深水垂直套筒式连接器多功能试验台的研制与应用

徐晓磊　陈小伟　魏柳兴　仝兆盘　周莉莉　张江河　吴瑞金

（南阳二机石油装备集团股份有限公司，河南　南阳　473006）

深水垂直套筒式连接器多功能试验台的研制与应用

徐晓磊陈小伟魏柳兴仝兆盘周莉莉张江河吴瑞金

（南阳二机石油装备集团股份有限公司，河南南阳473006）

介绍一种适用于深水垂直套筒式连接器的多功能试验台的组成、性能参数、功能及应用。该试验台配有数控加压系统、数据采集系统和自动控制系统，能实现自动控制和手动控制切换，最大试验压力可达80MPa，可进行垂直连接器安装试验、静水压试验、弯曲试验、扭转试验等。

试验台；垂直套筒式；连接器；多功能

深水套筒式连接器是水下跨接管与水下生产设施（如采油树、管汇、PLET与PLEM等）的连接部件。因其具有机械接连可靠，连接处不要求管线挠度来补偿，偏心误差小，下放工具完全独立，可回收、成本低等优点，已经广泛应用于水下生产系统［1］。深水垂直套筒式连接器（以下简称垂直连接器）是较为常用的一种水下连接器，工作水深最大可达1 500m。为了保证连接器的可靠性、安全性、密封性等，需要对垂直连接器进行全方位的检测。陆上模拟试验是检测垂直连接器各项性能的重要手段。本文研制的多功能试验台用于垂直连接器的陆上模拟试验，如安装试验、静水压试验、弯曲试验、扭转试验等，效果良好。

1　结构组成

多功能试验台主要由机械结构系统、液压控制系统、静水压系统、电气控制系统和数据采集系统等组成。该试验台可进行多项模拟试验，以弯曲试验为例，首先将垂直连接器固定在试验台架上，安装工作液压缸，并在应力测试点粘贴应变片，以便采集试验数据；然后设定试验输入参数，如液压缸工作压力、往复弯曲次数、内部压力等，启动电气系统，驱动液压站和试压机，由液压站驱动工作液压缸进行往复运动，给垂直连接器提供持续的弯矩，试压机对连接器内部进行打压，模拟垂直连接器在深海作业时承受内压的同时，还要承受外部浪涌产生的弯矩。

1.1机械结构系统

机械结构系统主要作用是支撑垂直连接器和工作液缸，并为试验时产生的弯矩和扭矩提供反作用力。

当进行安装试验时，连接架采用销轴固定在试验台架端部，通过驱动盘和解锁销与垂直连接器连接，通过工作液缸，可实现垂直连接器的锁紧和解锁，见图1。

当进行扭转试验时，将连接盘与垂直连接器连接，通过工作液缸，提供扭转力，使垂直连接器进行反复扭转，以此模拟垂直连接器在深海工作时，石油输送管道对连接器施加的反复扭矩，见图2。

当进行弯曲试验时，将连接盘与垂直连接器连接，通过工作液缸，提供弯曲力，使垂直连接器进行反复弯曲，以此模拟垂直连接器在深海工作时，浪涌对连接器施加的反复弯矩，见图3。

由图1～3可以看出，本套多功能试验台，只需更换相应附件，就可实现多工况模拟试验，具有结构紧凑、布局合理、使用方便等优点。

图1　机械结构系统（安装试验状态）

图3　机械结构系统（弯曲试验状态）

1.2液压系统

液压系统主要是控制工作液缸的动作，液压系统原理图如图4所示。

图4　液压系统原理

当油泵电机启动液压泵后，液压油箱里的液压油经过过滤器、油泵、阀组、液压管线进入工作油缸，在进行不同试验时，选择开启对应工作液缸的进回油球阀。在进行安装试验时，液压缸活塞杆伸出，提供安装动力，使垂直连接器锁紧；在进行弯曲试验和扭转试验时，活塞杆伸出和缩回都将提供推力，使垂直连接器发生弯曲或扭转。配套的电磁换向阀可通过电控系统设定实现反复弯曲或扭转。手动换向阀处预留了弯矩和扭矩的测量接口，实现试验信息的采集。

1.3静水压系统

静水压系统是采用一套智能数控试压机，可设定试验压力，当达到设定压力后，系统停止打压，最高试验压力可达80MPa。可自动记录和存储试验数据，可与计算机连接，实时记录试验过程。

1.4电气控制系统

电气控制系统主要控制油泵电机的启动和停止，试验过程自动控制与手动控制的切换，以及试验次数自动计数、压力信号转换、工作液缸状态显示等。将电气控制原件集成到控制箱上，方便控制和观察。电气控制箱见图5。

图5　电气控制箱

1.5数据采集系统

数据采集系统主要是利用应力采集系统实时采集和记录垂直连接器模拟试验过程中的应力，以及利用传感器采集垂直连接器模拟试验过程中弯矩、扭矩、试验次数、试验压力等动态参数。实现垂直连接器在不同工况下的模拟试验，具有较高的远程操控能力，能满足试验过程的自动化操作。

1.6远程监控系统

垂直连接器模拟试验为高压试验，最高试验压力达51.75MPa。在试验过程中，为了方便检测关键部位是否有泄漏，利用高清摄像头进行实时监测过程，保证试验人员的安全。

2　主要技术参数

深水垂直套筒式连接器多功能试验台的主要技术参数如下：液压系统额定工作压力16MPa，最大锁紧力300kN，最大弯矩100kN·m；最大扭矩100kN·m；最大试验静压力80MPa。

按照最大工作水深1 500m，最大工作压力34.5MPa的垂直连接器要求，该技术参数能够满足现有垂直连接器的试验要求，可进行安装试验、弯曲试验、扭转试验、静水压试验等。

3　实际应用

利用该试验台，成功研制了6英寸垂直套筒式管汇连接器科研样机。在进行安装试验时，利用试验台进行垂直连接器的锁紧，锁紧后对连接器进行静水压试验，最高试验压力51.75MPa，保压15min，无可见渗漏，见图6。在进行扭转试验时，连接器内部空腔加满水，在34.5MPa （5 000psi）内压下［2］，施加100kN·m的扭转力矩，反复施加扭转力矩次数为100次，无可见渗漏，各项数据采集准确。在进行弯曲试验时，连接器内部空腔加满水，在34.5MPa（5 000psi）内压下，施加100kN·m的弯曲力矩，反复施加弯曲力矩次数为100次，无可见渗漏，各项数据采集准确。试验结果表明，垂直连接器各项性能指标达到设计要求，为下一步开展垂直连接器工程样机的研制提供了重要的试验依据。

图6　静水压试验

4　结论

①研制的深水垂直套筒式连接器多功能试验台，最大锁紧力为300kN，最大扭转力矩为100kN·m，最大弯曲力矩为100kN·m，最大试验静水压力为80MPa，能够开展各种工况的模拟试验。

②该试验台结构紧凑，功能齐全、配置合理，操作方便，自动化程度高，性能可靠。

③试验表明，利用该试验台可检测垂直连接器的各项性能参数，为开展垂直连接器工程样机提供重要的试验依据。

Development and Application of Multi Function Test Bench for Deep Water Vertical Sleeve Connector

Xu XiaoleiChen XiaoweiWei LiuxingTong ZhaopanZhou LiliZhang JiangheWu Ruijin
（RG PETRO-MACHINERY（GROUP）Co.Ltd.，Nanyang Henan 473006）

This paper introduced the composition，performance parameters，functions and application of a multi function test bed for deepwater vertical socket connector.The test stations were equipped with CNC pressurized system，data acquisition system and the automatic control system，could realize automatic control and manual control switch，the maximum test pressure of up to 80 mpa，vertical connector could be installed test，hydrostatic test，bending test and torsion test，etc.

test bench；vertical sleeve；connector；multi-function

TE933

A

1003-5168（2016）05-0068-03

2016-04-22

国家重大科技专项“水下连接器和安装工具工程样机优化及配套设备研制”（2016ZX05028003-005）。

徐晓磊（1981-），男，本科，工程师，研究方向：石油钻采机械设计。

［1］董衍辉，段梦兰，王金龙，等.深水水下连接器的对比与选择［J］.石油矿场机械，2012（4）：6-12.

［2］李博，周游，郭宏，等.深水套筒式连接器性能测试方法研究［J］.石油矿场机械，2013（1）：5-8.