CN109883616A - 一种盾构油脂耐水密封性专用测定仪器及试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种盾构油脂耐水密封性专用测定仪器及试验方法。测定仪器主要由高压气源、并联的双路加压控制装置、试验筒和泄压阀所构成。双路加压控制装置借助高压管路连接试验筒。在试验筒主体底部设置测试筛板。试验方法是首先在试验筒中放入测试筛板并注入盾构油脂，在油脂上部注入水。通过双路加压控制***对试验筒进行加压，并在在规定压力下保持一定时间。观察试验筒底部是否有水从测试筛板渗出，同时记录油脂泄漏量。该测试仪器及试验方法，通过对盾构施工中盾构油脂在高压水环境下的工况模拟，可有效地反映出盾构油脂的耐水密封性能。

Description

一种盾构油脂耐水密封性专用测定仪器及试验方法

技术领域

本发明属于润滑油脂技术领域，特别涉及一种在高压水环境下，专用于考察盾构油脂耐水密封性能的测定仪器及试验方法。

背景技术

盾构是目前城市轨道交通建设中隧道施工的主要方法。在盾构施工中，所使用盾尾密封脂和主轴承密封脂合称为盾构油脂。盾构油脂对防止泥浆和水渗入，提高刀盘密封效果，并在减小相关部件的摩擦，以及保证施工安全、提升掘进效率等方面，都具有重要作用。

耐水密封性是评价盾构油脂技术性能的一项十分关键的指标。但是，目前国内外对盾构油脂耐水压性能的测定，尚无开发出专门的测定仪器，也无制定出规范统一的试验方法。目前，一般是自行搭建一些筒易的试验装置，来进行耐水压性的模拟测定。

现行搭建的筒易试验装置，在结构上存在许多缺陷，且操作复杂、试验误差大、适应性差。现有盾构油脂耐水密封性试验方法，在试验方法的规范性、统一性，以及试验结果的准确性、再现性等方面，也不能满足当今盾构行业发展的实际需要。因此，目前迫切需要一种有关盾构油脂耐水密封性专用的测定仪器，以及规范、统一的试验方法。

发明内容

本发明的目的，是提供一种结构筒单、操作方便，测定结果准确、可靠的盾构油脂耐水密封性专用测定仪器及相应的试验方法。采用高压气源、并联的双路加压控制装置、试验筒和泄压阀，构成一种盾构油脂耐水密封性能的专用测定仪器，并提出与仪器相对应的试验方法，尚无公开报道。

本发明中盾构油脂耐水密封性专用测定仪器的技术方案是：

一种盾构油脂耐水密封性专用测定仪器，测定仪器主要由高压气源、并联的双路加压控制装置、试验筒和泄压阀所构成；高压气源为双路加压控制装置与试验筒提供高压试验气体；在并联的双路加压控制装置上设置有管路A和管路B；在两路加压控制装置气路上，均依次设置有调压阀、压力变送器和开关电磁阀；双路加压控制装置、泄压阀和试验筒通过四通体连接在一起。

所述的测定仪器，其特征是在所述试验筒由上密封盖、密封O型圈、试验筒主体、脂压平筛板、密封垫环、测试筛板、支撑片、下密封盖所构成。

所述的试验筒，其特征是在所述试验筒主体分为上层气腔、中层水腔和下层油脂腔三段；在水腔和油脂腔之间，设置有孔径为20～200目的脂压平筛板；试验筒设置有上密封盖和下密封盖，在上密封盖的下部设置有密封O型圈，实现对试验筒主体上部的密封，在下密封盖上部设置有压紧密封垫环，实现对试验筒主体下部的密封；在支撑片上部设置有孔径为20～200目的测试筛板；在测试筛板与下密封盖之间设置有支撑片。

所述的测定仪器，其特征是所述双路加压控制装置的供气方式，首先是高压气源分别对并联的两个管路提供高压气体，两路气路再分别通过调压阀进行调压，再通过管路中的压力变送器进行压力显示，最后高压气体通过密封接头对试验筒气腔加压。

所述的测定仪器，其特征是所述双路加压控制装置的调控方法，是通过双路加压控制装置由低至高阶梯式提高试验压力；首先开启管路A开关电磁阀对试验筒供气，通过调压阀调至设定的压力，而后按设定试验的时间开始进行第1次恒压试验；在管路A试验结束之前，完成管路B压力设定，使管路B升至更高压力；待管路A试验结束后，管路A开关电磁阀关闭，管路B开关电磁阀开启，之后管路B开始对试验筒供气；按设定的与第1次相同的试验时间，开始第2次恒压试验；通过管路A和管路B的交替操作升高试验压力，并依次按相同的试验时间，开始恒压试验；最后将试验筒压力升高至设定的最高试验压力，进行等时间条件下的恒压试验。

整个气路***，通过高压管路连接。

所述测定仪器所对应的盾构油脂耐水密封性试验方法，其特征是通过高压气源提供高压试验气体至试验筒气腔，从而使水腔内中注入的纯净水获得同等的高压；高压纯净水通过压平筛板，直接作用于油脂腔中盾构油脂的表面或渗透于油脂内部；盾构油脂的耐水密封性，是通过观察在规定试验时间内和试验压力下，是否有水通过试验筒底部测试筛板渗漏出来以及计量油脂的泄露量来衡量；通过管路开关电磁阀进行气路通断切换；通过泄压阀完成对试验筒与双路加压控制装置的泄压。

所述的试验方法，其特征是所述高压气源为高压氮气或高压空气，要求压力范围为4.0～5.0MPa。

所述的试验方法，其特征是各级别试验压力的确定，是按初始试验压力0.5MPa的连续自然数倍数依次升高，且最高允许试验压力为≤4.0MPa。

所述的试验方法，其特征是在各级别试验压力下，在恒压过程中的试验时间均为60～300s，且各级别试验压力下的试验时间保持一致。

所述的试验方法，其特征是测试筛板孔径为20～200目，且测试筛板可采用1～2层。

所述的试验方法，其特征是通过观察在设定的试验压力和试验时间下，通过测试筛板从试验筒底部是否有水渗出，同时称量油脂泄露量(g)为试验结果；无水渗出，盾构油脂为合格；且报告试验结果时，须注明测试筛板孔径、测试筛板层数、试验压力和试验时间。

所述的盾构油脂耐水密封性专用测定仪器及试验方法，适用于考察盾构油脂或其他材料的耐水密封性能。

本发明中仪器所对应的盾构油脂耐水密封性试验方法，操作步骤是：将1～2层20～200目的测试筛板放置于试验筒底部，固定下密封盖，然后将盾构油脂试样放入试验筒。用1层20～200目的脂压平筛板将试样进行压实。向试验筒中注入与盾构油脂试样等量的纯净水。固定上密封盖，安装密封接头。调节管路A调压阀进行调压，开启管路A开关电磁阀供气。压力变送器显示调至设定压力0.5MPa后，此时管路B开关电磁阀仍处于关闭状态。设定试验时间为60～300s，开始进行第1次恒压试验。在第1次试验结束之前，完成管路B压力设定为1.0MPa。待第1次恒压试验结束后，管路A开关电磁阀关闭，同时管路B开关电磁阀开启，管路B开始对试验筒开始供气。按与第1次试验相同的试验时间，开始第2次恒压试验。依次按0.5MPa的连续自然数倍数升高试验压力，且最高允许试验压力为≤4.0MPa。最后观察并报告试验筒底部是否有水渗出，同时称量油脂泄露量(g)为试验结果。试验筒底部无水渗漏为合格，有水渗漏为不合格。若在试验压力<4.0MPa时的任何压力下，发现试验筒底部有水渗出，则应立即停止试验。

试验结束，管路A电磁阀、管路B电磁阀都处于断电状态。拆卸试验筒之前，先开启泄压阀对***泄压。对试验筒中试验筒主体、上密封盖、密封O型圈、脂压平筛板、密封垫环、测试筛板、支撑片、下密封盖等进行清洗，以备下次试验使用。

该仪器通过对盾构施工中工况条件环境进行模拟，能准确地测定出盾构油脂的耐水压性能，从而有效的保证盾构施工安全推进。该仪器结构筒单，可实现半连续化操作。试验筒保压效果好，试验误差小，可靠性高。通过双路气路的设计，可保证试验过程的不间断操作，节省了压力调试的时间。测试时间可选择设定并可自动完成试验，降低了试验人员的操作难度。

附图说明

图1是本盾构油脂耐水密封性专用测定仪器的整机原理图。

图2是本盾构油脂耐水密封性专用测定仪器的试验筒结构图。

其中：1.高压氮气气源；2.管路A调压阀；3.管路A压力变送器；4.管路A开关电磁阀；5.管路B调压阀；6.管路B压力变送器；7.管路B开关电磁阀；8.泄压阀；9.密封接头；10.试验筒；11.上密封盖；12.密封O型圈；13.试验筒主体；14.纯净水；15.脂压平筛板；16.待测盾构油脂；17.密封垫环；18.测试筛板；19.支撑片；20.下密封盖。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，对盾构油脂耐水密封性专用测定仪器的构成、连接方式、以及具体的试验步骤进一步详细说明。

本发明的测试仪器如图1、2所示。

本发明的测试仪器主要由高压气源(1)、并联的双路加压控制装置、试验筒(10)和泄压阀(8)所构成；高压气源一为双路加压控制装置与试验筒(10)提供高压试验气体；在并联的双路加压控制装置上设置有管路A和管路B；在两路加压控制装置气路上，均依次设置有管路A调压阀(2)/管路B调压阀(5)、管路A压力变送器(3)/管路B压力变送器(6)和管路A开关电磁阀(4)/管路B开关电磁阀(7)；双路加压控制装置借助高压管路连接试验筒(10)；泄压阀(8)与双路加压控制装置，通过密封接头(9)与试验筒(10)相连接，实现***泄压。

本发明的测试仪器，是在所述试验筒由上密封盖(11)、密封O型圈(12)、试验筒主体(13)、脂压平筛板(15)、密封垫环(17)、测试筛板(18)、支撑片(19)、下密封盖(20)所构成；试验筒主体(13)分为上层气腔、中层水腔和下层油脂腔三段；在水腔和油脂腔之间，设置有孔径为20～200目的脂压平筛板(15)；试验筒设置有上密封盖(11)和下密封盖(20)，在上密封盖(11)的下部设置有密封O型圈(12)，实现对试验筒主体(13)上部的密封，在下密封盖(20)上部设置有压紧密封垫环(17)，实现对试验筒主体(13)下部的密封；在支撑片(19)上部设置有孔径为20～200目的测试筛板(18)；在测试筛板(18)与下密封盖(20)之间设置有支撑片(19)。

实施例1

将2层20目的测试筛板放置于试验筒底部，固定下密封盖，然后将市售盾尾密封脂A称取102g放入试验筒。试样用20目压平筛板压实。向试验筒中注纯净水102g。固定上密封盖，安装密封接头。

将高压氮气气源设定为提供4.5MPa压力。调节管路A调压阀，使管路A压力变送器压力达到0.5MPa。将管路A开关电磁阀给电开启，此时管路B开关电磁阀处于断电状态。设定试验时间为300s，开始进行第1次恒压试验。在第1次试验结束之前，完成管路B压力设定为1.0MPa。待第1次恒压试验结束后，管路A开关电磁阀关闭，同时管路B开关电磁阀开启，管路B开始对试验筒供气。按与第1次试验相同的300s试验时间，开始第2次恒压试验。

依次按0.5MPa的连续自然数倍数升高试验压力分别至1.5MPa、2.0MPa、2.5MPa和3.0MPa，至3.5MPa止。在各压力下均保持试验时间为300s。最后，观察在3.5试验压力下，试验筒底部是否有水渗出，同时称量油脂泄露量(g)。

试验结果：在测试筛板孔径20目、测试筛板层数2层、试验压力3.5MPa和试验时间300s条件下，观察试验筒底部无水渗漏出来，称量油脂泄露量为15.3g。市售盾尾密封脂A质量为合格。

试验结束后，开启泄压阀进行泄压。拆卸并清洗试验筒各部件，以备下次使用。

实施例2

将1层200目的测试筛板放置于试验筒底部，固定下密封盖，然后将市售主轴承密封脂A称取100g放入试验筒。试样用200目压平筛板压实。向试验筒中注纯净水100g。固定上密封盖，安装密封接头。

将高压空气气源设定为提供4.0MPa压力。调节管路A调压阀，使管路A压力变送器压力达到0.5MPa。将管路A开关电磁阀给电开启，此时管路B开关电磁阀处于断电状态。设定试验时间为60s，开始进行第1次恒压试验。在第1次试验结束之前，完成管路B压力设定为1.0MPa。待第1次恒压试验结束后，管路A开关电磁阀关闭，同时管路B开关电磁阀开启，管路B开始对试验筒供气。按与第1次试验相同的60s试验时间，开始第2次恒压试验。

依次按0.5MPa的连续自然数倍数升高试验压力分别至1.5MPa、2.0MPa、2.5MPa和3.0MPa，至3.5MPa止。在各压力下均保持试验时间为60s。最后，观察在3.5试验压力下，试验筒底部是否有水渗出，同时称量油脂泄露量(g)。

试验结果：在测试筛板孔径200目、测试筛板层数1层、试验压力3.5MPa和试验时间60s条件下，观察试验筒底部无水渗漏出来，称量油脂泄露量为7.0g。市售主轴承密封脂A质量为合格。

试验结束后，开启泄压阀进行泄压。拆卸并清洗试验筒各部件，以备下次使用。

实施例3

将2层30目的测试筛板放置于试验筒底部，固定下密封盖，然后将市售盾尾密封脂B称取98g放入试验筒。试样用30目压平筛板压实。向试验筒中注纯净水98g。固定上密封盖，安装密封接头。

将高压氮气气源设定为提供5.0MPa压力。调节管路A调压阀，使管路A压力变送器压力达到0.5MPa。将管路A开关电磁阀给电开启，此时管路B开关电磁阀处于断电状态。设定试验时间为240s，开始进行第1次恒压试验。在第1次试验结束之前，完成管路B压力设定为1.0MPa。待第1次恒压试验结束后，管路A开关电磁阀关闭，同时管路B开关电磁阀开启，管路B开始对试验筒供气。按与第1次试验相同的240s试验时间，开始第2次恒压试验。

依次按0.5MPa的连续自然数倍数升高试验压力分别至1.5MPa、2.0MPa、2.5MPa3.0MPa和3.5MPa,至4.0MPa止。在各压力下均保持试验时间为240s。最后，观察在4.0试验压力下，试验筒底部是否有水渗出，同时称量油脂泄露量(g)。

试验结果：在测试筛板孔径30目、测试筛板层数2层、试验压力4.0MPa和试验时间240s条件下，观察试验筒底部无水渗漏出来，称量油脂泄露量为21.0g。市售盾尾密封脂B产品质量为合格。

试验结束后，开启泄压阀进行泄压。拆卸并清洗试验筒各部件，以备下次使用。

实施例4

将1层30目的测试筛板放置于试验筒底部，固定下密封盖，然后将市售主轴承密封脂B称取101g放入试验筒。试样用30目压平筛板压实。向试验筒中注纯净水101g。固定上密封盖，安装密封接头。

将高压空气气源设定为提供5.0MPa压力。调节管路A调压阀，使管路A压力变送器压力达到0.5MPa。将管路A开关电磁阀给电开启，此时管路B开关电磁阀处于断电状态。设定试验时间为240s，开始进行第1次恒压试验。在第1次试验结束之前，完成管路B压力设定为1.0MPa。待第1次恒压试验结束后，管路A开关电磁阀关闭，同时管路B开关电磁阀开启，管路B开始对试验筒供气。按与第1次试验相同的240s试验时间，开始第2次恒压试验。

依次按0.5MPa的连续自然数倍数升高试验压力分别至1.5MPa、2.0MPa、2.5MPa、3.0MPa和3.5MPa，至4.0MPa止。在各压力下均保持试验时间为240s。最后，观察在3.5试验压力下，试验筒底部是否有水渗出，同时称量油脂泄露量(g)。

试验结果：在测试筛板孔径30目、测试筛板层数1层、试验压力4.0MPa和试验时间240s条件下，观察试验筒底部有水珠渗漏出来，称量油脂泄露量为38.0g。市售主轴承密封脂B质量为不合格。

试验结束后，开启泄压阀进行泄压。拆卸并清洗试验筒各部件，以备下次使用。

与国内外现有自行搭建的筒易试验装置比较，本发明提供的专用测定仪器试验精确度显著提高，实现了半连续化操作，试验过程筒便、安全、可靠。在相同的试验条件下，与本发明提供的仪器及方法，具有规范性强，试验结果的准确性高和再现性高等特点。本发明提供的专用测定仪器及试验方法，适用于盾沟油脂生产、科研及盾构施工企业进行产品质量的评定与检测。本发明对于保障盾构油脂产品质量的稳定，实现盾构隧道施工安全、高效等方面，均具有重要意义。

Claims (10)

1.一种盾构油脂耐水密封性专用测定仪器，其特征是测定仪器主要由高压气源、并联的双路加压控制装置、试验筒和泄压阀所构成；高压气源为双路加压控制装置与试验筒提供高压试验气体；在并联的双路加压控制装置上设置有管路A和管路B；在两路加压控制装置气路上，均依次设置有调压阀、压力变送器和开关电磁阀；双路加压控制装置、泄压阀和试验筒通过四通体连接在一起。

2.如权利要求1所述的测定仪器，其特征是在所述试验筒主体分为上层气腔、中层水腔和下层油脂腔三段；在水腔和油脂腔之间，设置有孔径为20～200目的脂压平筛板；试验筒设置有上密封盖和下密封盖，在上密封盖的下部设置有密封O型圈，实现对试验筒主体上部的密封，在下密封盖上部设置有压紧密封垫环，实现对试验筒主体下部的密封；在支撑片上部设置有孔径为20～200目的测试筛板；在测试筛板与下密封盖之间设置有支撑片。

3.如权利要求1所述的测定仪器试验方法，其特征是首先是高压气源分别对并联的两个管路提供高压气体，两路气路再分别通过调压阀进行调压，再通过管路中的压力变送器进行压力显示，最后高压气体通过密封接头对试验筒气腔加压。

4.如权利要求3所述的试验方法，其特征是双路加压控制装置的调控方法是通过双路加压控制装置由低至高阶梯式提高试验压力；首先开启管路A开关电磁阀对试验筒供气，通过调压阀调至设定的压力，而后按设定试验的时间开始进行第1次恒压试验；在管路A试验结束之前，完成管路B压力设定，使管路B升至更高压力；待管路A试验结束后，管路A开关电磁阀关闭，管路B开关电磁阀开启，之后管路B开始对试验筒供气；按设定的与第1次相同的试验时间，开始第2次恒压试验；通过管路A和管路B的交替操作升高试验压力，并依次按相同的试验时间，开始恒压试验；最后将试验筒压力升高至设定的最高试验压力，进行等时间条件下的恒压试验。

5.如权利要求3所述试验方法，其特征是通过高压气源提供高压试验气体至试验筒气腔，从而使水腔内中注入的纯净水获得同等的高压；高压纯净水通过压平筛板，直接作用于油脂腔中盾构油脂的表面或渗透于油脂内部；盾构油脂的耐水密封性，是通过观察在规定的试验时间内和试验压力下，是否有水通过试验筒底部测试筛板渗漏出来以及计量油脂的泄露量来衡量；通过管路开关电磁阀进行气路通断切换；通过泄压阀完成对试验筒与双路加压控制装置的泄压。

6.如权利要求3所述的试验方法，其特征是所述高压气源为高压氮气或高压空气，要求压力范围为4.0～5.0 MPa。

7.如权利要求4所述的试验方法，其特征是各级别试验压力的确定，是按初始试验压力0.5MPa的连续自然数倍数依次升高，且最高允许试验压力为≤4.0MPa。

8.如权利要求4所述的试验方法，其特征是在各级别试验压力下，在恒压过程中的试验时间均为60～300s，且各级别试验压力下的试验时间保持一致。

9.如权利要求6所述的试验方法，其特征是通过观察在设定的试验压力和试验时间下，通过测试筛板从试验筒底部是否有水渗出，同时称量油脂泄露量为试验结果；无水渗出，盾构油脂为合格；且报告试验结果时，须注明测试筛板孔径、测试筛板层数、试验压力和试验时间。

10.如权利要求1所述的盾构油脂耐水密封性专用测定仪器适用于考察盾构油脂或其他材料的耐水密封性能。