水下多功能液壓快速接頭模擬試驗(yàn)臺研制

章向榮， 張艷春， 肖易萍， 張憲陣， 戴必林

（1.海洋石油工程股份有限公司，天津300452；2.浙江大學(xué)流體傳動與控制國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，杭州310028）

0 引言

水下多功能液壓快速接頭（Multi Hydraulic Quick Connector），簡稱為MQC，是用來在水下同時連接多個單路液壓接頭［1］的裝置。由于水下環(huán)境的復(fù)雜性和裝置更換的難度大，設(shè)備出現(xiàn)故障后造成的經(jīng)濟(jì)損失是不可估量的，因此在設(shè)備投入使用前，需要進(jìn)行泄漏壓力測試及耐壓測試。

為了在研發(fā)和生產(chǎn)中更合理地測試MQC性能，有必要開發(fā)與海底實(shí)際使用環(huán)境相似的試驗(yàn)臺。本文研究一種水下多功能液壓接頭（MQC）性能檢測的試驗(yàn)臺，用于MQC的連接性能測試、泄漏壓力測試及耐壓測試。

1 試驗(yàn)臺結(jié)構(gòu)和工作原理

如圖1所示，該試驗(yàn)臺主要由液壓回路、近端和遠(yuǎn)端等組成。液壓回路主要由油源、分合流模塊、MQC、節(jié)流閥等組成。分合流模塊的主要功能為實(shí)現(xiàn)油路一路分多路再多路分一路的功能，且能夠分別控制各路油路的通斷并通過各個支路上的壓力傳感器采集各路油路的壓力信號。

在試驗(yàn)時首先開啟液壓油源，調(diào)節(jié)油源壓力到工作壓力，在試驗(yàn)臺近端中的人機(jī)操作界面中打開電磁閥，使高壓油流過分合流模塊至接頭處。此時接頭尚未接合，油路不通，進(jìn)油路為高壓且等于油源出口壓力，回油路為低壓，壓力值為零。將分合流模塊進(jìn)油路球閥全部打開，此時壓力傳感器壓力值顯示為進(jìn)油，然后將MQC移動端插入到MQC固定端并鎖緊，使得MQC上各接頭均順利接合［2］。

圖1 試驗(yàn)臺工作原理圖

根據(jù)壓力傳感器測得的各油路的壓力值可以推知各油路的通斷情況，而且在油路中其它元件不產(chǎn)生泄漏的情況下，可以測試MQC的耐壓性能，即在15 min內(nèi)能否保持壓力恒定，此恒定壓力值為1.1×1.5倍工作壓力。

2 試驗(yàn)臺液壓系統(tǒng)設(shè)計

試驗(yàn)臺液壓系統(tǒng)主要是模擬海上鉆井平臺液壓部分實(shí)際工作情況［3］。

試驗(yàn)臺的液壓回路主要包括油源、分合流模塊、長軟管、MQC等，圖2為MQC連接功能測試液壓原理圖。由于MQC是在海底工作，而油源位于海上鉆井平臺上，油液需經(jīng)長液壓軟管經(jīng)分合流模塊再經(jīng)MQC輸送到各個工作單元。為模擬其真實(shí)工作情況，試驗(yàn)臺采用軟管和節(jié)流閥組合來模擬長軟管的液容和液阻，以期最大限度地還原MQC的真實(shí)工作情況。

由于該試驗(yàn)需要實(shí)現(xiàn)對油路壓力的控制，液壓源選用定量泵和溢流閥構(gòu)成的恒壓源，通過調(diào)節(jié)溢流閥的溢流壓力來調(diào)節(jié)系統(tǒng)最高壓力，系統(tǒng)壓力通過油源出口的壓力表顯示。而且在油源出口至分合流模塊進(jìn)油路的壓力表處，在截止閥完全打開時基本沒有壓降。在試驗(yàn)準(zhǔn)備階段可以通過該壓力表來校準(zhǔn)壓力傳感器的壓力值。在壓力表后面，選用一個兩位兩通電磁閥控制進(jìn)油路的通斷，即可實(shí)現(xiàn)對油路的控制。試驗(yàn)臺中分合流模塊主要實(shí)現(xiàn)油路的一分多和多合一，并實(shí)現(xiàn)對每個油路的單獨(dú)控制和監(jiān)測，因此在每個油路上均裝有一個截止閥和壓力傳感器。而為使油路全開時系統(tǒng)壓力不為零，在回油口處增加一個節(jié)流閥。

MQC連接功能試驗(yàn)時，MQC接回油長軟管，而在MQC耐壓測試時，MQC接堵頭。

圖2MQC連接功能試驗(yàn)液壓原理圖

3 水下多功能液壓快速接頭模擬試驗(yàn)

3.1MQC的連接功能測試

MQC的主要功能就是通過插撥實(shí)現(xiàn)油路的通斷，且能保證在連接狀態(tài)下不存在泄漏。MQC在實(shí)際使用的過程中，固定端連接到海底基座上，ROV機(jī)械手抓住移動端的旋轉(zhuǎn)接口逆時針旋轉(zhuǎn)至末端。然后將MQC移動端插入到固定端，通過觀察插入到位標(biāo)識線和前端標(biāo)識線對齊后，即判斷移動端在軸向方向已經(jīng)插入到位。當(dāng)移動端插入到位后，ROV機(jī)械手抓住扭矩工具并插入到傳動軸上，然后開始順時針旋轉(zhuǎn)至鎖緊到位標(biāo)識線與前端標(biāo)識線對齊，插入到位標(biāo)識線與后端標(biāo)識線對齊時，可判斷此時鎖緊到位，連接作業(yè)結(jié)束。試驗(yàn)臺再現(xiàn)水下液壓快速接頭的工作狀態(tài)，即在額定工作壓力下實(shí)現(xiàn)多路管路的連接，并保證連接的可靠和穩(wěn)定。通過觀察軟件界面上各個油路的壓力變化，可以推知各個油路的通斷情況，從而判斷 MQC 能否正常工作［3］。

圖3為測試臺的操作界面，該操作界面提供了電力單元的啟停、電磁閥的控制、控制信號的傳輸和各路壓力傳感器壓力信號的顯示，用戶可以根據(jù)操作界面顯示的壓力值來判斷各個接頭的連接情況。

試驗(yàn)開始前關(guān)閉所有截止閥，并將溢流閥壓力調(diào)至零，關(guān)閉近端和遠(yuǎn)端的電源。試驗(yàn)開始后，通過溢流閥將試驗(yàn)壓力調(diào)到MQC額定工作壓力，逐個打開進(jìn)口截止閥，待壓力穩(wěn)定后，觀察1～5號壓力傳感器示數(shù)變化。15 min后，逐個打開出口處截止閥，待壓力穩(wěn)定后，觀察1～13號壓力傳感器求數(shù)變化［4］。

多次試驗(yàn)表明，MQC能夠正常工作，MQC連接后每個接頭均能正常連通，試驗(yàn)臺能夠準(zhǔn)確地模擬MQC的實(shí)際工作情況并驗(yàn)證MQC的正常功能。

3.2MQC耐壓測試

在MQC固定端公頭上接上堵頭，將油路封閉，可以測試MQC耐壓性能。

圖3 測試臺軟件界面

在液壓管路連接好后，將系統(tǒng)壓力通過油源的溢流閥調(diào)到額定壓力的1.5×1.1倍左右，等壓力傳感器示數(shù)達(dá)到該壓力后關(guān)閉分合流模塊進(jìn)油口的球閥。觀察15 min內(nèi)各壓力傳感器值的變化。如果各管路的壓力值都只有小幅度的下降，則MQC滿足設(shè)計的耐壓要求。

在MQC的耐壓試驗(yàn)中，在關(guān)閉進(jìn)油口的球閥后15 min內(nèi)，各壓力傳感器壓力值只有很小幅度的下降。該部分的壓力下降主要原因是壓力傳感器的壓力波動以及軟管為彈性元件，在這段保壓過程中會有一定的體積膨脹。

多次試驗(yàn)證明試驗(yàn)臺可以方便有效地測試MQC的耐壓性能。

4結(jié)語

本試驗(yàn)中采用液壓軟管和節(jié)流閥的方案來模擬液壓軟管的液阻［5］，能夠很大程度上模擬出長管傳輸?shù)奶匦浴?/p>

所開發(fā)試驗(yàn)臺能夠根據(jù)各管路的壓力情況來判斷出各接頭的通斷情況，進(jìn)而測試出MQC的連接功能是否能夠滿足要求。

所開發(fā)試驗(yàn)臺能夠根據(jù)不同試驗(yàn)壓力，實(shí)現(xiàn)各個等級的耐壓測試。多次耐壓試驗(yàn)表明，試驗(yàn)臺滿足MQC耐壓測試的需求。

利用試驗(yàn)臺可以分別對各路接頭進(jìn)行測試，因此可以測試具有不同接頭數(shù)量的MQC。

［1］ Oceaneering International,Inc.Subsea Juction Plates［EB/OL］.［2013-07-13］.http：//www.oce aneering.com/oceandocuments/brochures/subseaproducts/OIE%20-%20Subsea%20Junction%20Plates.pdf.

［2］ 姜傳東，楊學(xué)平，王維春.液壓油管快速接頭的正確使用與調(diào)整［J］.農(nóng)機(jī)維修，1997（3）：38.

［3］ 李華鳳.近海油田水下生產(chǎn)設(shè)施液壓控制系統(tǒng)設(shè)計及仿真研究［D］.杭州：浙江大學(xué)，2010.

［4］ 周君鵬，趙小進(jìn)，何城，等.電力線載波通信方法：中國，103475391A［P］.2013-12-25.

［5］ 蘇鋒，劉鴻雁,王強(qiáng).電力/信號傳輸技術(shù)在水下生產(chǎn)系統(tǒng)的應(yīng)用［J］.石油化工自動化，2008（5）：29-31，98.