專利名稱：井下液壓元件試驗(yàn)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種測試裝置，具體說涉及一種井下液壓元件試驗(yàn)裝置。
背景技術(shù)：
由于液壓系統(tǒng)重量輕、體積小、運(yùn)動慣性小、反應(yīng)速度快、操縱控制方 便、容易實(shí)現(xiàn)機(jī)械的自動化，當(dāng)采用電液聯(lián)合控制后，不僅可實(shí)現(xiàn)更高精度 的自動控制，而且可以實(shí)現(xiàn)遙控，所以液壓傳動得到了廣泛的運(yùn)用。近年來 越來越多的井下儀器比如地層測試、井壁取芯、隨鉆等儀器均采用了液壓系 統(tǒng)來完成其井下各種復(fù)雜的功能。但是液壓系統(tǒng)主要依靠控制電機(jī)、泵、閥 等元件來實(shí)現(xiàn)其各項(xiàng)功能，并且井下儀器工況比較復(fù)雜、環(huán)境比較惡劣，對 液壓元件的各種性能要求比較高，這些元件的可靠性、穩(wěn)定性決定了整個(gè)液 壓系統(tǒng)的性能。為了保證液壓元件井下工作的可靠性及穩(wěn)定性，根據(jù)井下液 壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及原理，研究、設(shè)計(jì)井下液壓元件高溫高壓試驗(yàn)裝置，檢 測或篩選液壓元件使其各項(xiàng)性能指標(biāo)達(dá)到要求具有非常重要的意義。
如圖1所示，是現(xiàn)有技術(shù)中井下液壓元件高溫高壓試驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)示意 圖。該試驗(yàn)裝置的外部是耐壓殼體11，耐壓殼體11的內(nèi)部充滿液壓油。在
耐壓殼體11上設(shè)置有端蓋12、打壓口 15;端蓋12可以打開，打壓口 15用 于給耐壓殼體ll內(nèi)部打壓并建立液壓系統(tǒng)外部的高壓環(huán)境。在端蓋12設(shè)置 有承壓接頭13，電纜線14通過承壓接頭13進(jìn)入耐壓殼體11的內(nèi)部，并給耐 壓殼體ll內(nèi)部浸泡在液壓油中的液壓動力電機(jī)和電磁閥等供電。泵的出口和 實(shí)驗(yàn)塊16相連接，被測試的液壓元件安裝在實(shí)驗(yàn)塊16內(nèi)部。
井下液壓系統(tǒng)外界是高溫高壓的泥漿環(huán)境，而且隨著井深的變化，泥漿 柱壓力及溫度也隨著變化，所以完全模擬井下高溫高壓環(huán)境，則必須設(shè)計(jì)幾 十乃至幾百兆帕并具有加溫功能的高壓容器(例如圖1中耐壓殼體ll)，并 且溫度及壓力均可調(diào)，這樣，導(dǎo)致試驗(yàn)裝置非常龐大復(fù)雜。另外為了試驗(yàn)時(shí)更換元件方便，還必須設(shè)計(jì)笨重的端蓋12、承壓接頭13，然后高溫高壓容器 里的測試系統(tǒng)還必須與井下液壓系統(tǒng)原理一致。這樣，現(xiàn)有的試驗(yàn)裝置雖然 完全^t擬了井下的高溫高壓環(huán)境，但帶來一系列的問題
1、 試驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)非常龐大笨重而復(fù)雜；
2、 實(shí)現(xiàn)端蓋12的密封并保證其耐壓強(qiáng)度非常困難；
3、 必須具有相關(guān)的資質(zhì)才能進(jìn)行此類試驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)、制造，其費(fèi)用相 當(dāng)昂貴，將高達(dá)一般試驗(yàn)裝置的十幾倍乃至幾十倍；
4、 試驗(yàn)裝置的使用必須通過相關(guān)政府部門的審批，并備案；
5、 使用時(shí)非常危險(xiǎn)，操作相當(dāng)困難，試驗(yàn)時(shí)必須冷卻后，拆掉壓力容器 的端蓋ll,然后再拆卸、更換液壓元件，加溫比較緩慢，大大降低了效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種井下液壓元件試驗(yàn)裝置，可以避免 使用特殊的抗壓設(shè)計(jì)和使用笨重的耐壓殼體，而能達(dá)到試驗(yàn)的目的。
為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種井下液壓元件試驗(yàn)裝置，包括控 制部分和試驗(yàn)臺；所述試驗(yàn)臺包括油箱、^a系統(tǒng)和實(shí)驗(yàn)塊，所述油箱的壓 力與外界環(huán)境壓力相等，所述液壓系統(tǒng)的出口與所述實(shí)驗(yàn)塊相連^f矣；所述液
壓系統(tǒng)安裝有溢流閥，所述溢流閥的溢流口與所述油箱相連；所述實(shí)驗(yàn)塊用 于安裝被測試的液壓元件，所述實(shí)驗(yàn)塊設(shè)置有壓力傳感器；所述控制部分用 于接收所述壓力傳感器的輸出信號。
優(yōu)選的，所述油箱內(nèi)部設(shè)置有加熱器，所述加熱器的控制端設(shè)置在所述 控制部分。
優(yōu)選的，所述液壓系統(tǒng)包括驅(qū)動電機(jī)、液壓泵、溢流閥和電i茲閥，所 述驅(qū)動電機(jī)用于給所述液壓泵提供動力，所述液壓泵的出口與所述實(shí)驗(yàn)塊相 連，所述液壓系統(tǒng)的出口壓力大小通過調(diào)節(jié)所述溢流閥來實(shí)現(xiàn)。
優(yōu)選的，所述油箱設(shè)置有溫度傳感器，所述溫度傳感器用于對測試過程 中的溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)采集，并將釆集到的溫度數(shù)據(jù)上傳給所述控制部分。
優(yōu)選的，所述控制部分設(shè)置有PC機(jī)，所述PC機(jī)裝有測試軟件；所述測試軟件用于監(jiān)測所述液壓元件的工況，對-故測試的液壓元件進(jìn)行自動控制， 以及對試驗(yàn)過程中的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集。
優(yōu)選的，所述壓力傳感器的輸出信號傳遞到所述PC機(jī)。
優(yōu)選的，所述油箱設(shè)置有溫度傳感器，所述溫度傳感器用于對測試過程 中的溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)采集，并將采集到的溫度數(shù)據(jù)上傳給所述PC機(jī)。
本發(fā)明不需要^t擬井下泥漿柱的壓力，而只需^t擬系統(tǒng)壓力及井下高溫 環(huán)境來測試井下液壓元件工作性能，即達(dá)到試驗(yàn)的目的。采用本發(fā)明，可以 避免使用特殊的抗壓設(shè)計(jì)和使用笨重的耐壓殼體，使得設(shè)計(jì)和制造費(fèi)用大大 降低，操作和更換元器件快速方便，提高了測試效率。而且釆用小管線(不
超過25mm)及小孔徑的流體通道，避免了使用壓力容器或壓力管道。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)中井下液壓元件高溫高壓試驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是本發(fā)明中推導(dǎo)壓力補(bǔ)償時(shí)的井下液壓系統(tǒng)的應(yīng)用場景示意圖； 圖3是本發(fā)明中井下液壓元件試驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明井下液壓元件測試裝置不需才莫擬井下泥漿柱壓力，而只需建立相 同的系統(tǒng)壓力及高溫環(huán)境即可達(dá)到模擬試驗(yàn)?zāi)康摹?br> 由于井下儀器外界受到泥漿柱壓力的作用，為了消除隨井深的變化泥漿 柱壓力對液壓系統(tǒng)的影響，需對泥漿柱壓力進(jìn)行自動補(bǔ)償，通過使用壓力補(bǔ) 償器(通常稱壓力平衡裝置)來實(shí)現(xiàn)壓力平衡?，F(xiàn)在常用的壓力補(bǔ)償器有皮 嚢式、金屬薄膜式、波紋管式及彈簧活塞式等類型，雖然結(jié)構(gòu)不同，但是功 能和目的都是一樣的。
如果不采用壓力補(bǔ)償技術(shù)一方面對密封有很高的要求，微小的泥漿滲漏 都有可能導(dǎo)致元器件甚至整個(gè)系統(tǒng)的毀滅，而且隨著井深的變化，各元件將 逐步承受由內(nèi)壓到外壓的變化，這使得系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)將變得復(fù)雜；另一方面， 對于傳統(tǒng)的用耐壓殼體包裹的電液驅(qū)動裝備和控制系統(tǒng)后再驅(qū)動執(zhí)行元件的
5方式，其笨重的耐壓結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也直接影響到系統(tǒng)本體重量，進(jìn)而影響到能源 動力、工作效率、系統(tǒng)可維護(hù)性和可靠性等一系列問題。因此，對井下液壓 系統(tǒng)來說，采用壓力補(bǔ)償技術(shù)，不僅可以使系統(tǒng)避免特殊的抗壓設(shè)計(jì)和使用 笨重的耐壓殼體，而且能很好地解決外界泥漿環(huán)境對液壓系統(tǒng)的影響。
如圖2所示，是本發(fā)明中推導(dǎo)壓力補(bǔ)償時(shí)的井下液壓系統(tǒng)的應(yīng)用場景示意 圖，下面結(jié)合壓力補(bǔ)償技術(shù)對本發(fā)明的可行性進(jìn)行論證。
液壓系統(tǒng)在井下工作時(shí)，油箱22外部是高溫高壓泥漿環(huán)境，液壓元件浸 泡在油箱22里。油箱22的一端有壓力補(bǔ)償器21,泥漿液的壓力用P絲表示，油 箱22的內(nèi)部壓力用P油箱表示。當(dāng)壓力補(bǔ)償器21受到泥漿柱壓力作用時(shí)，壓力補(bǔ) 償器21就會在壓差的作用下向低壓端移動或變形，直到兩端的壓差相等，即
^泥漿^^油箱(忽略彈簧的彈力或預(yù)壓縮力)。這樣盡管井深在變化，但油 箱22內(nèi)部的壓力總與外部泥漿柱壓力實(shí)現(xiàn)動態(tài)平衡，油箱22殼體所受到的內(nèi) 外壓差近似為零，這樣就能夠?qū)崿F(xiàn)對不同井深泥漿柱壓力的補(bǔ)償。
在壓力補(bǔ)償器21的作用下，油箱22的內(nèi)部壓力等于泥漿柱的壓力，這才羊 液壓泵23的吸油口壓力也就是系統(tǒng)的回油壓力，與外部泥漿柱壓力相等
(P泵入口^P油箱)，因此回油路的內(nèi)外壓力是平衡的。對于供油管路，它 的內(nèi)部壓力即液壓泵23的出口壓力等于系統(tǒng)的工作壓力加上外部泥漿柱的壓
力(^泵出n = ^系統(tǒng)+ P油箱)，也就是i兌，供油管受外部的泥漿柱壓力也得到 了自動補(bǔ)償。這樣采用自動補(bǔ)償式井下液壓動力源消除了泥漿柱壓力對液壓 系統(tǒng)的影響，保證儀器作業(yè)時(shí)系統(tǒng)壓力穩(wěn)定及較高的工作效率。
另外，井下液壓系統(tǒng)元件采用了浸油方式設(shè)計(jì)，即被測試的液壓元件浸 泡在油箱22里，現(xiàn)對液壓系統(tǒng)中幾種元器件分析其工作原理
1、 液壓泵23
液壓泵23入口壓力/ 栗入口=/ 油箱； 液壓泵23出口壓力/ 泵出口=/ 系統(tǒng)+/ 油箱；
所以液壓泵23輸出功率尸栗輸出= ^*/ 系統(tǒng)，式中《是液壓泵 23的流量，Ap是液壓泵23的進(jìn)出口壓差；
2、 液壓泵23的驅(qū)動電機(jī)驅(qū)動電機(jī)輸出功率尸電機(jī)輸出=尸泵輸入，即尸電機(jī)輸出式中《是
液壓泵23的流量，A/ 是液壓泵23的進(jìn)出口壓差； 3、常閉電磁閥24
a) 常閉電磁閥24在開啟的瞬間 常閉電磁閥24入口壓力P入口 =/ 系統(tǒng)+^油箱； 常閉電磁閥24出口壓力； 出口 = p油箱；
所以，常閉電磁閥24在開啟的瞬間入口與出口之間的壓差A(yù)/ 二 p系統(tǒng)；
b) 在工作過程中常閉電磁閥24處于打開狀態(tài)，相當(dāng)于一個(gè)通路，所以， 常閉電磁閥24入口壓力/ 入口=卩系統(tǒng)+尸油箱；
常閉電磁閥24出口壓力/ 出口=; 系統(tǒng)+/ 油箱；
所以常閉電磁閥24在開啟過程中入口與出口之間的壓差A(yù)/ = 0
c) 當(dāng)常閉電磁閥24關(guān)閉時(shí)
常閉電磁閥24入口壓力/ 入口=/ 系統(tǒng)+/ 油箱
常閉電磁閥24出口壓力/ 出口 = / 負(fù)載+ / 油箱
所以，在關(guān)閉瞬間常閉電磁閥24入口與出口之間的壓差 Ap = p系統(tǒng)一 p負(fù)載(而負(fù)載與泥漿柱壓力無關(guān))。
從以上分析可知，這幾種液壓元件工作性能與泥漿柱壓力無關(guān)，即液壓 元件在井下工作時(shí)不受泥漿柱壓力的影響。
經(jīng)過研究分析，井下液壓系統(tǒng)在壓力補(bǔ)償器21的作用下，其他液壓元件 的工作性能同樣也不受泥漿柱壓力的影響，即與地面環(huán)境下的工作性能一致。
由于井下液壓系統(tǒng)在壓力補(bǔ)償器21的作用下，液壓元件的工作性能不受 泥漿柱壓力的影響，所以井下液壓元件試驗(yàn)裝置不需要沖莫擬井下泥漿柱高壓 的環(huán)境，而只要模擬井下高溫環(huán)境及系統(tǒng)壓力即可達(dá)到模擬試驗(yàn)的目的。
如圖3所示，是本發(fā)明中井下液壓元件試驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，井下液壓 元件試驗(yàn)裝置整體上包括實(shí)驗(yàn)臺和控制部分。
實(shí)驗(yàn)臺用于安裝被測試的液壓元件，包括實(shí)驗(yàn)塊31和液壓系統(tǒng)，實(shí)驗(yàn)塊 31可承受高壓，液壓元件被測試時(shí)安裝在該實(shí)驗(yàn)塊31內(nèi)，并浸泡在的液壓油里。液壓系統(tǒng)包括液壓泵23、液壓泵23的驅(qū)動電機(jī)、電磁閥24和溢流閥，液 壓泵23的出口與實(shí)驗(yàn)塊31相連，液壓系統(tǒng)安裝有溢流閥，溢流閥的溢流口與 油箱33相連。液壓泵23能夠?yàn)楸粶y試的液壓元件提供需要的壓力。該實(shí)驗(yàn)塊 31上設(shè)置有采集液壓元件壓力數(shù)據(jù)的傳感器，傳感器對測試過程中被測試液 壓元件的壓力進(jìn)行實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)采集，并將采集到的壓力數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳給PC 機(jī)。
進(jìn)一步，為了模擬井下的高溫環(huán)境，在油箱33內(nèi)設(shè)置了加熱器32和溫度 傳感器，加熱器32的控制端設(shè)置在控制拒35上，傳感器和加熱器32安裝在油 箱33內(nèi)。溫度傳感器對測試過程中的溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)采集，并將采集到 的溫度數(shù)據(jù)上傳給PC機(jī)。
本實(shí)施例中，采用小管線(不超過25mm)及小孔徑的流體通道，可避免 使用壓力容器或壓力管道的設(shè)計(jì)，使設(shè)計(jì)、制造費(fèi)用大大降低，操作和更換 元器件快速方便，大大提高測試效率。
控制部分包括控制拒35和測試用的PC機(jī)，PC機(jī)裝有測試軟件。測試軟件 用于監(jiān)測液壓元件的工況，同時(shí)，測試軟件對液壓元件進(jìn)行自動控制，并對 試驗(yàn)過程中的產(chǎn)生的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)記錄。液壓元件所受到的壓力通過調(diào)節(jié)溢流閥 來實(shí)現(xiàn)。
當(dāng)被測的液壓元件安裝完成，通過操作控制拒35和PC機(jī)就可以開展對液 壓元器件進(jìn)行井下模擬測試，并對試驗(yàn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集。
本發(fā)明不需要再現(xiàn)井下泥漿柱壓力，而只需模擬被測液壓元件所處的井 下高溫環(huán)境，來測試井下液壓元件工作性能。通過實(shí)踐證明，此試驗(yàn)裝置具 有很大的實(shí)用價(jià)值及經(jīng)濟(jì)價(jià)值，能夠大大降低設(shè)計(jì)、加工制造的難度及費(fèi)用， 同時(shí)提高試驗(yàn)的安全性及易操作性，既經(jīng)濟(jì)又達(dá)到了試驗(yàn)的目的，解決了科 研及產(chǎn)業(yè)化過程中液壓元器件檢測的難題。已經(jīng)在實(shí)際的科研、產(chǎn)業(yè)化中能 夠得到成功地運(yùn)用，并發(fā)揮非常重要的作用。
權(quán)利要求
1、一種井下液壓元件試驗(yàn)裝置，其特征在于，包括控制部分和試驗(yàn)臺；所述試驗(yàn)臺包括油箱、液壓系統(tǒng)和實(shí)驗(yàn)塊，所述油箱的壓力與外界環(huán)境壓力相等，所述液壓系統(tǒng)的出口與所述實(shí)驗(yàn)塊相連接；所述液壓系統(tǒng)安裝有溢流閥，所述溢流閥的溢流口與所述油箱相連；所述實(shí)驗(yàn)塊用于安裝被測試的液壓元件，所述實(shí)驗(yàn)塊設(shè)置有壓力傳感器；所述控制部分用于接收所述壓力傳感器的輸出信號。
2、 如權(quán)利要求l所述的井下液壓元件試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述油箱 內(nèi)部設(shè)置有加熱器，所述加熱器的控制端設(shè)置在所述控制部分。
3、 如權(quán)利要求1所述的井下液壓元件試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述液壓 系統(tǒng)包括驅(qū)動電才幾、液壓泵、溢流閥和電》茲閥，所述驅(qū)動電才幾用于給所述 液壓泵提供動力，所述液壓泵的出口與所述實(shí)驗(yàn)塊相連，所述液壓系統(tǒng)的出 口壓力大小通過調(diào)節(jié)所述溢流閥來實(shí)現(xiàn)。
4、 如權(quán)利要求l所述的井下液壓元件試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述油箱 設(shè)置有溫度傳感器，所述溫度傳感器用于對測試過程中的溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)的數(shù) 據(jù)釆集，并將采集到的溫度數(shù)據(jù)上傳給所述控制部分。
5、 如權(quán)利要求1所述的井下液壓元件試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述控制 部分設(shè)置有PC機(jī)，所述PC機(jī)裝有測試軟件；所述測試軟件用于監(jiān)測所述液 壓元件的工況，對被測試的液壓元件進(jìn)行自動控制，以及對試驗(yàn)過程中的數(shù) 據(jù)進(jìn)行采集。
6、 如權(quán)利要求5所述的井下液壓元件試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述壓力 傳感器的輸出信號傳遞到所述PC機(jī)。
7、 如權(quán)利要求5所述的井下液壓元件試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述油箱 設(shè)置有溫度傳感器，所述溫度傳感器用于對測試過程中的溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)的數(shù) 據(jù)采集，并將采集到的溫度數(shù)據(jù)上傳給所述PC機(jī)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種井下液壓元件試驗(yàn)裝置，包括控制部分和試驗(yàn)臺；所述試驗(yàn)臺包括油箱、液壓系統(tǒng)和實(shí)驗(yàn)塊，所述油箱的壓力與外界環(huán)境壓力相等，所述液壓系統(tǒng)的出口與所述實(shí)驗(yàn)塊相連接；所述液壓系統(tǒng)安裝有溢流閥，所述溢流閥的溢流口與所述油箱相連；所述實(shí)驗(yàn)塊用于安裝被測試的液壓元件，所述實(shí)驗(yàn)塊可承受高壓并設(shè)置有壓力傳感器；所述控制部分用于接收所述壓力傳感器的輸出信號。本發(fā)明不僅能很好地達(dá)到模擬試驗(yàn)的目的，而且可以避免使用特殊的抗壓設(shè)計(jì)和使用笨重的耐壓殼體，使得設(shè)計(jì)和制造費(fèi)用大大降低，操作和更換元器件快速方便，提高了測試效率。
文檔編號F15B13/00GK101446306SQ20081022754
公開日2009年6月3日 申請日期2008年11月27日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月27日
發(fā)明者揚(yáng) 周, 唐玉宏, 李索貴 申請人:中國海洋石油總公司;中海油田服務(wù)股份有限公司