水下多功能液壓快速接頭模擬試驗(yàn)臺(tái)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(dòng)與控制國(guó)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(jiǎn)稱為MQC，是用來(lái)在水下同時(shí)連接多個(gè)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(cè)試及耐壓測(cè)試。

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

1 試驗(yàn)臺(tái)結(jié)構(gòu)和工作原理

如圖1所示，該試驗(yàn)臺(tái)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(guò)各個(gè)支路上的壓力傳感器采集各路油路的壓力信號(hào)。

在試驗(yàn)時(shí)首先開(kāi)啟液壓油源，調(diào)節(jié)油源壓力到工作壓力，在試驗(yàn)臺(tái)近端中的人機(jī)操作界面中打開(kāi)電磁閥，使高壓油流過(guò)分合流模塊至接頭處。此時(shí)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(kāi)，此時(shí)壓力傳感器壓力值顯示為進(jìn)油，然后將MQC移動(dòng)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(tái)工作原理圖

根據(jù)壓力傳感器測(cè)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(cè)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(tái)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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

試驗(yàn)臺(tái)的液壓回路主要包括油源、分合流模塊、長(zhǎng)軟管、MQC等，圖2為MQC連接功能測(cè)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(tái)上，油液需經(jīng)長(zhǎng)液壓軟管經(jīng)分合流模塊再經(jīng)MQC輸送到各個(gè)工作單元。為模擬其真實(shí)工作情況，試驗(yàn)臺(tái)采用軟管和節(jié)流閥組合來(lái)模擬長(zhǎng)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(duì)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(guò)調(diào)節(jié)溢流閥的溢流壓力來(lái)調(diào)節(jié)系統(tǒng)最高壓力，系統(tǒng)壓力通過(guò)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(kāi)時(shí)基本沒(méi)有壓降。在試驗(yàn)準(zhǔn)備階段可以通過(guò)該壓力表來(lái)校準(zhǔn)壓力傳感器的壓力值。在壓力表后面，選用一個(gè)兩位兩通電磁閥控制進(jìn)油路的通斷，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)油路的控制。試驗(yàn)臺(tái)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(duì)每個(gè)油路的單獨(dú)控制和監(jiān)測(cè)，因此在每個(gè)油路上均裝有一個(gè)截止閥和壓力傳感器。而為使油路全開(kāi)時(shí)系統(tǒng)壓力不為零，在回油口處增加一個(gè)節(jié)流閥。

MQC連接功能試驗(yàn)時(shí)，MQC接回油長(zhǎng)軟管，而在MQC耐壓測(cè)試時(shí)，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(cè)試

MQC的主要功能就是通過(guò)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(guò)程中，固定端連接到海底基座上，ROV機(jī)械手抓住移動(dòng)端的旋轉(zhuǎn)接口逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)至末端。然后將MQC移動(dòng)端插入到固定端，通過(guò)觀察插入到位標(biāo)識(shí)線和前端標(biāo)識(shí)線對(duì)齊后，即判斷移動(dòng)端在軸向方向已經(jīng)插入到位。當(dāng)移動(dòng)端插入到位后，ROV機(jī)械手抓住扭矩工具并插入到傳動(dòng)軸上，然后開(kāi)始順時(shí)針旋轉(zhuǎn)至鎖緊到位標(biāo)識(shí)線與前端標(biāo)識(shí)線對(duì)齊，插入到位標(biāo)識(shí)線與后端標(biāo)識(shí)線對(duì)齊時(shí)，可判斷此時(shí)鎖緊到位，連接作業(yè)結(jié)束。試驗(yàn)臺(tái)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(guò)觀察軟件界面上各個(gè)油路的壓力變化，可以推知各個(gè)油路的通斷情況，從而判斷 MQC 能否正常工作［3］。

圖3為測(cè)試臺(tái)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(hào)的傳輸和各路壓力傳感器壓力信號(hào)的顯示，用戶可以根據(jù)操作界面顯示的壓力值來(lái)判斷各個(gè)接頭的連接情況。

試驗(yàn)開(kāi)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(kāi)始后，通過(guò)溢流閥將試驗(yàn)壓力調(diào)到MQC額定工作壓力，逐個(gè)打開(kāi)進(jìn)口截止閥，待壓力穩(wěn)定后，觀察1～5號(hào)壓力傳感器示數(shù)變化。15 min后，逐個(gè)打開(kāi)出口處截止閥，待壓力穩(wěn)定后，觀察1～13號(hào)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(gè)接頭均能正常連通，試驗(yàn)臺(tái)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(cè)試

在MQC固定端公頭上接上堵頭，將油路封閉，可以測(cè)試MQC耐壓性能。

圖3 測(cè)試臺(tái)軟件界面

在液壓管路連接好后，將系統(tǒng)壓力通過(guò)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(jì)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(dòng)以及軟管為彈性元件，在這段保壓過(guò)程中會(huì)有一定的體積膨脹。

多次試驗(yàn)證明試驗(yàn)臺(tái)可以方便有效地測(cè)試MQC的耐壓性能。

4結(jié)語(yǔ)

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

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

所開(kāi)發(fā)試驗(yàn)臺(tái)能夠根據(jù)不同試驗(yàn)壓力，實(shí)現(xiàn)各個(gè)等級(jí)的耐壓測(cè)試。多次耐壓試驗(yàn)表明，試驗(yàn)臺(tái)滿足MQC耐壓測(cè)試的需求。

利用試驗(yàn)臺(tái)可以分別對(duì)各路接頭進(jìn)行測(cè)試，因此可以測(cè)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(jì)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(guó)，103475391A［P］.2013-12-25.

［5］ 蘇鋒，劉鴻雁,王強(qiáng).電力/信號(hào)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(dòng)化，2008（5）：29-31，98.