br>[0057]其中，P是密封內壓，單位是MPa，
[0058]a是活塞3的外圓面積，單位是mm2，
[0059]b是密封內壓作用在金屬密封墊環(huán)4上的軸向面積，單位是mm2，
[0060]F是預緊力，單位是N，
[0061]σ是金屬密封墊環(huán)屈服強度，單位是MPa，
[0062]s是密封面接觸面積，單位是mm2，
[0063]Θ是金屬密封墊環(huán)4錐面角；
[0064]因此，試驗時預先設定預緊力F大于軸向作用力P XbjDF= 1.5PXb，并根據密封情況增減預緊力，記作AF，可設定AF = 0.1PXb ;預緊力F對應不同的密封壓力P分別記作 F1、F2、F3、...、Fn，
[0065]在預緊腔X內施加的液壓壓力是F/a，可根據需要實時調節(jié)；
[0066]1.3)壓縮量Δ H通過測量及公式⑵計算得出:
[0067]Δ H = Η0-Η，(2)
[0068]其中，Δ H是金屬密封墊環(huán)4的壓縮量，單位是mm ;
[0069]HO是測試桿I的原始伸長量，單位是mm ；
[0070]H是預緊力施加后測試桿I的伸長量，單位是mm，
[0071]ΔΗ、Η與預緊力F——對應，分別記作ΔΗ 1、ΔΗ 2、ΔΗ 3、…、ΔΗη;Η1、Η2、H 3、”.、Η η ；
[0072]1.4)建立金屬密封墊環(huán)4的密封內壓P、預緊力F和壓縮量Δ H之間的對應關系；
[0073]步驟2、按照金屬密封墊環(huán)4所劃分的級數，從低到高逐一進行測試，得到在不同內壓P作用下金屬密封墊環(huán)4所需的基本預緊力F，見圖3所示，操作步驟如下；
[0074]2.1)選取內壓Ρ1，設定預緊力Fl JDFl = 1.5Ρ1 Xb，測量、記錄原始伸長量HO ;
[0075]2.2)通過液壓口 8向預緊腔X內注入液壓，通過活塞3對金屬密封墊環(huán)4施加預緊力F1，使得金屬密封墊環(huán)4的兩側密封面發(fā)生擠壓、變形、建立密封，然后從內壓口 9注水、打壓，當壓力到達Pl后進行穩(wěn)壓；
[0076]如在注水和打壓過程中，滲漏口 10有水滲漏，則說明預緊力Fl不夠，須立即中止試驗，卸掉載荷，并增加預緊力△ F，預緊力為(Fl+AF)，再按步驟2.2)重新進行試驗。
[0077]2.3)如穩(wěn)壓期間有滲漏，檢測到密封腔壓力下降，滲漏口 10有水滲漏，則說明預緊力Fl過小，須中止試驗，卸掉載荷，增加預緊力AF，預緊力為(Fl+Λ F)，再按步驟2.2)重新進行試驗；
[0078]如穩(wěn)壓期間無滲漏，則說明試驗狀態(tài)良好，此時的預緊力(F1+AF)即為密封壓力Pl所需的基本預緊力，記錄試驗數據PU (Fl+Λ F)、Hl ；
[0079]如穩(wěn)壓期間還有滲漏，則繼續(xù)增加預緊力AF，預緊力為(F1+2AF)，再按步驟
2.2)重新進行試驗，如此循環(huán)，直至試驗狀態(tài)良好，內壓P不再泄漏，并記錄試驗數據；
[0080]2.4)如穩(wěn)壓期間無滲漏，則記錄試驗數據Ρ1、Fl、Hl，然后卸載；
[0081]但不排除預緊力過大的可能，因此須減小預緊力AF，預緊力為(Fl-AF)，再按步驟2.2)重新進行試驗，如穩(wěn)壓期間有滲漏，檢測到密封腔壓力下降，滲漏口 10有水滲漏，則前次試驗是成功的，前次試驗的預緊力Fl即為內壓Pl所需的基本預緊力，并記錄試驗數據PUFUHl ；
[0082]如穩(wěn)壓期間無滲漏，則繼續(xù)減小預緊力AF，預緊力為$1_2八的，再按步驟2.2)重新進行試驗，如此循環(huán)，直至內壓P發(fā)生泄漏，并記錄前次試驗數據；
[0083]2.5)完成密封壓力Pl的預緊力測試后，按照上述步驟依次進行Ρ2、Ρ3、…、Pn的預緊力測試，并記錄試驗數據，即成。
[0084]本發(fā)明方法，預緊腔用于施加預緊力，內壓腔模擬井底壓力；內壓可劃分為若干等級，可逐級進行預緊力測試；預緊力根據金屬密封墊環(huán)的密封效果進行實時判定和調節(jié)，以確保獲得金屬密封墊環(huán)最基本的預緊力。試驗結果確立了金屬密封墊環(huán)4在不同密封壓力P下所需的基本預緊力F，解決了現有技術中不能直觀、有效地測量金屬密封墊環(huán)4預緊力F和壓縮量ΛΗ的問題。該方法可用于研宄海洋水下設備的連接、擠壓、變形、密封等問題，試驗數據為現場使用提供參考依據。
【主權項】
1.一種測試水下金屬密封墊環(huán)預緊力的方法，其特點在于，按照以下步驟實施: 步驟1、設定參數 1.1)將金屬密封墊環(huán)(4)所要求的密封內壓P劃分為若干級，即P1、P2、P3、…、Pn ； 1.2)設定預緊力F，預緊力F需滿足兩個條件:第一，預緊力F須大于內壓P產生的軸向反作用力；第二，預緊力F施加于密封面的接觸應力不得大于金屬密封墊環(huán)(4)的屈服強度， 即有:PXb < F < σ Xs/sin Θ， (I) 其中，P是密封內壓，單位是MPa， a是活塞3的外圓面積，單位是mm2， b是密封內壓作用在金屬密封墊環(huán)(4)上的軸向面積，單位是_2， F是預緊力，單位是N， σ是金屬密封墊環(huán)屈服強度，單位是MPa， s是密封面接觸面積，單位是mm2， Θ是金屬密封墊環(huán)(4)錐面角； 試驗時預先設定預緊力F大于軸向作用力PXb，并根據密封情況增減預緊力，記作AF ;預緊力F對應不同的密封壓力P分別記作F1、F2、F3、…、Fn， 在預緊腔X內施加的液壓壓力是F/a，根據需要實時調節(jié)； 1.3)壓縮量Δ H通過測量及公式(2)計算得出: Δ H = HO-H， (2) 其中，ΔΗ是金屬密封墊環(huán)(4)的壓縮量，單位是mm; HO是測試桿(I)的原始伸長量，單位是mm; H是預緊力施加后測試桿(I)的伸長量，單位是mm， ΔΗ、Η 與預緊力 F——對應，分別記作 ΔΗ1、ΔΗ2、ΔΗ3、…、ΔHn ;Η1、Η2、Η3、...、Ηη ;1.4)建立金屬密封墊環(huán)(4)的密封內壓P、預緊力F和壓縮量ΛΗ之間的對應關系；步驟2、按照金屬密封墊環(huán)(4)所劃分的級數，從低到高逐一進行測試，得到在不同內壓P作用下金屬密封墊環(huán)(4)所需的基本預緊力F，操作步驟如下； 2.1)選取內壓Ρ1，設定預緊力Fl JDFl = 1.5PlXb，測量、記錄原始伸長量HO ； 2.2)通過液壓口(8)向預緊腔X內注入液壓，通過活塞(3)對金屬密封墊環(huán)(4)施加預緊力F1，使得金屬密封墊環(huán)(4)的兩側密封面發(fā)生擠壓、變形、建立密封，然后從內壓口(9)注水、打壓，當壓力到達Pl后進行穩(wěn)壓； 如在注水和打壓過程中，滲漏口(10)有水滲漏，則說明預緊力Fl不夠，須立即中止試驗，卸掉載荷，并增加預緊力△ F，預緊力為(Fl+AF)，再按步驟2.2)重新進行試驗。 2.3)如穩(wěn)壓期間有滲漏，檢測到密封腔壓力下降，滲漏口(10)有水滲漏，則說明預緊力Fl過小，須中止試驗，卸掉載荷，增加預緊力AF，預緊力為(Fl+Λ F)，再按步驟2.2)重新進行試驗； 如穩(wěn)壓期間無滲漏，則說明試驗狀態(tài)良好，此時的預緊力(Fl+AF)即為密封壓力Pl所需的基本預緊力，記錄試驗數據PU (Fl+Λ F)、Hl ； 如穩(wěn)壓期間還有滲漏，則繼續(xù)增加預緊力Λ F，預緊力為$1+2八的，再按步驟2.2)重新進行試驗，如此循環(huán)，直至試驗狀態(tài)良好，內壓P不再泄漏，并記錄試驗數據； 2.4)如穩(wěn)壓期間無滲漏，則記錄試驗數據P1、F1、H1，然后卸載； 但不排除預緊力過大的可能，因此須減小預緊力AF，預緊力為(Fl-AF)，再按步驟2.2)重新進行試驗，如穩(wěn)壓期間有滲漏，檢測到密封腔壓力下降，滲漏口(10)有水滲漏，則前次試驗是成功的，前次試驗的預緊力Fl即為內壓Pl所需的基本預緊力，并記錄試驗數據PUFUHl ； 如穩(wěn)壓期間無滲漏，則繼續(xù)減小預緊力Λ F，預緊力為$1-2八的，再按步驟2.2)重新進行試驗，如此循環(huán)，直至內壓P發(fā)生泄漏，并記錄前次試驗數據； 2.5)完成密封壓力Pl的預緊力測試后，按照上述步驟依次進行Ρ2、Ρ3、…、Pn的預緊力測試，并記錄試驗數據，即成。
2.根據權利要求1所述的測試水下金屬密封墊環(huán)預緊力的方法，其特點在于，利用一種測試裝置，該測試裝置的結構是: 包括外筒(7)，在外筒(7)的上下端口分別設置有上端蓋(2)和下端蓋￠)，上端蓋(2)軸心設置有測試桿(I)的安裝孔，上端蓋(2)沿軸向另外設置有液壓口(8)，下端蓋(6)中設置有內壓口(9)和滲漏口(10)，在上端蓋⑵和下端蓋(6)之間的外筒(7)內壁套裝有活塞(3)，活塞(3)下端沿與下端蓋(6)上端沿之間設置有承載環(huán)(5)，承載環(huán)(5)內圓套裝有金屬密封墊環(huán)(4)，金屬密封墊環(huán)(4)分別與活塞(3)下端沿與下端蓋(6)上端沿的錐面密封接觸；活塞(3)上表面軸心安裝有測試桿(1)，測試桿(I)向上穿出上端蓋(2)的安裝孔，活塞(3)向上與上端蓋(2)之間形成了預緊腔X，活塞(3)向下與下端蓋(6)之間形成了內壓腔Y。
3.根據權利要求2所述的測試水下金屬密封墊環(huán)預緊力的方法，其特點在于:所述的上端蓋⑵安裝孔內設有密封件；上端蓋⑵、活塞(3)、下端蓋(6)與外筒(7)內壁分別設置有密封件。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種測試水下金屬密封墊環(huán)預緊力的方法，步驟包括：步驟1、設定參數，1.1)將金屬密封墊環(huán)所要求的密封內壓P劃分為若干級；1.2)設定預緊力F；1.3)計算壓縮量；1.4)建立金屬密封墊環(huán)的密封內壓P、預緊力F和壓縮量ΔH之間的對應關系；步驟2、按照金屬密封墊環(huán)所劃分的級數，從低到高逐一進行測試，得到在不同內壓P作用下金屬密封墊環(huán)所需的基本預緊力F，按照上述步驟依次進行P2、P3、…、Pn的預緊力測試，并記錄試驗數據，即成。本發(fā)明的方法，預緊力可實時調節(jié)，內壓也可劃分為若干等級，并根據金屬密封墊環(huán)的密封效果確立工作內壓與預緊力和壓縮量之間的對應關系。
【IPC分類】G01L5-00
【公開號】CN104596691
【申請?zhí)枴緾N201410681732
【發(fā)明人】左其川, 李愛利, 雷廣進, 劉宏亮, 侯曉東
【申請人】寶雞石油機械有限責任公司
【公開日】2015年5月6日
【申請日】2014年11月24日