一種高可靠性液壓水下閘閥的製作方法

2023-10-09 22:55:44

本發明涉及高可靠性液壓水下閘閥，屬於閥門領域。

背景技術：

我國在海洋水下裝備的研究和開發方面起步比較晚，目前國內還沒有水下井口裝置及採油樹等成套設備的規模生產能力，我國海洋水下油氣開採設備主要從國外公司進口。《中國製造2025》提出，我國要大力推動海洋工程裝備及高技術船舶的發展。因此，水下井口裝置及採油樹設備的自主研發和製造是我國海洋油氣產業發展的必經之路。

水下閥門是水下採油樹及水下管匯的關鍵部件，在水下採油設備中發揮著重要作用。在現在油氣產業對球閥的長期可靠性並不認可的情況下，閘閥已進入各種水深的水下環境進行勘探性鑽井，這些閥門相當可靠，這意味著，閘閥是未來管匯的最佳選擇。

目前，水下閘閥存在以下問題：由於水下閘閥工作於海底油田，出現故障維修困難，故許多水下閘閥都需要有液動和ROV兩種操作方式，但是現有的水下閘閥的液壓執行機構和螺紋傳動機構並不能完全獨立運行；液壓執行機構開啟時，通過活塞杆與操作杆之間的螺紋作用帶動整個機構壓縮彈簧動作，長期運行螺紋易受剪切損壞，可靠性較差。此外，現有的水下閘閥的開關指示裝置分為兩類，一類是直接根據操作杆伸出頂蓋的長度指示閥門的開度，它無法精確指示閘閥的開閉情況；另一類是採用銷帶動傳動軸的螺旋槽轉動，驅動開關指示裝置，機構佔用空間大，不適宜設計在帶有液壓執行機構的閘閥中。

申請號為CN201610210994.9的專利提出了一種高可靠性水下閘閥執行機構，採用的備用螺紋傳動機構與液壓執行機構能獨立運行，互不幹涉，可靠性較高；但是該裝置的備用螺紋傳動機構，增加了一套液壓管路，結構複雜，容易出現液壓油故障；且成本較高，維修困難；且未設置開關指示裝置，不能指示液壓執行機構控制閥門的開閉。

技術實現要素：

發明目的：為了克服現有技術中存在的不足，本發明提供一種高可靠性液壓水下閘閥，該水下閘閥具有液壓和ROV操作兩種驅動方式，而且對現有的水下閘閥的執行機構進行創新改進，可ROV操作的螺紋傳動機構作為備用機構與液壓執行機構獨立運行，互不幹涉，且機構簡單、可靠性更高。

技術方案：為解決上述技術問題，本發明的一種高可靠性液壓水下閘閥，包括閥體、閥座、閘板、閥杆和閥蓋，所述閥體內安裝有閥座，所述閥座中插入閥板，所述閥板上設有通孔，閥板與閥杆固定連接，所述閥杆穿過閥蓋後與活塞杆連接，所述閥蓋與閥體固定連接，所述閥蓋與閥杆之間設有第一密封裝置，所述閥蓋與液壓缸固定連接，液壓缸通過下端蓋密封，在液壓缸內的腔體頂部安裝有液壓源油口，液壓缸內安裝有活塞杆，活塞杆穿過下端蓋與支撐座固定連接，下端蓋與殼體固定連接，殼體內設有空腔，支撐座位於空腔內，支撐座上套有彈簧，彈簧的一端套在下端蓋上，支撐座上連接有套筒，套筒與操作杆螺紋連接，操作杆穿過上端蓋位於ROV接口內，ROV接口位於上端蓋上，上端蓋將殼體的空腔密封。

作為優選，所述第一密封裝置包含填料和填料壓蓋，所述閥蓋上設有凹槽，閥杆穿過凹槽，填料位於凹槽內，並通過填料壓蓋壓緊。

作為優選，所述填料壓蓋的內孔側壁上還設有對閥杆起到導向作用的第一導向帶。

作為優選，所述支撐座與驅動軸固定連接，驅動軸穿過上端蓋與驅動螺母固定連接，驅動螺母通過第一軸承安裝在上端蓋上，第一軸承通過軸承壓蓋壓緊，驅動軸的上端依次固定連接有雙齒間歇齒輪和指示牌，雙齒間歇齒輪與齒條嚙合，齒條安裝在指示牌的槽中，指示牌通過支柱支撐。

作為優選，所述活塞杆位於液壓缸的一端通過兩個U型密封環與液壓缸壁密封。

作為優選，所述活塞杆杆部的外圓周面上還設有對活塞杆運動起到導向作用的第二導向帶。

作為優選，所述上端蓋內設有密封活塞杆的U型密封環，下端蓋內孔的側壁上還設有對活塞杆的運動起導向作用的第三導向帶。

有益效果：本發明的高可靠性液壓水下閘閥，具有以下有益效果：

(1)由於採用ROV操作的螺紋傳動機構與液壓執行機構獨立運行，互不幹涉，消除了傳統可ROV操作的液壓執行機構在往復運動過程中對杆件螺紋的剪切損壞，提高了機構的可靠性，降低了閥門的維修率；且當液壓執行機構出現故障，螺紋傳動機構作為備用可通過ROV驅動，實現閥門的開啟和關閉，機構簡單、可靠性高。

(2)由於設計開關指示裝置，可以實現液壓驅動或ROV驅動時閥門的開度指示；且開關指示裝置的驅動軸直接與液壓執行機構採用T型塊嵌套結構相連，機構簡單，節省動力與空間；採用齒輪齒條間歇機構，具有結構簡單、安全可靠等優點。

附圖說明

圖1為本發明結構的主視示意圖；

圖2為本發明結構的俯視示意圖；

圖3為本發明結構的A-A剖視示意圖；

圖4為圖3中M的局部放大示意圖；

圖5為圖2中P的局部放大示意圖；

圖6為圖3中N的局部放大示意圖；

圖7為本發明結構活塞杆零件圖；

圖8為本發明結構支撐座零件圖；

圖9為本發明結構驅動軸零件圖。

具體實施方式

如圖1至圖9所示，本發明的一種高可靠性液壓水下閘閥，包括閥體1、閥座2、閘板3、閥杆4及閥蓋5。閥體1的中間安裝有閥座2，閥座2關於可沿豎直方向移動的閘板3中心對稱；閘板3上設有與閥體1內徑相同的通孔，用於實現閥門的開啟。閥蓋5的下端與閥體1上端採用法蘭連接，法蘭上設有8個通孔，兩者之間通過螺柱35和螺母36固定。閥杆4的下端與閘板3相連，閥杆4的上端為T型塊結構，與活塞杆14的活塞端嵌套機構配合。閥蓋5上設有用於閥杆4穿過的內孔，閥杆4的外圓周面與閥蓋5的內孔之間設有填料6，閥杆4與填料6之間形成動密封。填料6的上方設有填料壓蓋7用來壓緊填料，以保證閥杆4與填料6之間的密封性。閥蓋4穿過填料壓蓋7的內孔，填料壓蓋7外圓周面與閥蓋5的內孔分別開有內、外螺紋，兩者之間採用螺紋緊固；填料壓蓋7的內孔側壁上有對閥杆4起到導向作用的第一環形導向帶8。閥蓋5上設有壓力源接口34，壓力源接口34與液壓缸9下部腔體相通。

如圖1、圖3、圖7和圖8所示，液壓執行機構包括：液壓缸9、液壓源油口11、下端蓋13、活塞杆14、支撐座24、彈簧25及殼體26。液壓缸9下端面與閥蓋5上端面之間通過O型密封圈33密封連接，兩者之間通過螺釘32密封固定，液壓缸9與閥蓋5之間形成密封腔體。活塞杆14活塞端的外圓周面與液壓缸9的內腔側壁之間設有上下兩個U型密封環29和31形成動密封。在活塞杆14桿部的外圓周面上有對活塞杆14運動起到導向作用的第二導向帶30。液壓缸9上設有液壓源油口11，與液壓缸9和上端蓋13形成的上部密封腔體相通。液壓缸9上端設有8個通孔，通過螺釘10將其與下端蓋13和殼體26的下端固定。下端蓋13的端部設有凹槽，凹槽內採用O型密封圈12將其與腔體密封，且下端蓋13底部採用階梯式結構與液壓缸9和殼體26配合，方便密封固定。下端蓋13設有供活塞杆14桿部穿過的內孔，其內孔的側壁與活塞杆14的外圓周面之間設有U型密封環28形成動密封；下端蓋13內孔的側壁上有對活塞杆14的運動起導向作用的第三環形導向帶27。活塞杆14的杆部上端為T型塊結構，與支撐座24的下部嵌套機構配合，支撐座24可以與活塞杆14快速完成嵌套連接，實現整體豎直方向運動。彈簧25連接在支撐座24和下端蓋13之間，其彈力可以將連接有活塞杆14整體部件的支撐座24頂起。支撐座24的中心設有一個內孔，支撐座24可以沿著與其配合的套筒23的光滑側壁實現豎直方向運動。

如圖2、圖8所示，備用螺紋傳動機構包括：操作杆15、套筒23、軸承19、ROV接口17及上端蓋22。支撐座24上端面設有4個互為90°夾角的深度為S的小圓孔可與套筒23上凸圓面下端的4個圓柱嵌套配合，在上端面還設有一個與驅動軸16配合的嵌套機構。操作杆15上部穿過上端蓋21內孔，並通過推力軸承19將其固定於上端蓋21的內孔之中，推力軸承19為第一軸承，在ROV扭轉工具的驅動下其可以實現圓周轉動；操作杆15下部與套筒23的內部採用螺紋連接。上端蓋21與殼體26之間通過O型密封圈密封連接，並通過螺釘20將上端蓋21與殼體26固定。操作杆15的上部穿過ROV接口17，ROV接口17通過螺釘18固定在上端蓋21上。操作杆15的頂部為方形接口，用於與ROV操作工具配合。

如圖4、圖5及圖9所示，開關指示機構包括：驅動軸16、推力軸承37、軸承壓蓋38、螺釘39、驅動螺母40、雙齒間歇齒輪41、固定銷42、指示牌43、螺釘44、齒條45、支柱46及指示杆47。驅動螺母40下端通過推力軸承37固定於上端蓋21的上端面圓孔中，其可以實現圓周轉動；驅動軸16上部設有外螺紋，可穿過上端蓋21的端蓋圓孔下方的中心孔與驅動螺母40的內部螺紋配合。

驅動軸16下端為T型塊結構，與支撐座24上的嵌套機構配合，配合快速，簡單可靠。驅動螺母40上端穿過軸承壓蓋38的內孔，並通過螺釘39將其與上端蓋21固定。驅動螺母40上端杆部穿過指示牌43的圓孔，雙齒間歇齒輪41通過固定銷42安裝於驅動螺母40的上端杆部。指示牌43通過螺釘44固定於支柱46上，支柱46焊接固定在上端蓋21上。指示牌43的側壁開有L型槽孔，齒條45通過摩擦力作用固定於L型槽孔之中剛好不滑動，指示杆47通過螺紋緊固於齒條45上，雙齒間歇齒輪41與齒條45配合，通過齒輪齒條傳動，實現指示杆47在指示牌43正上方槽孔中來回移動，指示杆47移動至S一側指示閥門關閉，移動至O一側指示閥門開啟，從而實現閥門開閉操作的觀測指示。

本發明的工作原理為：

(1)液壓驅動開啟和關閉閘閥原理：液壓油通過液壓源油口11進入到活塞杆14活塞端上方的密封腔體中，從而推動活塞杆14向下運動，活塞杆14桿部通過T型塊結構與支撐座24下端嵌套機構連接，帶動支撐座24沿著與其配合的套筒23的光滑側壁壓縮彈簧25豎直向下運動，從而使閥杆4推動閘板3實現閥門開啟。當液壓源壓力消失，在彈簧25的彈性恢復力作用下，彈簧25推動支撐座24以及活塞杆14向上運動，活塞杆14帶動閥杆4和閘板3隨之向上運動，從而實現閥門的關閉。

(2)備用螺紋傳動機構(ROV操作)開啟和關閉閘閥原理：當液壓執行機構在閥門工作過程中出現故障，由於彈簧25的作用，使閥門處於關閉狀態，此時可通過ROV扭轉工具操作閘閥開閉。通過ROV扭轉工具逆時針旋轉操作杆15，套筒23與操作杆15之間螺紋作用推動套筒23豎直向下運動，由於套筒23與支撐座24之間採用軸孔嵌套配合，從而套筒23帶動支撐座24及活塞杆14壓縮彈簧25向下運動，活塞杆14帶動閥杆4和閘板3隨之向下運動，從而實現閥門的開啟。反之，ROV扭轉工具順時針旋轉操作杆15，套筒23與操作杆15之間螺紋作用推動套筒23豎直向上運動，由於彈簧25的彈簧恢復力作用，彈簧25推動支撐座24向上頂起與套筒23緊密配合，兩者始終未脫離；從而套筒23帶動支撐座24及活塞杆14向上運動，活塞杆14帶動閥杆4和閘板3隨之向上運動，從而實現閥門的關閉。

(3)閘閥開關指示裝置原理：通過液壓執行機構(或備用螺紋傳動機構)開啟閥門時，支撐座24豎直向下運動，帶動驅動軸16向下運動，驅動軸16與驅動螺母40的螺紋作用使驅動螺母40順時針轉動，從而帶動雙齒間歇齒輪42順時針轉動；雙齒間歇齒輪42與齒條45之間的齒輪齒條傳動作用，帶動齒條45在L型凹槽中直線運動，從而帶動指示杆47在指示牌43正上方凹槽中從字母「S」向字母「O」方向移動；通過齒輪齒條間歇機構，閥門完全開啟時，指示杆47剛好移動至O處，指示完全開啟。反之，通過液壓執行機構(或備用螺紋傳動機構)關閉閥門時，支撐座24豎直向上運動，帶動驅動軸16向上運動，驅動軸16與驅動螺母40的螺紋作用使驅動螺母40逆時針轉動，從而帶動雙齒間歇齒輪42逆時針轉動；雙齒間歇齒輪42與齒條45之間的齒輪齒條傳動作用，帶動齒條45在L型凹槽中直線運動，從而帶動指示杆47在指示牌43正上方凹槽中從字母「O」向字母「S」方向移動；閥門完全關閉時，指示杆47剛好移動至S處，指示完全關閉。

以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出：對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護範圍。