一种水下闸阀执行器的低功耗保持及失效安全关断机构制造技术

技术编号:15083101 阅读:372 留言:0更新日期:2017-04-07 14:01
本发明专利技术提供一种水下闸阀执行器的低功耗保持及失效安全关断机构,是一种基于杠杆原理的机械锁紧机构和弹簧的自恢复机构,包括一个可在壳体内作线性运动的阀杆,此阀杆连接着闸阀并通过自身运动控制闸阀的开启和关闭,阀杆到达稳定工作位置是由电机驱动传动装置(螺母丝杠),从而推动弹簧托架运动,然后在锁紧闩的锁紧作用下,弹簧托架连同阀杆一起被锁死,位置保持固定不变,闸阀进入低功耗保持状态;而失效安全关断过程则是由自身的复位弹簧来完成。本发明专利技术的触发机构为压缩的弹簧并且可以实现电控触发,电磁铁断电时,辅助弹簧复位,锁紧柱滑入锁紧槽内,壳体内复位弹簧驱使阀杆运动,闸阀进入安全关断状态。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种水下闸阀执行器,尤其涉及一种水下闸阀执行器的低功耗保持及失效安全关断机构,属于海洋石油工程领域。
技术介绍
随着海洋石油开发逐步走向深海,国家加强对海洋石油装备研发的支持。水下生产系统及相关设备的研发已成为海洋石油开发装备研究的热点领域。目前国内很多公司开始重点研发水下装备。水下生产系统多为高压运行,一般压力为几兆帕至上百兆帕。水下闸阀执行机构即用于控制深水闸阀开启和关闭的驱动装置,具有重要的关断功能,广泛应用于水下生产系统中,如水下采油树、水下管汇等,是海洋深水油气田开发必不可少的设备,因此在相关的水下设备研发中极为重视,尤其是其所应具备的安全性和可靠性。与陆上闸阀执行机构相比,需要考虑海水腐蚀、高静水压、深水操作等因素,并且要求具有高可靠性和较长的使用寿命,因此其结构也更加复杂。闸阀功能的实现需要闸阀执行器的操作,目前,陆上闸阀执行器的操作一般有手动(人工操作)、气动、电动、液压、联动等动力方式。除气动和联动外,其他三种类型的执行器在水下均有应用。由于液压和电动操作具有反应迅速、驱动能力强、自动化程度高、不受水深限制等优点,一般选择二者作为主要操作方式。根据API17D的要求,水下闸阀必须要做到失效安全,即要求一旦失去阀门操作的动力,就要求将阀门关闭。实现此功能的通行做法是通过手动方式进行关闭。“石油机械”期刊在2014年刊登了一篇名为“水下闸阀在水下生产系统中的应用研究”的文章中提到,水下闸阀主要由驱动装置和闸阀体组成,通常情况下,驱动装置顶部连接有ROV吊桶用于ROV应急操作,实现水下闸阀出现故障时的开启或关闭。基本无法实现水下闸阀失效安全自动关断功能。目前,全电式水下阀门完全靠电力进行驱动,电机在打开阀门及保持打开状态时会消耗大量的能量,而水下阀门在正常工作状态下是一直处于打开状态,这就造成了大量的能量浪费,故阀门打开状态下的低功耗状态保持技术尤为关键。因此,需要研究一种带有低功耗保持及失效安全关断机构的水下闸阀执行器。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服现有技术存在的上述技术不足而提供一种水下闸阀执行器的低功耗保持及失效安全关断机构,不仅可以通过机械锁紧机构来进行低功耗保持,减少能耗、节约能源,而且还可以通过弹簧的自恢复机构进行安全关断,安全、有效地解决了故障失效时的关断问题,过程中操作简单、方便,使水下生产更加安全,成本更低,效率更高。本专利技术的目的是这样实现的:包括壳体、设置在壳体两端的后盖和前盖、设置在壳体内的阀杆和弹簧托架、,阀杆的一端伸出至前盖外与闸阀连接,阀杆的另一端与弹簧托架的固连,所述弹簧托架的端部的外侧表面设置有凸台、内侧表面设置有凹槽,壳体与弹簧托架形成的空间内放置有复位弹簧,且复位弹簧的一端与弹簧托架的凸台固连、另一端与前盖固连,弹簧托架的凹槽与后盖的外表面配合,所述后盖的外部安装有传动装置,传动装置包括机架、丝杠和安装在丝杠上的螺母,机架外部安装有电机,电机的输出轴与丝杠固连,螺母通过连杆与弹簧托架固连,所述后盖的中空的内部以及弹簧托架的空心圆柱型腔设置有机械锁紧保持机构。本专利技术还包括这样一些结构特征:1.所述机械锁紧保持机构包括设置在后盖的中空的内部的电磁铁和与电磁铁端部连接的锁紧闩底座,电磁铁的中心设置有截面形状是方形的锁紧杆且锁紧杆的端部穿出锁紧闩,所述锁紧杆上设置有定位凸台,所述定位凸台与电磁铁之间设置有辅助弹簧,锁紧杆的四个侧面上分别设置有具有斜坡的锁紧槽,每个锁紧槽内设置有锁紧柱,与锁紧杆的四个侧面接触的锁紧闩底座上分别开有长方形通孔,四个长方形通孔分别与对应的锁紧槽对齐,锁紧闩底座的侧面对称安装有四个锁紧闩,每个锁紧闩上带有配套的锁紧闩复位弹簧、锁紧闩转轴、复位弹簧支座,锁紧闩复位弹簧的一端固定在复位弹簧支座上、另一端绕过锁紧闩转轴顶在弹簧托架的内壁上,锁紧闩转轴安装在后盖上且每个锁紧闩可绕对应的锁紧闩转轴转动。与现有技术相比,本专利技术的有益效果是:1.本专利技术通过机械锁紧机构进行闸阀执行器的低功耗保持,解决了传统闸阀执行器完全依靠电力保持而消耗大量能量的问题,结构简单紧凑,经济适用。2.本专利技术通过弹簧自恢复机构来进行失效安全关断,使水下设备故障反应时间短,操作及时,保障了水下生产安全。当闸阀执行器需要低功耗保持时,弹簧托架运动使复位弹簧压缩,阀杆到达指定位置时,在锁紧闩复位弹簧作用下,锁紧闩上半部分刚好卡在弹簧托架凹槽内,这时,电磁铁得电吸引锁紧杆水平运动,辅助弹簧处于压缩状态,锁紧柱从锁紧槽内沿斜坡滑出,锁紧柱凸出锁紧闩底座的部分卡在锁紧闩底部凹槽内,复位弹簧便一直处于压缩状态不能复位。这时,维持现状不再需要外加提供能量,直接利用电磁驱动机械锁紧保持来完成,减少了能源的消耗,更加经济、环保。当闸阀执行器需要失效安全关断时,电磁铁断电,对锁紧杆的吸引力消失。在辅助弹簧的作用下,锁紧杆复位,锁紧柱沿斜坡重新滑回锁紧槽内。锁紧闩底部处于活动状态,在复位弹簧的作用下,弹簧托架连同阀杆一起克服锁紧闩复位弹簧的作用力进行复位。直接利用弹簧的自恢复来实现闸阀执行器的失效安全关断,使水下生产更加安全,效率更高。附图说明图1是本专利技术在低功耗保持状态下主体结构布局示意图;图2是本专利技术在失效安全关断状态下主体结构布局示意图;图3是本专利技术在低功耗保持状态下结构布局示意图;图4是本专利技术在低功耗保持状态下剖视图;图5是本专利技术在失效安全关断状态下结构示意图;图6是本专利技术在失效安全关断状态下剖视图;图7是本专利技术主体内部锁紧闩分布情况示意图。其中,1阀杆,2前盖,3壳体,4复位弹簧,5弹簧托架,6锁紧闩复位弹簧,7锁紧闩,8锁紧闩转轴,9复位弹簧支座,10辅助弹簧,11后盖,12电磁铁,13锁紧杆,14锁紧槽,15锁紧闩底座,16锁紧柱,17机械锁紧保持机构,18传动装置(螺母丝杠),19电机,20闸阀。具体实施方式下面结合附图与具体实施方式对本专利技术作进一步详细描述。图1和图2分别为水下闸阀执行器在低功耗保持及失效安全关断状态下的结构布局示意图,阀杆1与水下的闸阀20相接,传动装置(丝杠)18和电机19是很常见的,故不属于本专利技术范围内,传动装置(丝杠)18和闸阀20之间部分为本专利技术的主体核心部分,主要由阀杆1、前盖2、壳体3、后盖11、复位弹簧4、弹簧托架5、机械锁紧保持机构17等部分组成。结合图2~7,本专利技术中的前盖2、壳体3、后盖11采用螺栓联接方式组成一个整体,其中,前盖2中心位置开有圆孔,以便阀杆1可以从中穿过并作水平线性运动;壳体3与弹簧托架5中间夹有一复位弹簧4,复位弹簧4的一端固连在前盖2上,另一端固连在弹簧托架5外侧凸台上,弹簧托架5内为一空心圆柱型腔,右端的内侧和外侧分别设有定位凹槽和凸台用于锁紧闩7和复位弹簧4的定位,左端与阀杆1固联,弹簧托架5可在壳体3与后盖11间的滑道上滑动(作水平线性运动)来实现复位弹簧4的压缩。弹簧托架5空心圆柱型腔和后盖11内为本专利技术的电磁驱动机械锁紧保持机构17,主要由锁紧闩7、锁紧闩复位弹簧6、锁紧闩转轴8、锁紧柱16、锁紧闩底座15、锁紧槽14、锁紧杆13、辅助弹簧10和电磁铁12等组成。端面为方形的锁紧杆13位于主体中心线上并可在水平方向作线性运动,锁紧杆13从电磁铁12内部穿过,锁紧杆13左端的四个侧面本文档来自技高网
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一种水下闸阀执行器的低功耗保持及失效安全关断机构

【技术保护点】
一种水下闸阀执行器的低功耗保持及失效安全关断机构,其特征在于:包括壳体、设置在壳体两端的后盖和前盖、设置在壳体内的阀杆和弹簧托架、,阀杆的一端伸出至前盖外与闸阀连接,阀杆的另一端与弹簧托架的固连,所述弹簧托架的端部的外侧表面设置有凸台、内侧表面设置有凹槽,壳体与弹簧托架形成的空间内放置有复位弹簧,且复位弹簧的一端与弹簧托架的凸台固连、另一端与前盖固连,弹簧托架的凹槽与后盖的外表面配合,所述后盖的外部安装有传动装置,传动装置包括机架、丝杠和安装在丝杠上的螺母,机架外部安装有电机,电机的输出轴与丝杠固连,螺母通过连杆与弹簧托架固连,所述后盖的中空的内部以及弹簧托架的空心圆柱型腔设置有机械锁紧保持机构。

【技术特征摘要】
1.一种水下闸阀执行器的低功耗保持及失效安全关断机构,其特征在于:包括壳体、设置在壳体两端的后盖和前盖、设置在壳体内的阀杆和弹簧托架、,阀杆的一端伸出至前盖外与闸阀连接,阀杆的另一端与弹簧托架的固连,所述弹簧托架的端部的外侧表面设置有凸台、内侧表面设置有凹槽,壳体与弹簧托架形成的空间内放置有复位弹簧,且复位弹簧的一端与弹簧托架的凸台固连、另一端与前盖固连,弹簧托架的凹槽与后盖的外表面配合,所述后盖的外部安装有传动装置,传动装置包括机架、丝杠和安装在丝杠上的螺母,机架外部安装有电机,电机的输出轴与丝杠固连,螺母通过连杆与弹簧托架固连,所述后盖的中空的内部以及弹簧托架的空心圆柱型腔设置有机械锁紧保持机构。2.根据权利要求1所述的一种水下闸阀执行器的低功耗保持...

【专利技术属性】
技术研发人员:贾鹏王立权沈照月王洪海孟永红王向宇吴博文
申请(专利权)人:哈尔滨工程大学
类型:发明
国别省市:黑龙江;23

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