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丁超;邵紫艳
【摘 要】为了提高钢管水压试验的工作效率,延长水压试验中密封系统的使用寿命,设计了一种组合式大间隙径向密封.该大间隙密封由聚氨酯支撑胶环,扇形块和L形块组成.介绍了大间隙径向密封的设计原理,分析了影响大间隙密封使用寿命的因素,并给出了相应的解决措施.实际使用结果表明,该组合式大间隙径向密封有效地满足了油套管高压力水压试验机的技术要求,现场使用寿命超过了3 500次,具有不损伤钢管、节奏快等优点.%In order to improve the work efficiency of steel pipe hydrostatic test,extend the service life of sealing system in hydraulic pressure test,a kind of combined large gap radial seal was designed.This large gap seal was composed of polyurethane support rubber ring,fan-shaped block and L-shaped block.In this article,it introduced the design principle of large gap radial seal,analyzed the factors affecting the service life of the large gap seal,and gave the corresponding solution measures.The practical use results showed that the combined large gap radial seal effectively meet the technical requirements of tubing and casing high pressure hydraulic tes ting machine,the field service life exceeds more than 3 500 times,has the advantages of no damage to steel pipe,fast cadence etc.
【期刊名称】《焊管》
【年(卷),期】2017(040)001
【总页数】4页(P46-49)
【关键词】钢管;水压机;大间隙密封;寿命影响
【作 者】丁超;邵紫艳
【作者单位】宝鸡钢管西安石油专用管公司,西安710201;宝鸡石油钢管有限责任公司销售总公司,陕西宝鸡721008物流器具
【正文语种】中 文
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Abstract:In order to improve the work efficiency of steel pipe hydrostatic test,extend the service life of sealing system in hydraulic pressure test,a kind of combined large gap radial seal was designed.This large gap seal was composed of polyurethane support rubber ring,fan-shaped block and L-shaped block.In this article,it introduced the design principle of large gap radial seal,analyzed the factors affecting the service life of the large gap seal,and gave the corresponding solution measures.The practical use results showed that the combined large gap radial seal effectively meet the technical requirements of tubing and casing high pressure hydraulic testing machine,the field service life exceeds more than 3 500 times,has the advantages of no damage to steel pipe,fast cadence etc.
Key words:steel pipe;hydraulic tester;large gap seal;effects of working life
钢管水压试验机是广泛应用于钢管行业的大型自动化检测设备[1]，目的是检测钢管缺陷，消除管体残余应力，检验接箍和管体连接密封性[2]。水压试验有两种密封形式，即径向密封和端面密封。端面密封适用于25 MPa以下试压条件，高于25 MPa则采用径向密封[3]。
油套管的水压试验属于高压试验，传统的径向密封圈与钢管间隙较小，钢管进出时加剧了密封圈的磨损，缩短了其使用寿命[4]。本研究介绍了一种大间隙径向密封技术，通过研究钢管水压试验的工作过程，分析大间隙径向密封的设计原理，了解了该技术的优势和特点。
钢管水压机结构如图1所示。钢管进行水压试验前，接箍抱卡、抱卡关闭抱紧钢管。预密封水路作用在大间隙密封上密封住钢管两端。冲水阀、排气阀打开，水压机系统向钢管注入打压液。经过3 s的冲水时间，排气阀、冲水阀先后关闭[5]。增压器开始工作，高压水压力作用在大间隙密封上高压密封住钢管两端。水压压力不断增加，达到设定压力后开始保压，稳压达到规定的时间后，排气阀打开卸荷，完成水压试验。
静水压试验中，高压水作用在大间隙密封胶圈外沿和Y形密封，胶圈外延产生形变，沿着工装方向压紧工装和试压头，同时Y形密封也产生形变，沿着工装径向方向压紧工装和试压头。在水压试验过程中，大间隙密封、Y形密封、工装与试压头组成密封腔，保证高压水不会从工装和沿钢管径向方向泄露。
高压水作用在大间隙密封上，使得大间隙密封径向压缩，内径抱紧钢管外壁，防止高压水
沿钢管方向泄露，确保了水压试验过程中的密封[6]。作用在大间隙密封和Y形密封上的压力与钢管内水压压力保持一致，确保了密封效果。水压试验结束后，开始泄压，大间隙密封迅速恢复到初始状态。大间隙密封的工作原理如图2所示。
水压机工作介质为水溶性乳化液，润滑性差加之压力较高，一旦密封不好就会直接影响正常试压，甚至带来安全隐患[7]，因此对大间隙密封的可靠性提出了较高要求。
大间隙密封由聚氨酯支撑胶环，扇形块和L形块组成。可以满足最高压力140 MPa的使用要求。同种规格的密封圈可适用一定范围内钢管外径的变化。试验前，大间隙密封处于初始状态，钢管可自由进出。钢管进出顺畅，不会损坏密封，同时密封对钢管表面没有损伤。大间隙密封的结构如图3所示。河灯怎么做
大间隙密封的结构具有以下特点：
（1）大间隙密封在初始状态，胶环的内径、扇形块和L形块内径尺寸一致，胶环在高压水的作用下，对大间隙密封施加外力，使得聚氨酯胶环径向收缩，L形块和扇形块相互配合起到支撑作用，紧抱钢管封住水压；当外力去除后，胶环因有良好的回弹特性，迅速恢复到初始状态。
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（2）大间隙密封的两个扇形块之间的距离，决定了能适应的钢管直径范围。大间隙密封适应的最小外径规格为扇形块落在钢管外表面时，其圆周方向上的间隙为零，钢管最大外径要小于胶环的内径。一般设计时会留一定余量，近似使用胶环的内径尺寸作为大间隙密封的规格代号。宝鸡石油钢管有限责任公司西安专用管公司现场使用的大间隙密封分为9种规格，涵盖了Φ60.3～Φ177.8mm钢管的生产，具体规格明细见表1。
大间隙密封适应的钢管直径不能过大，过大会降低大间隙密封的刚性，影响其使用寿命；过小则会导致钢管直径规格种类繁多，给现场管理带来不便。
（3）扇形块背部有销轴，安插在胶环上。解除压力时，L形块有利于大间隙密封复原。
（4）L形块用来防止胶环压缩时扇形块挤压到扇形块之间的聚氨酯橡胶环，与扇形块共同起到了支撑作用，增强了胶环径向方向上的刚性。
（5）大间隙密封在初始状态时，胶环与钢管的外表面有足够大的间隙，这样可以保证钢管在进出时不会磨损密封，提高了生产效率，保证了密封的使用寿命[8]。
大间隙密封的使用环境为高压乳化液，胶圈的邵氏硬度为95～97，硬度不够，则保证不了
高压下大间隙密封使用寿命的要求；胶圈要有良好的抗冲击性能、耐磨、满足反复使用的要求；胶环要有良好回弹性和韧性，否则胶环容易产生疲劳，影响大间隙密封的使用寿命；水压机打压试验的介质为乳化液，胶环采用改性增强聚氨酯，克服了聚氨酯不耐水的缺点[9]；L形块和扇形块的材质要求强度适中，能承受高压，但硬度不能过高，否则会损伤钢管，耐磨性要好。
胶环要有一定的外形尺寸精度。直径过大，安装时容易损伤胶环，影响大间隙密封圈的使用寿命和日常更换；大间隙密封厚度过大、过小都会影响工装和试压头的配合，导致胶圈外延的预紧力过大或者过小，影响大间隙密封的正常使用；椭圆度不合格也容易造成胶环形变不均匀，影响大间隙密封使用寿命；L形块和扇形块表面要有良好的粗糙度和加工精度，否则会影响密封效果。
大间隙密封胶圈外沿和Y形密封的配合使用，使得工装与试压头组成密封腔。工装和试压头的加工精度不高，或者表面生锈，甚至产生划痕都会影响大间隙密封的使用寿命。在工装和试压头的机械加工中，要求表面精度为Ra1.6[10]，材质选择为42CrMo，材质中含有Cr，能有效预防生锈。定期对工装和试压头的密封面用细砂纸打磨，保证使用精度。
水压试验机一共有7组抱卡。当抱卡机构出现异常时，钢管中心线尤其是靠近施压头部分会出现偏移，进入试压头的钢管不在试压头的中心。水压试验时，钢管中心与试压头中心的偏移会使得间隙密封胶环出现形变不均匀，影响使用寿命。
当抱卡机构出现问题时，抱卡打开，检查7组抱卡的垫块是否有磨损，如有磨损更换新的垫块；检查抱卡支撑小车轮是否松动或者小车轮轴承损坏导致的抱卡偏移，如有及时紧固小车轮或者更换小车轮内轴承；检查7组抱卡垫块最高点标高的偏差是否在1 mm内，垫块的中心到导轨两端的距离数据1和数据2偏差是否在1 mm内，如有偏差，调整垫块的位置，直到数据偏差在1 mm内。抱卡打开状态结构图如图4所示。
青梅1H抱卡关闭时，记录钢管中心到导轨两端的距离，如果数据3和数据4偏差在1 mm以上，则说明抱卡的抱臂出现了磨损或者变形，导致抱卡抱紧钢管时，钢管中心线与试压头中心线不一致。如果抱臂变形，则进行矫正或者更换新的抱臂；如果抱臂磨损，修磨或者补焊磨损部分，直到数据3和数据4的偏差在1 mm内。抱卡关闭状态结构如图5所示。
注水端机构中，试压头和接箍抱卡固定在一个平台，两个机构间的距离固定。当注水端到位距离过小时，接箍抱卡会抱紧接箍，导致不能正常闭合，无法打压；当注水端到位距离
过大时，接箍外延与接箍抱卡的距离过大，打压时会加剧密封圈的磨损，一般设定为5～10 mm。接箍抱卡结构如图6所示。
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