專利名稱：一種用于水下節流閥的步進式液壓促動器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種海洋油氣鉆采設備，特別涉及一種用于水下節流閥的步進式液壓促動器。
背景技術：
目前，國家已將海洋石油工程裝備確定為高端裝備制造產業重點之一，在海洋油氣開發中，水下節流閥廣泛應用在各種水下生產設備上，但是，在如今水下鉆采作業過程中，一般只能通過遠程操作的方式對水下各種閥進行控制，尤其是當供液異常或者故障時，更是給維修帶來了極大的不便，大大降低了工作效率，增加了生產成本。
發明內容
本發明的目的是提供一種用于水下節流閥的步進式液壓促動器，在正常工作時，能夠把液壓動力轉化為水下節流閥閥桿的運動動力，實現對水下節流閥的開啟、關閉及開度的步進式控制；在供液異常或故障時，可通過人工液壓扳手應急操作實現水下節流閥的步進式控制。為了實現以上目的，本發明是通過以下技術方案實現的
一種用于水下節流閥的步進式液壓促動器，包含固定連接的下殼體和上端蓋，正常工作狀態下，所述的下殼體和上端蓋之間的包圍腔內充滿液壓油，還包含被下殼體和上端蓋包圍起來的
一對步進機構，所述的一對步進機構通過過油管線與外部的平衡儲油設備相連，該一對步進機構上下布置；
傳動機構，所述的傳動機構與步進機構相連，傳遞步進機構產生的動能；
齒輪盤，所述的齒輪盤與傳動機構相連，其將傳動機構傳遞的能量轉化為供應水下節流閥閥桿運動的動力，該齒輪盤的內孔與水下節流閥的閥桿套以及閥桿相匹配；
一對手動機構，所述的一對手動機構與一對步進機構對應相連，通過外部的扳手操作手動機構動作。還包含設置在上端蓋上的指針減速器、指針組件和指示表盤；所述的指針減速器與齒輪盤相連，所述的指針組件與指針減速器相連，所述的指示表盤上設有刻度指示水下節流閥的開啟狀態或開度信息。所述的每個步進機構包含
液缸；
液缸壓蓋，所述的液缸壓蓋蓋設在液缸上，該液缸壓蓋上設有油口 ；
活塞，所述的活塞設置在液缸中，該活塞在液缸中作往復運動；
U型卡頭，所述的U型卡頭的內螺紋與活塞的螺紋端相連；
棘爪，所述的棘爪與U型卡頭固定連接，當活塞推動U型卡頭，U型卡頭帶動棘爪動作； 鎖爪，所述的兩個步進機構的鎖爪上下疊裝，所述的U型卡頭的圓弧端壓住另外一個步進機構的鎖爪；
棘輪，所述的兩個步進機構的棘輪同軸安裝但齒形相反。所述的活塞的前端外徑面上設有液壓油孔，該液壓油孔通過過油管線與外部的平衡儲油設備相連。所述的傳動機構包含
齒輪，所述的齒輪與齒輪盤固定連接；
軸齒輪，所述的軸齒輪安裝在下殼體內的齒輪套中；
下變速齒輪，所述的下變速齒輪安裝在軸齒輪的軸上，該下變速齒輪與齒輪嚙合；
主動齒輪，所述的主動齒輪與軸齒輪嚙合，該主動齒輪的軸上安裝有兩個步進機構的棘輪。所述的手動機構包含搖臂和穿過搖臂的搖臂軸；通過外部的扳手扳動所述的搖臂軸；所述的搖臂與活塞相連，搖臂軸帶動搖臂，該搖臂推動活塞動作。所述的上端蓋上包含
兩個測試孔，所述的測試孔中設有補償膜；
濾網組件，所述的濾網組件設有濾網以及固定濾網的濾網卡頭，所述的濾網隔阻補償
膜；
測試孔外蓋和測試孔內蓋，所述的測試孔外蓋和測試孔內蓋分別從測試孔的外側和內側蓋住測試孔口。 所述的下殼體上還設有電氣接口，用于通過控制液壓油管道和過油管線。本發明與現有技術相比，具有以下優點
1、在正常工作時，能夠把液壓動力轉化為水下節流閥閥桿的直線運動動力，實現對水下節流閥的開啟、關閉及開度的步進式控制；
2、在供液異常或故障時，可通過人工液壓扳手應急操作實現水下節流閥的步進式控制。
圖1為本發明一種用于水下節流閥的步進式液壓促動器的結構示意 圖2為本發明一種用于水下節流閥的步進式液壓促動器的去除上端蓋后內部結構示意 圖3為本發明一種用于水下節流閥的步進式液壓促動器的上端蓋示意 圖4為圖1中的上端蓋測試孔局部放大視 圖5為本發明一種用于水下節流閥的步進式液壓促動器的步進操作示意圖。
具體實施例方式以下結合附圖，通過詳細說明一個較佳的具體實施例，對本發明做進一步闡述。如圖f 4所示，一種用于水下節流閥的步進式液壓促動器，包含固定連接的下殼體I和上端蓋37，上端蓋37和下殼體I通過若干個螺釘38連接，并由定位銷39確定安裝位置，正常工作狀態下，下殼體I和上端蓋37之間的包圍腔內充滿液壓油，還包含被下殼體I和上端蓋37包圍起來的一對步進機構、傳動機構、齒輪盤2、一對手動機構。其中，一對步進機構通過過油管線與外部的平衡儲油設備相連，該一對步進機構上下布置，分別用于控制水下節流閥的開啟和關閉，并可在啟閉位置間調節水下節流閥的開度；傳動機構與步進機構相連，傳遞步進機構產生的動能；齒輪盤2與傳動機構相連,其將傳動機構傳遞的能量轉化為供應水下節流閥閥桿運動的動力，該齒輪盤2的內孔與水下節流閥的閥桿套以及閥桿相匹配；一對手動機構與一對步進機構對應相連，通過外部的扳手操作手動機構動作。在本實施例中，還包含設置在上端蓋37上的指針減速器40、指針組件41和指示表盤52 ；指針減速器40與齒輪盤2相連，指針組件41與指針減速器40相連，指示表盤52上設有刻度指示水下節流閥的開啟狀態或開度信息。如圖1、2所示，其中，每個步進機構包含液缸23、液缸壓蓋25、活塞26、U型卡頭42、棘爪43、鎖爪45以及棘輪32。其中，液缸23內部有彈簧28，液缸壓蓋25蓋設在液缸23上，該液缸壓蓋25上設有油口 ；活塞26設置在液缸23中，通過O型圈密封，該活塞26在液缸23中作往復運動，在本實施例中，活塞26的前端外徑面上設有液壓油孔，該液壓油孔通過過油管線與外部的平衡儲油設備相連；U型卡頭42的內螺紋與活塞26的螺紋端相連；棘爪43與U型卡頭42連接，并由棘爪銷44固定，當活塞26推動U型卡頭42，U型卡頭42帶動棘爪43動作，在本實施例中，2片棘爪43之間通過驅動彈簧47拉緊，2片鎖爪45之間通過鎖緊彈簧48拉緊，彈簧均為上下2根；兩個步進機構的鎖爪45上下疊裝，中間有鎖爪銷46穿過，U型卡頭42的圓弧端壓住另外一個步進機構的鎖爪45 ;兩個步進機構的棘輪32同軸安裝但齒形相反，該兩個步進機構的棘輪32之間由帶鍵槽的防磨墊片35分隔，在本實施例中，當一側鎖爪45鎖住相應的棘輪32時可防止其正轉，但允許其反轉，即可在另一側棘爪43的帶動下，與另一片棘輪32同向旋轉。在本實施例中，兩個液缸壓蓋25上，一個作有“開啟”，另一個作有“關閉”的標記。如圖1所示，傳動機構包含齒輪5、軸齒輪10、下變速齒輪14、主動齒輪16。其中，齒輪5與齒輪盤2固定連接，在本實施例中，齒輪5、齒輪盤2以及下殼體I同軸連接，齒輪盤2與齒輪5之間通過螺栓6連接；軸齒輪10安裝在下殼體I內的齒輪套11中；下變速齒輪14安裝在軸齒輪10的軸上，并通過鍵連接，該下變速齒輪14與齒輪5嚙合；主動齒輪16與軸齒輪10嚙合，該主動齒輪16的軸上安裝有兩個步進機構的棘輪32，主動齒輪16與棘輪32通過鍵連接，在本實施例中，兩個棘輪32分別用于控制主動齒輪16的正轉和反轉。如圖1、2所示，手動機構包含搖臂21和穿過搖臂21的搖臂軸20，在本實施例中，搖臂軸20通過方鍵與搖臂21相連；通過外部的扳手扳動搖臂軸20 ;搖臂21與活塞26相連，搖臂軸20帶動搖臂21，該搖臂20推動活塞26動作。如圖1、3所示，上端蓋37上包含兩個測試孔和濾網組件。其中，測試孔中設有補償膜54 ;濾網組件設有濾網以及固定濾網的濾網卡頭53，濾網用于隔阻補償膜54，補償膜54用于平衡促動器腔內壓力變化；測試孔外蓋55和測試孔內蓋56，測試孔外蓋55和測試孔內蓋56分別從測試孔的外側和內側蓋住測試孔口，該測試孔外蓋55和測試孔內蓋56通過螺栓緊固。在本實施例中，測試孔用于在進行產品試驗時向促動器腔內(即下殼體I和上端蓋37之間的包圍腔內)注入液壓油和作為觀察窗口用，當用作觀察窗口時，需拆掉測試孔外蓋55,通過觀察補償膜54來判定腔內情況。在本實施例中，下殼體I上還設有電氣接口，用于通過控制液壓油管道和過油管線。
當開啟水下節流閥時，由于彈簧28的初始彈力，活塞26的初始位置位于液缸23最上端(參照圖1所示方向)，控制液壓油通過標記“開啟”的液缸壓蓋25上的油口進入液缸23的儲油槽，隨著槽內壓力增加，活塞26在液缸23內向下運動，并壓縮彈簧28 ;液缸23腔內充滿液壓油，隨著活塞26運動，腔內體積減小，液壓油通過連接到活塞26的過油管線流向外部的平衡儲油設備；活塞26推動U型卡頭42向下，U型卡頭42連接到棘爪43上，在驅動彈簧47拉力和擋銷59的限位作用下，棘爪43的爪頭卡在相應棘輪32的齒間，撥動棘輪32轉過I個齒形；此時，由于U型卡頭42的圓弧端部推動另一個步進機構的鎖爪45繞鎖爪銷46轉動，收回卡在另一個步進機構的棘輪32齒間的爪頭，使2片棘輪同時在此步進機構的棘爪43的撥動下轉動，此控制液壓的方式是脈沖式，棘輪32轉過I個齒形后，液壓停止供應，活塞26在彈簧28的彈力作用下回復到初始位置，液缸23腔內體積增大，平衡液壓油通過過油管線流回，同時鎖爪45的爪頭卡在棘輪32的齒間，防止其反轉；活塞26拉動U型卡頭42收回，棘爪43的爪頭離開棘輪32的齒間，此時，U型卡頭42為另一個步進機構的鎖爪45提供的推力撤銷，鎖爪45回復到初始位置，至此，完成一個步進進程(如圖5所示)。由于棘輪32與主動齒輪16間通過鍵連接，因此主動齒輪16也隨之完成一個步進進程；主動齒輪16與軸齒輪10嚙合，下變速齒輪14與軸齒輪10連接，并與齒輪5嚙合，通過這一系列的齒輪傳動，主動齒輪16的轉動轉化為齒輪5的轉動；由于齒輪5與齒輪盤2之間通過螺栓連接，齒輪盤2內孔與配套的水下節流閥的閥桿套及閥桿連接，所以齒輪5的轉動可帶動水下節流閥閥桿套轉動，推動閥桿沿其軸向直線轉動，進而改變水下節流閥的流量。在脈沖式控制液壓的作用下，重復以上動作，即可完成步進式開啟水下節流閥或增大節流閥開度的操作；上端蓋37上裝有指針減速器40，減速器與齒輪盤2相連，齒輪盤2轉動通過指針減速器40把轉速降低后傳遞到指針組件41，指針隨之發生擺動，在指示表盤52上指示水下節流閥的開啟狀態或開度信息。當關閉水下節流閥時，控制液壓油通過帶有“關閉”標記的液缸壓蓋25上的油口進入同一步進機構的液缸23的儲油槽，隨著槽內壓力增加，活塞26推動U型卡頭42向下運動，棘爪43的爪頭卡在棘輪32齒間推動其轉過I個齒形；此時，由于U型卡頭42的圓弧端部推動另一個步進機構的鎖爪45，使其爪頭離開與前一棘輪反向的棘輪32，因此棘輪32可正向轉過I個齒形，而反向棘輪32隨之同時反向轉過I個齒形；棘輪32經過齒輪傳動機構轉化為水下節流閥閥桿套的反向旋轉，帶動閥桿沿其軸向反向運動，在脈沖式控制液壓動力的作用下，可逐步減小水下節流閥的開度直至關閉；在指示表盤52上可讀出水下節流閥的啟閉狀態或開度信息。在本實施例中，若要求水下節流閥的流量保持一定值，可在指示表盤52上讀數達到要求開度值后，停止脈沖式控制液壓的輸入，兩側鎖爪45的爪頭分別卡住相應棘輪32，使水下節流閥的閥桿保持在當前位置，保證流量固定，因此可控制水下節流閥在開啟和關閉2個極限位置之間任意開度條件下運行，并通過指示表盤52上的讀數讀取水下節流閥的開度信息。當一旦發生正常液壓控制失效或供液故障的情況時，可通過手動機構來實現水下節流閥的步進式控制。若需開啟閥或增大閥的開度，則用外部的液壓扳手抓住開啟步進機構對應的搖臂軸20的端部后順時針轉動，搖臂軸20帶動搖臂21，撥動活塞26向下運動，帶動棘爪43轉動棘輪32，扳手轉動搖臂軸20達1/4圈后，活塞26達到最大進程量，卸去扳手扭矩，活塞26在彈簧28的彈力下收回，完成一個步進操作，扳手再次施加扭矩轉動搖臂軸20，如此反復，直到指示表盤52的讀數達到工作要求的開度為止；若需關閉閥或減小閥的開度，則用液壓扳手抓住關閉步進機構對應的搖臂軸20施加扭矩，重復以上步驟，即可實現控制。綜上所述，本發明一種用于水下節流閥的步進式液壓促動器，在正常工作時，能夠把液壓動力轉化為水下節流閥閥桿的運動動力，實現對水下節流閥的開啟、關閉及開度的步進式控制；在供液異常或故障時，可通過人工液壓扳手應急操作實現水下節流閥的步進式控制。盡管本發明的內容已經通過上述優選實施例作了詳細介紹，但應當認識到上述的描述不應被認為是對本發明的限制。在本領域技術人員閱讀了上述內容后，對于本發明的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發明的保護范圍應由所附的權利要求來限定。
權利要求
1.一種用于水下節流閥的步進式液壓促動器，其特征在于，包含固定連接的下殼體(I)和上端蓋(37 )，正常工作狀態下，所述的下殼體(I)和上端蓋(37 )之間的包圍腔內充滿液壓油，還包含被下殼體(I)和上端蓋(37)包圍起來的 一對步進機構，所述的一對步進機構通過過油管線與外部的平衡儲油設備相連，該一對步進機構上下布置； 傳動機構，所述的傳動機構與步進機構相連，傳遞步進機構產生的動能； 齒輪盤(2)，所述的齒輪盤(2)與傳動機構相連，其將傳動機構傳遞的能量轉化為供應水下節流閥閥桿運動的動力，該齒輪盤(2)的內孔與水下節流閥的閥桿套以及閥桿相匹配； 一對手動機構，所述的一對手動機構與一對步進機構對應相連，通過外部的扳手操作手動機構動作。
2.如權利要求1所述的用于水下節流閥的步進式液壓促動器，其特征在于，還包含設置在上端蓋(37)上的指針減速器(40)、指針組件(41)和指示表盤(52);所述的指針減速器(40)與齒輪盤(2)相連，所述的指針組件(41)與指針減速器(40)相連，所述的指示表盤(52)上設有刻度指示水下節流閥的開啟狀態或開度信息。
3.如權利要求1所述的用于水下節流閥的步進式液壓促動器，其特征在于，所述的每個步進機構包含 液缸(23)； 液缸壓蓋(25)，所述的液缸壓蓋(25)蓋設在液缸(23)上，該液缸壓蓋(25)上設有油Π ； 活塞(26)，所述的活塞(26)設置在液缸(23)中，該活塞(26)在液缸(23)中作往復運動； U型卡頭(42)，所述的U型卡頭(42)的內螺紋與活塞(26)的螺紋端相連； 棘爪(43)，所述的棘爪(43)與U型卡頭(42)固定連接，當活塞(26)推動U型卡頭(42)，U型卡頭(42)帶動棘爪(43)動作； 鎖爪(45)，所述的兩個步進機構的鎖爪(45)上下疊裝，所述的U型卡頭(42)的圓弧端壓住另外一個步進機構的鎖爪(45)； 棘輪(32)，所述的兩個步進機構的棘輪(32)同軸安裝但齒形相反。
4.如權利要求3所述的用于水下節流閥的步進式液壓促動器，其特征在于，所述的活塞(26)的前端外徑面上設有液壓油孔，該液壓油孔通過過油管線與外部的平衡儲油設備相連。
5.如權利要求3所述的用于水下節流閥的步進式液壓促動器，其特征在于，所述的傳動機構包含 齒輪(5)，所述的齒輪(5)與齒輪盤(2)固定連接； 軸齒輪(10)，所述的軸齒輪(10)安裝在下殼體(I)內的齒輪套中； 下變速齒輪(14)，所述的下變速齒輪(14)安裝在軸齒輪(10)的軸上，該下變速齒輪(14)與齒輪(5)嚙合； 主動齒輪(16)，所述的主動齒輪(16)與軸齒輪(10)嚙合，該主動齒輪(16)的軸上安裝有兩個步進機構的棘輪(32 )。
6.如權利要求3所述的用于水下節流閥的步進式液壓促動器，其特征在于，所述的手動機構包含搖臂(21)和穿過搖臂(21)的搖臂軸(20);通過外部的扳手扳動所述的搖臂軸(20);所述的搖臂(21)與活塞(26)相連，搖臂軸(20)帶動搖臂(21)，該搖臂(20)推動活塞(26)動作。
7.如權利要求1所述的用于水下節流閥的步進式液壓促動器，其特征在于，所述的上端蓋(37)上包含 兩個測試孔，所述的測試孔中設有補償膜(54)； 濾網組件，所述的濾網組件設有濾網以及固定濾網的濾網卡頭(53)，所述的濾網隔阻補償膜(54)； 測試孔外蓋(55)和測試孔內蓋(56)，所述的測試孔外蓋(55)和測試孔內蓋(56)分別從測試孔的外側和內側蓋住測試孔口。
8.如權利要求1所述的用于水下節流閥的步進式液壓促動器，其特征在于，所述的下殼體(I)上還設有電氣接口，用于通過控制液壓油管道和過油管線。
全文摘要
本發明公開了一種用于水下節流閥的步進式液壓促動器，包含固定連接的下殼體和上端蓋，還包含被其包圍起來的一對步進機構，其通過過油管線與平衡儲油設備相連，其上下布置；傳動機構，其與步進機構相連，傳遞步進機構產生的動能；齒輪盤，其與傳動機構相連，其將傳動機構傳遞的能量轉化為供應水下節流閥閥桿運動的動力，其內孔與水下節流閥的閥桿套以及閥桿相匹配；一對手動機構，其與步進機構對應相連，通過外部的扳手操作手動機構動作。本發明在正常工作時，能夠把液壓動力轉化為水下節流閥閥桿的運動動力，實現對水下節流閥的開啟、關閉及開度的步進式控制；在供液異常或故障時，可通過人工液壓扳手應急操作實現水下節流閥的步進式控制。
文檔編號F16K31/53GK103016827SQ201210582049
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月28日 優先權日2012年12月28日
發明者張建權, 金祖國, 馮素敬 申請人:上海神開石油化工裝備股份有限公司, 上海神開石油設備有限公司