一种大尺寸大变形橡胶筒密封性能测试系统及方法

1.本发明涉及密封性能测试装备领域，具体涉及一种大尺寸大变形橡胶筒密封性能测试系统及方法。


背景技术：

2.石油、天然气是现代社会目前不可缺少的资源。它们既是重要的能源材料，也是不可缺少的化工材料，从燃油到纺织品，从自行车到飞机，从吃饭到睡觉，我们生活的方方面面都有石油天然气产品的踪影。在新的替代能源没有普及之前，石油天然气将成为主宰国计民生的重要战略资源。
3.目前我国油气运输管道里程数逐年增加，随着管道服役时间增长，其自身安全问题将越来越突出，导致管道泄漏事故呈逐年增加趋势，因此，管道后期运维作业技术及装置对于保障其持续安全可靠运行至关重要。在油气管道维抢修及改线作业中，管道智能封堵机器人装置相比于其他的传统技术及装置有着显著的优势。目前，管道智能封堵机器人装置相关研究在国内刚刚起步，相关产品较少，但随着管道运输的发展，管道智能封堵机器人装置作为管道维修、改线等作业中的关键工具，将具有很大市场。目前与之对应的橡胶筒密封试验系统很匮乏，尤其是可用于管道智能封堵机器人装置中橡胶筒密封技术研究的试验系统较少，并且试验压力、流量参数设置单一，设备过于昂贵，费用过高等问题。
4.大尺寸大变形橡胶筒是管道封堵机器人最为重要的核心组成部件之一，其作用主要是密封管道、隔绝管道内油气和保护管道。现场使用中，橡胶筒的密封性和变形能力尤为重要，需要发明一套测试橡胶筒性能的实验系统。对于目前现有的实验系统来说，系统可以测试特定型号的橡胶筒密封性能，但对于不同规格的橡胶筒无法通用，控制系统不够完善，采集数据不方便等问题。
5.地下储气库是将长输管道输送来的商品天然气重新注入地下空间而形成的一种人工气田或气藏，其运作以年为周期，“冬春采气，夏秋注气”是我国储气库的运作流程。与地面球罐等方式相比较，地下储气库具有以下优点：储存量大，机动性强，调峰范围广；经济合理，虽然造价高，但是经久耐用，使用年限长达30～50年或更长；安全系数大，安全性远远高于地面设施。
6.大尺寸气密封封隔器是储气库井下完井设备的主要部件之一，是用于封隔油套环空的关键工具，也是储气库井中井完整性屏障的重要设备。封隔器是利用密封原件胶筒来封隔油管和套管，进而在油、套管间形成环形空间，将油、气分层，分隔成互不干扰的独立系统，从而实现无套压安全生产等。与其他完井工具相比，封隔器结构复杂，不仅要保证下入过程的安全可靠，同时要保证坐封的顺利实施，坐封后除了保证坐封后满足环空验封的要求外，在储气库井的整个生命周期内，要一直保持环空封隔的要求，对可取式封隔器还要确保后期通过回收机制能顺利起出封隔器。目前尚无针对储气库使用的大尺寸封隔器的密封性能试验测试系统，且现有类似的封隔器密封性能测试装置的控制系统的功能不够全面，系统的密封性能等级不够等问题。
7.因此，需要发明一种大尺寸大变形胶筒密封性能测试系统，满足对油气管道智能封堵机器人和储气库封隔器中大尺寸大变形胶筒密封性能测试的需求。
8.所发明的大尺寸大变形橡胶筒密封性能测试系统需满足以下需求：
9.1.大尺寸大变形橡胶筒密封性能测试系统能够开展不同压力油气介质模拟的试验。
10.2.受管道智能封堵机器人及封隔器工作环境的影响，橡胶筒密封试验系统需要对管道内或者油气井下的工况进行真实的模拟。
11.3.大尺寸大变形橡胶筒密封性能测试系统能够模拟出不同密封速度。
12.4.大尺寸大变形橡胶筒密封性能测试系统应能够对不同结构类型及材质的橡胶筒进行性能密封实验。


技术实现要素：

13.本发明的目的在于：为管道智能封堵机器人和井下封隔器中橡胶筒密封核心技术研究提供一种大尺寸大变形橡胶筒密封试验系统及方法，实现了管道智能封堵机器人橡胶筒和封隔器橡胶筒密封作业全工况模拟，传感器设置有效地实时监测试验参数，通过控制台集中控制插装阀的开闭和传感器数据的收集，可以模拟出封堵液压缸活塞杆不同运动速度时，橡胶筒不同密封速度，从而为管道智能封堵机器人样机设计及优化提供试验平台，测试封隔器胶筒密封性能，有效地提高了整体发明效率。
14.本发明采用如下技术方案：
15.1.一种大尺寸大变形橡胶筒密封性能测试系统，其特征在于，包括：法兰盘、封堵液压缸、导向拉杆、活塞法兰盘、左接头、模拟管道、橡胶筒、右接头、套筒、密封圈、密封环、可更换套管、蓄能器、液压泵站、手动截止阀ⅰ、插装阀ⅰ、压力传感器ⅰ、控制台、空气压缩机站、手动截止阀ⅱ、溢流阀、压力传感器ⅱ、插装阀ⅱ和位移传感器。
16.法兰盘与封堵液压缸左端法兰盘通过螺栓连接，封堵液压缸右端活塞杆与活塞法兰盘通过螺纹连接，活塞法兰盘与左接头通过螺栓连接，橡胶筒内壁与可更换套管的外侧面配合，模拟管道与右接头通过导向拉杆连接，模拟管道与右接头之间有密封圈。
17.2.根据权利要求1所述的一种大尺寸大变形橡胶筒密封性能测试系统，其特征在于：所述的液压泵站输出流量可调，以调节封堵液压缸活塞杆推出速度，模拟不同封堵速度。
18.3.根据权利要求1所述的一种大尺寸大变形橡胶筒密封性能测试系统，其特征在于：测试系统配有不同直径尺寸的套筒和可更换套管，为模拟油气管道和封隔器的工作环境和适应两种工作环境下橡胶筒尺寸差异。
19.4.根据权利要求1所述的一种大尺寸大变形橡胶筒密封性能测试系统的方法，其特征在于：它包括以下步骤：
20.s1：调试安装过程，具体包括以下步骤：
21.准备好待试验的橡胶筒，将法兰盘、封堵液压缸、活塞法兰盘、左接头、模拟管道安装固定好，并将封堵液压缸的进油口以及出油口与液压管线连接好，调试好控制台，开始试验；
22.s2：模拟油气管道压力和封隔器压力过程，具体包括以下步骤：
23.s21：测试管道智能封堵机器人橡胶筒密封性能时，操作控制台开启空气压缩机站和手动截止阀ⅱ，向橡胶筒与模拟管内的舱里充气，此时橡胶筒处于未密封状态，查看控制台上压力传感器ⅱ的数值是否为0；
24.s22：测试井下封隔器橡胶筒密封性能时，将右接头更换成内径更大的接头，加入密封圈保证模拟管道密封性能，更换不同尺寸的套筒，根据橡胶筒端面角度不同，安装可更换套管，在右接头和套筒之间加入密封环，维持测试系统前后密封性能不变，向橡胶筒与模拟管道内的舱里充气，此时橡胶筒处于未密封状态，查看控制台上压力传感器ⅱ的数值是否为0；；
25.s3：封堵力施加过程，具体包括以下步骤：
26.操作控制台，开启液压泵站、插装阀ⅰ，封堵液压缸活塞杆右移，挤压橡胶筒使其接触模拟管道内壁，查看控制台，记录此刻压力传感器ⅰ的数值，计算封堵液压缸推力大小；
27.s4：橡胶筒密封试验过程，具体包括以下步骤：
28.s41：继续向封堵液压缸内充液，查看控制台，压力传感器ⅱ的数值逐渐增大直至稳定在空气压缩机站输出压力值附近，此时橡胶筒与模拟管道之间形成了密封舱；
29.s42：查看控制台，记录压力传感器ⅰ和位移传感器的数值，计算使橡胶筒密封模拟管道的液压缸推力和轴向位移大小。在这个过程中，若压力传感器ⅱ的压力值降低或者整个装置有漏气的声音，则实验终止；
30.s5：橡胶筒密封速度试验过程，具体包括以下步骤：
31.操作控制台，调节液压泵站输出流量，改变封堵液压缸活塞杆推出速度，查看控制台位移传感器反馈的时间位移关系，计算橡胶筒在不同液压泵站输出流量下的不同密封速度；
32.s6：关闭电源，拆卸试验工具，整理管线；
33.s7：试验完成，整理试验数据。
34.采用上述技术方案后，本发明具有如下有益效果：
35.1.空气压缩机能够持续不断的向模拟管道内打压，有效地模拟了高压管道油气。
36.2.测试系统适用于测试管道智能封堵机器人和井下封隔器两种工作环境下橡胶筒的密封性能。
37.3.试验装置拆装方便，在地面上实现了橡胶筒密封作业时的管道内高压工况模拟。
38.4.实现了对试验过程数据的实时监控和试验装置的集中控制，同时，液压泵站可输出不同的流量，以调节封堵液压缸活塞杆推出速度，模拟橡胶筒不同密封速度。
附图说明
39.图1为本发明试验系统结构示意图；
40.图2为本发明提供的一种橡胶筒密封试验方法流程图；
41.图3为本发明提供的控制台结构图；
42.图中，1为法兰盘、2为封堵液压缸、3为导向拉杆、4为活塞法兰盘、5为左接头、6为模拟管道、7为橡胶筒、8为右接头、9为套筒、10为密封圈、11为密封环、12为可更换套管、13为蓄能器、14为液压泵站、15为手动截止阀ⅰ、16为插装阀ⅰ、17为压力传感器ⅰ、18为控制台、
19为空气压缩机站、20为手动截止阀ⅱ、21为溢流阀、22为压力传感器ⅱ、23为插装阀ⅱ、24为位移传感器。
具体实施方式
43.为了使本实用的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图对本发明做进一步的描述，在本发明的描述中，需要理解的是，使用
“ⅰ”
、
“ⅱ”
等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对上述零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
44.如图1所示，一种大尺寸大变形橡胶筒密封性能测试系统，包括：法兰盘(1)、封堵液压缸(2)、导向拉杆(3)、活塞法兰盘(4)、左接头(5)、模拟管道(6)、橡胶筒(7)、右接头(8)、套筒(9)、密封圈(10)、密封环(11)、可更换套管(12)、蓄能器(13)、液压泵站(14)、手动截止阀ⅰ(15)、插装阀ⅰ(16)、压力传感器ⅰ(17)、控制台(18)、空气压缩机站(19)、手动截止阀ⅱ(20)、溢流阀(21)、压力传感器ⅱ(22)、插装阀ⅱ(23)和位移传感器(24)。
45.所述的法兰盘(1)与封堵液压缸(2)左端法兰盘通过螺栓连接，封堵液压缸(2)右端活塞杆与活塞法兰盘(4)通过螺纹连接，活塞法兰盘(4)与左接头(5)通过螺栓连接，橡胶筒(7)内壁与左接头(5)的支撑套配合，模拟管道(6)与右接头(8)通过导向拉杆(3)连接。
46.所述的压力传感器ⅰ(17)能够实时监测封堵液压缸(2)系统压力，压力传感器ⅱ(22)能够实时监测管道模拟油气压力。
47.所述的橡胶筒(7)密封住油气时的轴向变形位移可由位移传感器(24)检测。
48.所述插装阀ⅰ(15)、插装阀ⅱ(23)可由控制台(18)远程控制，能够改变进出油口。
49.所述的溢流阀(21)在试验系统中起安全保护作用。
50.所述的模拟管道(6)与右接头(8)之间设置有密封圈(10)，通过螺栓拧紧，使模拟管道(6)与橡胶筒(7)之间形成密封舱。
51.所述的液压泵站(14)输出流量可调，以调节封堵液压缸(2)活塞杆推出速度，模拟不同封堵速度。
52.所述蓄能器(13)压力设置为测试系统的最高压力，在系统运转过程中，如果发生泄漏导致系统内压力下降，蓄能器(13)开始补压，维持压力不变。
53.如图2所示，本技术基于上述一种橡胶筒密封试验方法流程图，如图3所示还提供了一种测试系统的控制台(18)结构图，该方法包括以下步骤：
54.s1：调试安装过程，具体包括以下步骤：
55.s1：调试安装过程，具体包括以下步骤：
56.准备好待试验的橡胶筒(7)，将法兰盘(1)、封堵液压缸(2)、活塞法兰盘(4)、左接头(5)、模拟管道(6)安装固定好，并将封堵液压缸(2)的进油口以及出油口与液压管线连接好，调试好控制台(18)，开始试验；
57.s2：模拟油气管道压力和封隔器压力过程，具体包括以下步骤：
58.s21：测试管道智能封堵机器人橡胶筒密封性能时，操作控制台(18)开启空气压缩机站(19)和手动截止阀ⅱ(20)，向橡胶筒(7)与模拟管道(6)内的舱里充气，此时橡胶筒处于未密封状态，查看控制台(18)上压力传感器ⅱ(22)的数值是否为0；
59.s22：测试井下封隔器橡胶筒密封性能时，将右接头(8)更换成内径更大的接头，加
入密封圈(10)保证模拟管道(6)密封性能，更换不同尺寸的套筒(9)，根据橡胶筒端面角度不同，安装可更换套管(12)，在右接头(8)和套筒(9)之间加入密封环(11)，维持测试系统前后密封性能不变，向橡胶筒(7)与模拟管道(6)内的舱里充气，此时橡胶筒处于未密封状态，查看控制台(18)上压力传感器ⅱ(22)的数值是否为0；；
60.s3：封堵力施加过程，具体包括以下步骤：
61.操作控制台(18)，开启液压泵站(14)、插装阀ⅰ(16)，封堵液压缸(2)活塞杆右移，挤压橡胶筒(7)使其接触模拟管道(6)内壁，查看控制台(18)，记录此刻压力传感器ⅰ(17)的数值，计算封堵液压缸(2)推力大小；
62.s4：橡胶筒密封试验过程，具体包括以下步骤：
63.s41：继续向封堵液压缸(2)内充液，查看控制台(18)，压力传感器ⅱ(22)的数值逐渐增大直至稳定在空气压缩机站(19)输出压力值附近，此时橡胶筒(7)与模拟管道(6)之间形成了密封舱；
64.s42：查看控制台(18)，记录压力传感器ⅰ(17)和位移传感器(24)的数值，计算使橡胶筒(7)密封模拟管道(6)的液压缸推力和轴向位移大小。在这个过程中，若压力传感器ⅱ(22)的压力值降低或者整个装置有漏气的声音，则实验终止；
65.s5：橡胶筒密封速度试验过程，具体包括以下步骤：
66.操作控制台(18)，调节液压泵站(14)输出流量，改变封堵液压缸(2)活塞杆推出速度，查看控制台(18)位移传感器(24)反馈的时间位移关系，计算橡胶筒(7)在不同液压泵站(14)输出流量下的不同密封速度；
67.s6：关闭电源，拆卸试验工具，整理管线；
68.s7：试验完成，整理试验数据。
69.最后所应说明的是：以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应该理解：依然可以对本专利进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

技术特征：
1.一种大尺寸大变形橡胶筒密封性能测试系统，其特征在于，包括：法兰盘(1)、封堵液压缸(2)、导向拉杆(3)、活塞法兰盘(4)、左接头(5)、模拟管道(6)、橡胶筒(7)、右接头(8)、套筒(9)、密封圈(10)、密封环(11)、可更换套管(12)、蓄能器(13)、液压泵站(14)、手动截止阀ⅰ(15)、插装阀ⅰ(16)、压力传感器ⅰ(17)、控制台(18)、空气压缩机站(19)、手动截止阀ⅱ(20)、溢流阀(21)、压力传感器ⅱ(22)、插装阀ⅱ(23)和位移传感器(24)；法兰盘(1)与封堵液压缸(2)左端法兰盘通过螺栓连接，封堵液压缸(2)右端活塞杆与活塞法兰盘(4)通过螺纹连接，活塞法兰盘(4)与左接头(5)通过螺栓连接，橡胶筒(7)内壁与可更换套管(12)的外侧面配合，模拟管道(6)与右接头(8)通过导向拉杆(3)连接，模拟管道(6)与右接头(8)之间有密封圈(10)。2.根据权利要求1所述的一种大尺寸大变形橡胶筒密封性能测试系统，其特征在于：所述的液压泵站(14)输出流量可调，以调节封堵液压缸(2)活塞杆推出速度，模拟不同油气介质压力。3.根据权利要求1所述的一种大尺寸大变形橡胶筒密封性能测试系统，其特征在于：测试系统配有不同直径尺寸的套筒(9)和可更换套管(12)，为模拟油气管道和封隔器的工作环境和适应两种工作环境下橡胶筒尺寸差异。4.根据权利要求1所述的一种大尺寸大变形橡胶筒密封性能测试系统的方法，其特征在于：它包括以下步骤：s1：调试安装过程，具体包括以下步骤：准备好待试验的橡胶筒(7)，将法兰盘(1)、封堵液压缸(2)、活塞法兰盘(4)、左接头(5)、模拟管道(6)安装固定好，并将封堵液压缸(2)的进油口以及出油口与液压管线连接好，调试好控制台(18)，开始试验；s2：模拟油气管道压力和封隔器压力过程，具体包括以下步骤：s21：测试管道智能封堵机器人橡胶筒密封性能时，操作控制台(18)开启空气压缩机站(19)和手动截止阀ⅱ(20)，向橡胶筒(7)与模拟管道(6)内的舱里充气，此时橡胶筒处于未密封状态，查看控制台(18)上压力传感器ⅱ(22)的数值是否为0；s22：测试井下封隔器橡胶筒密封性能时，将右接头(8)更换成内径更大的接头，加入密封圈(10)保证模拟管道(6)密封性能，更换不同尺寸的套筒(9)，根据橡胶筒端面角度不同，安装可更换套管(12)，在右接头(8)和套筒(9)之间加入密封环(11)，维持测试系统前后密封性能不变，向橡胶筒(7)与模拟管道(6)内的舱里充气，此时橡胶筒处于未密封状态，查看控制台(18)上压力传感器ⅱ(22)的数值是否为0；s3：封堵力施加过程，模拟油气介质压力，具体包括以下步骤：操作控制台(18)，开启液压泵站(14)、插装阀ⅰ(16)，封堵液压缸(2)活塞杆右移，挤压橡胶筒(7)使其接触模拟管道(6)内壁，查看控制台(18)，记录此刻压力传感器ⅰ(17)的数值，计算封堵液压缸(2)推力大小；s4：橡胶筒密封试验过程，具体包括以下步骤：s41：继续向封堵液压缸(2)内充液，查看控制台(18)，压力传感器ⅱ(22)的数值逐渐增大直至稳定在空气压缩机站(19)输出压力值附近，此时橡胶筒(7)与模拟管道(6)之间形成了密封舱；s42：查看控制台(18)，记录压力传感器ⅰ(17)和位移传感器(24)的数值，计算使橡胶筒
(7)密封模拟管道(6)的液压缸推力和轴向位移大小。在这个过程中，若压力传感器ⅱ(22)的压力值降低或者整个装置有漏气的声音，则实验终止；s5：橡胶筒密封速度试验过程，具体包括以下步骤：操作控制台(18)，调节液压泵站(14)输出流量，改变封堵液压缸(2)活塞杆推出速度，查看控制台(18)位移传感器(24)反馈的时间位移关系，计算橡胶筒(7)在不同液压泵站(14)输出流量下的不同密封速度；s6：关闭电源，拆卸试验工具，整理管线；s7：试验完成，整理试验数据。

技术总结
本发明涉及一种大尺寸大变形橡胶筒密封性能测试系统及方法，包括法兰盘、封堵液压缸、导向拉杆、左接头、模拟管道、橡胶筒、右接头、套筒、密封圈、密封环、可更换套管、蓄能器、液压泵站、手动截止阀、插装阀Ⅰ、压力传感器Ⅰ、控制台、空气压缩机站、溢流阀、插装阀Ⅱ、压力传感器Ⅱ和位移传感器，采用上述技术方案能可靠实现管道智能封堵机器人橡胶筒密封作业和封隔器橡胶筒密封作业全工况模拟，试验过程能够实时监测试验参数，并且有效地模拟出封堵液压缸活塞杆不同运动速度时，橡胶筒不同密封速度。橡胶筒不同密封速度。橡胶筒不同密封速度。


技术研发人员：唐洋 关绵涛 王金忠 王国荣 刘清友 王远 吴杰 魏剑飞 袁国海 高翔 王成林 何胤
受保护的技术使用者：西南石油大学
技术研发日：2023.07.04
技术公布日：2023/10/6