一种基于双臂拨叉及蜗轮蜗杆传动的水下球阀执行机构制造技术

本发明专利技术属于海洋工程领域，提供一种水下球阀执行机构，尤其是一种基于双臂拨叉和蜗轮蜗杆传动的水下球阀执行机构，该执行机构由液压驱动模块、弹簧复位模块、ROV（水下机器人）驱动模块、压力补偿模块组成，所述弹簧复位模块与液压驱动模块相连，安装于液压缸同轴的另一侧，所述ROV驱动模块与液压驱动模块相连，安装于液压驱动模块的下方，所述压力补偿模块安装于液压驱动模块的侧面，通过管路接口与液压驱动模块、弹簧复位模块、ROV驱动模块相连。本发明专利技术执行机构能够实现较大输出扭矩，结构紧凑，尺寸较小，安全性好，可靠性高。

An Underwater Ball Valve Actuator Based on Double Arm Fork and Worm Gear Worm Drive

The invention belongs to the field of ocean engineering, and provides an underwater ball valve actuator, in particular an underwater ball valve actuator based on double-arm fork and worm drive. The actuator consists of a hydraulic drive module, a spring reset module, a ROV (underwater vehicle) drive module and a pressure compensation module. The spring reset module is connected with a hydraulic drive module and installed in the hydraulic drive module. On the other side of the hydraulic cylinder coaxial, the ROV drive module is connected with the hydraulic drive module, and is installed below the hydraulic drive module. The pressure compensation module is installed on the side of the hydraulic drive module, and is connected with the hydraulic drive module, the spring reset module and the ROV drive module through the pipeline interface. The actuating mechanism of the invention can achieve large output torque, compact structure, small size, good safety and high reliability.

【技术实现步骤摘要】
一种基于双臂拨叉及蜗轮蜗杆传动的水下球阀执行机构
本专利技术属于海洋工程领域，涉及一种水下球阀执行机构，尤其是一种基于双臂拨叉和蜗轮蜗杆传动的水下球阀执行机构。
技术介绍
随着陆上石油资源的迅速锐减，海洋油气开发已经成为世界各国的能源开发热点。自20世纪50年代以来，我国在海洋钻探、海洋装备制造等相关
取得了较大进步。但由于缺少必要的海洋油气能源的钻探、开发及生产装备，我国海上油气勘探、开发、生产主要集中在大陆架，水深不超过300m的近海海域。随着油气需求的不断增长以及近海油气开发的日趋饱和，我国对深海油气开发装备也提出了中长期的规划。水下阀门是水下采油树、水下管汇等水下油气采集设备的重要组成部件之一。阀门执行机构用于把阀门驱动至全开或全关的位置，跟随阀体安装于海底，外部被高腐蚀性的海水所包围，内部受到生产液高压高温的影响。阀门及执行机构不仅要承受极高的海水环境压力，能够耐海水及海生物的腐蚀，在需要全寿期安全可靠的完成开关阀门功能。水下球阀在关闭时阀前、后会产生较高压差，大通径的水下阀往往需要很大的开启和关闭扭矩。随着海水深度增加，驱动液压源的有效做功压力不断降低，导致执行机构难以操作大通径高压阀门或者能操作大通径高压阀门执行机构结构尺寸较大。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服上述现有技术中存在的缺陷，提供一种基于双臂拨叉及蜗轮蜗杆传动的水下球阀执行机构，该执行机构能够实现较大输出扭矩，结构紧凑，尺寸较小，安全性好，可靠性高。为实现以上目的，本专利技术采用的技术方案是：一种基于双臂拨叉及蜗轮蜗杆传动的水下球阀执行机构，由液压驱动模块、弹簧复位模块、ROV（水下机器人）驱动模块、压力补偿模块组成，所述弹簧复位模块与液压驱动模块相连，安装于液压缸同轴的另一侧，所述ROV驱动模块与液压驱动模块相连，安装于液压驱动模块的下方，所述压力补偿模块安装于液压驱动模块的侧面，通过管路接口与液压驱动模块、弹簧复位模块、ROV驱动模块相连。在上述技术方案中，所述液压驱动模块包括液压缸、双臂拨叉、拨叉箱体、滑块、销轴、导向块、导向杆，所述液压缸为单作用柱塞缸，连接在拨叉箱体上，液压缸的活塞杆与导向块相连，液压缸活塞杆推动导向块沿着导向杆移动，销轴与导向块相连，同时销轴通过两个滑块与双臂拨叉实现滑动配合，轴向依靠挡圈进行限位。所述双臂拨叉通过上、下滑动轴承与拨叉箱体配合，中间轴通过平键分别与双臂拨叉和ROV驱动模块的输出轴配合，拨叉箱体上安装有第一限位螺柱，对双臂拨叉的摆动最大角度进行限制，第一限位螺柱外部安装防水螺母和密封圈。在上述技术方案中，所述复位弹簧模块包括大弹簧、小弹簧、定心环、勾筒、弹簧拉杆、弹簧缸筒，所述大弹簧和小弹簧并联成一组内外组合弹簧，两组组合弹簧之间串联，通过定心环隔开，勾筒一端通过螺纹及销钉与弹簧拉杆连接，另一端通过带有双环形槽的法兰将弹簧组预压缩在弹簧缸内，勾筒为空心结构以减少整体重量，弹簧拉杆另一端与液压驱动模块的导向块相连。当开阀时，导向块在液压驱动模块作用下带动弹簧拉杆及勾筒进一步压缩弹簧，当关阀时，液压源泄压，弹簧的回复力作用于导向块从而实现阀门的自动关闭。在上述技术方案中，所述ROV驱动模块包括ROV接口、输出轴、输入轴、蜗轮、蜗杆，锥齿轮以及壳体，所述输出轴与双臂拨叉相连，并与带有1/4行程的键槽的蜗轮相连，实现液压驱动与ROV驱动的相互独立。蜗杆与蜗轮啮合，另一端通过锥齿轮与输入轴相连，ROV接口处设置标准ROV旋转接口，锥齿轮用于将ROV接口方向调整至向上。蜗轮、蜗杆配合为反向自锁。壳体上安装有第二限位螺柱，对蜗轮的最大摆动最大角度进行限制。在上述技术方案中，所述压力补偿模块包括皮囊压力补偿器、安全阀、管路及接头，压力补偿器通过管路分别与液压缸无杆腔、拨叉箱体、弹簧缸筒、ROV驱动模块的壳体连接，各腔体、管路内充满补偿液，以补偿海水压力以及机构动作引起的油液容积变化。压力补偿模块管路上设置安全阀。该水下阀门执行机构操作阀门原理：正常工况下，液压源驱动液压缸推动活塞及滑块，带动拨叉摆动从而实现开阀操作，当液压源泄压时，复位弹簧反方向推动导向块实现关阀；当液压源失效时，复位弹簧的回复力能确保阀门处于关闭状态。当液压源或液压驱动模块失效时，ROV通过扭矩工具向所述ROV驱动模块输入逆时针扭矩，通过锥齿轮、蜗杆驱动蜗轮逆时针旋转开启阀门。ROV撤离时，由于蜗轮、蜗杆的自锁特性，阀门可保持当前位置。ROV输入顺时针扭矩时，带动蜗轮逆时针旋转，在复位弹簧的作用下，阀门逐渐关闭。本专利技术的有益效果：1、球阀开、关过程中所需的最大操作扭矩均在零位附近，而双臂拨叉式传动结构在球阀初始零位时有扭矩放大效果，与单臂拨叉相比，双臂拨叉可增强拨叉臂的承载能力，改善拨叉承受偏载情况，在较小力臂的情况下可实现较大的力矩输出，有效减小执行机构的整体尺寸；2、所述球阀执行机构ROV驱动模块中采用蜗轮蜗杆传动，蜗轮蜗杆在单级传动情况下即可实现较大传动比，也可实现较大的扭矩输出，并实现液动和ROV驱动的相互独立；3、所述球阀执行机构采用两组内外组合弹簧串联结构形式实现球阀执行机构大操作扭矩下的故障关断功能，大幅提高球阀及其服务系统的安全性；4、液动与ROV均可操作开关阀门，实现了执行机构功能的异源冗余备份，有效提高了阀门执行机构的可靠性。附图说明图1是本专利技术执行机构的整体结构示意图。图2是本专利技术中液压驱动模块局部水平剖视图。图3是本专利技术中液压驱动模块局部纵剖视图。图4是本专利技术中弹簧复位模块剖视图。图5是本专利技术中ROV驱动模块水平剖视图。图6是本专利技术中ROV驱动模块纵剖视图。图中：1、液压驱动模块；2、ROV驱动模块；3、弹簧复位模块；4、压力补偿模块；5、导向块；6、弹簧拉杆；7、销轴；8、液压缸；9、活塞杆；10、导向杆；11、双臂拨叉；12、平键；13、中间轴；14、输出轴；15、弹簧缸筒；16、小弹簧；17、大弹簧；18、定心环；19、勾筒；20、拨叉箱体；21、蜗杆；22、蜗轮；23、ROV驱动模块壳体；24、锥齿轮一；25、锥齿轮二；26、ROV接口；27、输入轴；28、第一限位螺柱；29、防水螺帽；30、密封圈；31、滑块；32、挡圈；33、下滑动轴承；34、上滑动轴承；35、安全阀；36、第二限位螺柱；37、销钉。具体实施方式为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本专利技术的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本专利技术。但是本专利技术能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本专利技术内涵的情况下做类似改进，因此本专利技术不受下面公开的具体实施的限制。需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同吋存在居中元件。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本专利技术的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本专利技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本专利技术。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。如图1所示，本专利技术实施例提供一种本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于双臂拨叉及蜗轮蜗杆传动的水下球阀执行机构，其特征是：由液压驱动模块、弹簧复位模块、ROV驱动模块、压力补偿模块组成，所述弹簧复位模块与液压驱动模块相连，安装于液压缸同轴的另一侧，所述ROV驱动模块与液压驱动模块相连，安装于液压驱动模块的下方，所述压力补偿模块安装于液压驱动模块的侧面，通过管路接口与液压驱动模块、弹簧复位模块、ROV驱动模块相连。

【技术特征摘要】
1.一种基于双臂拨叉及蜗轮蜗杆传动的水下球阀执行机构，其特征是：由液压驱动模块、弹簧复位模块、ROV驱动模块、压力补偿模块组成，所述弹簧复位模块与液压驱动模块相连，安装于液压缸同轴的另一侧，所述ROV驱动模块与液压驱动模块相连，安装于液压驱动模块的下方，所述压力补偿模块安装于液压驱动模块的侧面，通过管路接口与液压驱动模块、弹簧复位模块、ROV驱动模块相连。2.根据权利要求1所述的基于双臂拨叉及蜗轮蜗杆传动的水下球阀执行机构，其特征是：所述液压驱动模块包括液压缸、双臂拨叉、拨叉箱体、滑块、销轴、导向块、导向杆，所述液压缸连接在拨叉箱体上，液压缸的活塞杆与导向块相连，销轴与导向块相连，同时销轴通过两个滑块与双臂拨叉实现滑动配合，轴向依靠挡圈进行限位，所述双臂拨叉通过上、下滑动轴承与拨叉箱体配合，中间轴通过平键分别与双臂拨叉和ROV驱动模块的输出轴配合，拨叉箱体上安装有第一限位螺柱，对双臂拨叉的摆动最大角度进行限制，第一限位螺柱外部安装防水螺母和密封圈。3.根据权利要求1所述的基于双臂拨叉及蜗轮蜗杆传动的水下球阀执行机构，其特征是：所述复位弹...

【专利技术属性】
技术研发人员：毋迪，向超，姜勇，陆锦锦，景满军，龚亚军，胡军华，毛旭耀，刘贻欧，
申请(专利权)人：中国船舶重工集团公司第七一九研究所，
类型：发明
国别省市：湖北,42