金材料制成。
6.如权利要求4所述的装置，其中所述密封件是橡胶密封圈。
7.如权利要求4所述的装置，其中所述压力舱盖、所述注油口接头以及所述排气口堵头都设有用于保护密封面的保护装置。
8.如权利要求1所述的装置，其中所述压力腔体周边缠绕有发热电阻丝。
9.一种用于超高压测试的方法，包括以下步骤: 根据被测器件的大小，确定所需要填充的垫块组合； 将所确定的垫块组合放入压力腔体内，之后放入被测器件； 向所述压力腔体内注入压力介质； 密封所述压力腔体以便进行测试。
10.如权利要求9所述的方法，还包括:采用垫环将所述被测器件悬空。
11.如权利要求9所述的方法，其中所述压力介质是硅油。
12.如权利要求9所述的方法，还包括:将发热电阻丝缠绕在所述压力腔体周围以便将高温因素引入测试中。
13.如权利要求12所述的方法，其中在所述压力腔体中内置传感器，所述传感器感测的信号经由集成到排气口堵头上的密封插针引出。
【文档编号】G01N3/12GK103674715SQ201210325039
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2012年9月5日 优先权日:2012年9月5日
【发明者】谢昱北, 刘鹏, 姚春明, 黄涛 申请人:中国石油集团长城钻探工程有限公司