水下多功能液压快速接头模拟试验台研制

章向荣， 张艳春， 肖易萍， 张宪阵， 戴必林

（1.海洋石油工程股份有限公司，天津300452；2.浙江大学流体传动与控制国家重点实验室，杭州310028）

0 引言

水下多功能液压快速接头（Multi Hydraulic Quick Connector），简称为MQC，是用来在水下同时连接多个单路液压接头［1］的装置。由于水下环境的复杂性和装置更换的难度大，设备出现故障后造成的经济损失是不可估量的，因此在设备投入使用前，需要进行泄漏压力测试及耐压测试。

为了在研发和生产中更合理地测试MQC性能，有必要开发与海底实际使用环境相似的试验台。本文研究一种水下多功能液压接头（MQC）性能检测的试验台，用于MQC的连接性能测试、泄漏压力测试及耐压测试。

1 试验台结构和工作原理

如图1所示，该试验台主要由液压回路、近端和远端等组成。液压回路主要由油源、分合流模块、MQC、节流阀等组成。分合流模块的主要功能为实现油路一路分多路再多路分一路的功能，且能够分别控制各路油路的通断并通过各个支路上的压力传感器采集各路油路的压力信号。

在试验时首先开启液压油源，调节油源压力到工作压力，在试验台近端中的人机操作界面中打开电磁阀，使高压油流过分合流模块至接头处。此时接头尚未接合，油路不通，进油路为高压且等于油源出口压力，回油路为低压，压力值为零。将分合流模块进油路球阀全部打开，此时压力传感器压力值显示为进油，然后将MQC移动端插入到MQC固定端并锁紧，使得MQC上各接头均顺利接合［2］。

图1 试验台工作原理图

根据压力传感器测得的各油路的压力值可以推知各油路的通断情况，而且在油路中其它元件不产生泄漏的情况下，可以测试MQC的耐压性能，即在15 min内能否保持压力恒定，此恒定压力值为1.1×1.5倍工作压力。

2 试验台液压系统设计

试验台液压系统主要是模拟海上钻井平台液压部分实际工作情况［3］。

试验台的液压回路主要包括油源、分合流模块、长软管、MQC等，图2为MQC连接功能测试液压原理图。由于MQC是在海底工作，而油源位于海上钻井平台上，油液需经长液压软管经分合流模块再经MQC输送到各个工作单元。为模拟其真实工作情况，试验台采用软管和节流阀组合来模拟长软管的液容和液阻，以期最大限度地还原MQC的真实工作情况。

由于该试验需要实现对油路压力的控制，液压源选用定量泵和溢流阀构成的恒压源，通过调节溢流阀的溢流压力来调节系统最高压力，系统压力通过油源出口的压力表显示。而且在油源出口至分合流模块进油路的压力表处，在截止阀完全打开时基本没有压降。在试验准备阶段可以通过该压力表来校准压力传感器的压力值。在压力表后面，选用一个两位两通电磁阀控制进油路的通断，即可实现对油路的控制。试验台中分合流模块主要实现油路的一分多和多合一，并实现对每个油路的单独控制和监测，因此在每个油路上均装有一个截止阀和压力传感器。而为使油路全开时系统压力不为零，在回油口处增加一个节流阀。

MQC连接功能试验时，MQC接回油长软管，而在MQC耐压测试时，MQC接堵头。

图2MQC连接功能试验液压原理图

3 水下多功能液压快速接头模拟试验

3.1MQC的连接功能测试

MQC的主要功能就是通过插拨实现油路的通断，且能保证在连接状态下不存在泄漏。MQC在实际使用的过程中，固定端连接到海底基座上，ROV机械手抓住移动端的旋转接口逆时针旋转至末端。然后将MQC移动端插入到固定端，通过观察插入到位标识线和前端标识线对齐后，即判断移动端在轴向方向已经插入到位。当移动端插入到位后，ROV机械手抓住扭矩工具并插入到传动轴上，然后开始顺时针旋转至锁紧到位标识线与前端标识线对齐，插入到位标识线与后端标识线对齐时，可判断此时锁紧到位，连接作业结束。试验台再现水下液压快速接头的工作状态，即在额定工作压力下实现多路管路的连接，并保证连接的可靠和稳定。通过观察软件界面上各个油路的压力变化，可以推知各个油路的通断情况，从而判断 MQC 能否正常工作［3］。

图3为测试台的操作界面，该操作界面提供了电力单元的启停、电磁阀的控制、控制信号的传输和各路压力传感器压力信号的显示，用户可以根据操作界面显示的压力值来判断各个接头的连接情况。

试验开始前关闭所有截止阀，并将溢流阀压力调至零，关闭近端和远端的电源。试验开始后，通过溢流阀将试验压力调到MQC额定工作压力，逐个打开进口截止阀，待压力稳定后，观察1～5号压力传感器示数变化。15 min后，逐个打开出口处截止阀，待压力稳定后，观察1～13号压力传感器求数变化［4］。

多次试验表明，MQC能够正常工作，MQC连接后每个接头均能正常连通，试验台能够准确地模拟MQC的实际工作情况并验证MQC的正常功能。

3.2MQC耐压测试

在MQC固定端公头上接上堵头，将油路封闭，可以测试MQC耐压性能。

图3 测试台软件界面

在液压管路连接好后，将系统压力通过油源的溢流阀调到额定压力的1.5×1.1倍左右，等压力传感器示数达到该压力后关闭分合流模块进油口的球阀。观察15 min内各压力传感器值的变化。如果各管路的压力值都只有小幅度的下降，则MQC满足设计的耐压要求。

在MQC的耐压试验中，在关闭进油口的球阀后15 min内，各压力传感器压力值只有很小幅度的下降。该部分的压力下降主要原因是压力传感器的压力波动以及软管为弹性元件，在这段保压过程中会有一定的体积膨胀。

多次试验证明试验台可以方便有效地测试MQC的耐压性能。

4结语

本试验中采用液压软管和节流阀的方案来模拟液压软管的液阻［5］，能够很大程度上模拟出长管传输的特性。

所开发试验台能够根据各管路的压力情况来判断出各接头的通断情况，进而测试出MQC的连接功能是否能够满足要求。

所开发试验台能够根据不同试验压力，实现各个等级的耐压测试。多次耐压试验表明，试验台满足MQC耐压测试的需求。

利用试验台可以分别对各路接头进行测试，因此可以测试具有不同接头数量的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］ 姜传东，杨学平，王维春.液压油管快速接头的正确使用与调整［J］.农机维修，1997（3）：38.

［3］ 李华凤.近海油田水下生产设施液压控制系统设计及仿真研究［D］.杭州：浙江大学，2010.

［4］ 周君鹏，赵小进，何城，等.电力线载波通信方法：中国，103475391A［P］.2013-12-25.

［5］ 苏锋，刘鸿雁,王强.电力/信号传输技术在水下生产系统的应用［J］.石油化工自动化，2008（5）：29-31，98.