CN102725573A - 有连至手动超越轴的直观手动阀位指示器的海底阀促动器 - Google Patents

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Abstract

公开了一种海底阀促动器，其包括通过承载和密封组件(7)从充有流体的且经压力补偿的促动器箱(1)的内部延伸到促动器箱(1)的外部的超越轴(6)，其中，直观的阀位置指示器(14)布置在促动器箱的外部。直观指示器(14)枢转地安装到超越轴上，而且在超越轴旋转时，直观指示器(14)被以不可旋转的方式导引而被迫在超越轴上沿轴向移位，其中，直观指示器(14)在超越轴(6)上的安装部被包在充有流体的、经压力补偿的指示器安装封罩(19)中，指示器安装封罩(19)在促动器箱(1)的外部以密封(26)关系包围超越轴(6)。

Description

有连至手动超越轴的直观手动阀位指示器的海底阀促动器
发明的技术领域
本发明涉及海底阀促动器，其包括通过承载和密封组件从充有流体的且经压力补偿的促动器箱的内部延伸到该促动器箱的外部的超越轴，其中，阀位置指示器布置成在促动器箱的外部上可见。
背景和现有技术
基本上，用于海底生产流体的阀在大的深度和对应的高压、低温下以及在可见性不佳的状况中运行。阀的精确运行是至关重要的，而且失效可导致生产的损失、环境污染或安全危害。典型地通过阀促动器而远程地控制海底阀，阀促动器被以液压或电力的方式驱动，以使阀在打开位置、关闭位置和任何中间位置之间移动。可借助于布置在促动器中且连接到主设施处的控制中心的位置传感器来远程地监测阀的位置。在阀定位系统或阀位置检测功能失效的情况下，海底阀促动器常常被布置成通过响应于阀位置的直观的检查而超越(override)促动器的正常驱动系统来手动地移动阀，在现场由驱动器或遥控潜水器(ROV)来实现这两种情况。
具有手动超越装置和直观的位置指示器器件的海底阀促动器在以前是已知的。在例如EP 0 384 607 A1、US 2003/0116200 A1、US 6487 960 B1、US 4 213 480 A中会找到实例。
在现有技术的阀促动器中，手动超越装置包括超越轴，超越轴接合驱动系统，并且从具有能够接近的轴端部的经压力补偿的促动器箱伸出，以对阀进行手动移动。同样能够接近用于阀位置的指示器，以从促动器箱的外部进行直观的检查。直观指示器包括附连到轴上的指示器针，该轴延伸到促动器箱中，并且通过小齿轮和减速齿轮而连接到驱动系统上。除了用以确保阀的运动和指示器的对应的读数之间的同步的在机械上复杂的结构，促动器箱的各个穿孔包含海水进入的潜在风险，或典型地充有油或油脂的促动器箱渗漏的风险。
发明概述
本发明目标在于，减小具有手动超越装置和从促动器箱的外部能够直观地阅读的阀位置指示器的现有技术的海底阀促动器的机械复杂性。
本发明的另一个目标在于减少进入具有手动超越装置和从促动器箱的外部能够直观地阅读的阀位置指示器的海底阀促动器中的穿孔的数量。
目标在上面介绍的海底阀促动器中得到满足，该海底阀促动器包括直观的阀位置指示器，该阀位置指示器布置在促动器箱的外部，并且枢转地安装到超越轴上，而且在超越轴旋转时，被以不可旋转的方式导引而被迫在超越轴上沿轴向移位，其中，直观指示器在超越轴上的安装部被包在充有流体的、经压力补偿的指示器安装封罩中，该指示器安装封罩在促动器箱的外部以密封关系包围超越轴。
通过在促动器箱的外部联合布置超越装置和直观指示器设施，实现了不复杂的机械结构的布置。通过压力补偿的布置，实现了受到保护而免受海水的影响且运行时不受压力和压差的影响的直观指示器。除了不可避免地穿过超越轴之外，不需要额外穿透促动器箱的壁。
在本发明的一个优选实现中，超越轴形成有流道，通过该流道来在促动器箱的经压力补偿的内部和指示器安装封罩的内部之间建立流体流连通。
在本发明的另一个有利实现中，指示器安装封罩与外部压力补偿器处于流体流连通。外部压力补偿器可位于指示器箱中，指示器箱被包括在穿透器组件中，穿透器组件适于将超越轴引入到促动器箱中。
指示器安装封罩优选地包括通过托架来与第二充有流体的室隔开的第一充有流体的室，该托架安装成与超越轴以旋转运动转换成线性运动的方式接合。
有利地和优选地，托架安装成与超越轴进行螺纹接合。备选实施例预见形成有销的托架，该销接合形成于超越轴的周缘上的螺旋形凹槽。
在一个优选实施例中，指示器安装封罩包括通过托架来与第二充有流体的室隔开的第一充有流体的室，该托架安装成与超越轴以旋转运动转换成线性运动的方式接合，其中，所述第一室和所述第二室中的各个通过形成于超越轴中的流道而与促动器箱的内部连通。
超越轴中的流道可实现为在超越轴的内部端中开口的轴向膛孔，其分别通过在第一室和第二室内、在超越轴的周缘上开口的横向膛孔而与指示器安装封罩连接。多个且至少两个横向膛孔(21)优选地布置成在第一室和第二室(22；23)中的各个内开口。
所陈述的措施提供进入和离开第一室和第二室的流体流，第一室和第二室的容积将响应于指示器托架在超越轴旋转之后的轴向位移而改变。
但是对于密封目的不那么优选的一个备选实施例预见流道布置成从超越轴的表面凹陷的轴向凹槽。
进一步为了容许在第一室和第二室之间有不受阻碍的流体流，另外可通过托架而形成一个或多个流道。另外或备选地，可将在第一室和第二室之间的流体流连通作为通过托架和超越轴之间的自洁式螺纹接合的流体泄漏来建立。
在本发明的优选实现中，第一室和第二室由包围超越轴的可伸展的/可压缩的波纹管限定，各个波纹管在一个端部中连接到托架上且跟随托架的运动，而在相对的端部中固定地连接到指示器箱的壳体部分上。
在一个优选实施例中，托架操作性地联结到指示器针上，该指示器针被托架促动而在刻度盘的上面以线性运动的方式运动。
在另一个优选实施例中，托架枢转地联结到指示器针上，该指示器针被托架促动而在弧形刻度盘的上面以枢转运动的方式运动。
在这两个实施例中，指示器针延伸成透过指示器箱的壁，并且刻度盘布置在指示器箱的外部上。
指示器安装封罩可布置在形成穿透器组件的指示器箱中，穿透器组件能够连接到促动器箱上，而且超越轴被该穿透器组件引入到促动器箱中。指示器箱的内部端支承承载和密封组件，而指示器箱的外部端则支承用于超越轴的对应的密封组件和轴颈轴承。
附图简述
将在下面用对附图的参照来进一步阐述本发明。在图中，
图1是包括手动超越装置和直观的阀位置指示器的现有技术的阀促动器的侧视图；
图2是根据本发明的联合式超越装置和直观的阀位置指示器的局部截面侧视图，其示意性地示出了本发明的一个实施例，以及
图3是示出了联合式超越装置和直观的阀位置指示器的另一个实施例的对应的视图。
优选实施例的详细描述
在图1中显示了包括在现有技术中的液压操作式海底阀促动器，其包括布置成用于在打开位置和关闭位置之间移动阀(未显示)的阀移动构件。阀移动构件被封闭在促动器箱1中，促动器箱1布置成用于连接到海底阀上。超越轴2和直观的阀位置指示器3通过密封组件4和5而被单独地引入到促动器箱中，密封组件4和5中的各个在周围的大海和促动器箱1的充有流体的且经压力补偿的内部之间提供阻隔。在促动器箱的内部，超越轴2和直观指示器3各自且单独地通过小齿轮和减速齿轮组件而操作性地连接到阀移动机构上。
在图2中示意性地示出了根据本发明的阀促动器中的联合式超越装置和直观指示器。超越轴6通过承载和密封组件7而被引入促动器箱1中。超越轴的内部端支承接合包括在旋转式阀移动机构中的环形齿轮的小齿轮8。超越轴6的相对的端部或外部端具有标准尺寸的轴端部9，轴端部9被暴露且能够被接近，以手动旋转超越轴和阀移动机构，因此超越阀移动机构的正常驱动。在轴端部9的轴向内部，超越轴6的轴颈在10处可旋转地安装在壳体部分11中，壳体部分11被包括在大体由参考标号12标识的指示器箱中。壳体部分11紧固到基本上在承载和密封组件7和壳体部分11之间封闭超越轴的轴向长度的指示器箱壁13的端部上。指示器箱12表示穿透器组件，穿透器组件能够连接到促动器箱上，而且超越轴6被穿透器组件引入到促动器箱的经压力补偿的内部。
在图2和3的图中大体由参考标号14标识的可视位置指示器器件包括托架15，托架15具有带内螺纹的通孔，并且指示器器件14通过托架15来安装成与在超越轴6的外部形成的带螺纹的部分16进行螺纹接合。托架15被以不可旋转的方式导引通过部件17，部件17凸出以被接收，以在槽口18中进行滑动运动，通过指示器箱12的壁13而形成槽口18。照这样，当超越轴被旋转时，托架15被迫在超越轴上沿轴向移位。通过螺纹的角度来确定托架15的位移的读数或长度和在打开位置和关闭位置之间移动阀所需的超越轴的转数之间的同步，并且可针对本主题的阀应用调节该同步。
借助于指示器安装封罩19保护指示器器件14在超越轴6上的安装部不与海水接触，指示器安装封罩19基本上包住指示器箱12的内部的超越轴的轴向长度。针对周围的海水压力来调节指示器安装封罩19中的内部压力。在示出的实例中，指示器安装封罩19充有与促动器箱1的充有流体的且经压力补偿的内部处于流连通的流体。通过在超越轴6中形成为膛孔的流道20来建立这个流连通。流道20在超越轴的内部端中开口，并且通过在超越轴的表面上开口的横向膛孔21而连接到指示器安装封罩19的内部。值得注意地，膛孔21布置成在托架15的各侧上开口，托架形成分开指示器安装封罩19的第一室22与第二室23的隔断部件。为了与促动器箱的内部建立流连通，不管托架15在超越轴6上的位置如何，多个膛孔21均可布置成在超越轴中沿轴向分开。
优选地，如示出的那样，分别通过第一可膨胀的/可压缩的波纹管24和第二可膨胀的/可压缩的波纹管25来限定第一室和第二室。在托架在超越轴上移位时，在同样的不完全膨胀和压缩之后，波纹管24和25在一个相应的端部中密封性地连接到托架15上。在相对的端部中，波纹管是固定地且密封性地连接到指示器箱12上。超越轴6通过密封件26而从指示器安装封罩19离开，密封件26承座在壳体部分27中，波纹管25的固定端部连接到壳体部分27上。波纹管24的固定端部可对应地连接到壳体部分28上，或者连接到承载和密封组件7上，驱动轴6通过承载和密封组件7而进入到促动器箱1中。因而，超越轴6以密封关系穿过指示器安装封罩19。
因而，波纹管的容积响应于超越轴的旋转而转变。为了进一步确保流体不受约束地流入和流出容积改变的室，优选通过托架15另外形成流道29，以在通过波纹管24和25而限定的第一室和第二室之间提供流体流。
指示器器件14包括随托架15运动的指示器针。在图2中示出的一个优选实施例中，指示器针30操作性地联结到托架15上，并且通过指示器箱的壁13中的槽口而延伸到指示器箱的外部，以便托架使指示器针30在刻度盘31的上面以线性运动的方式运动，刻度盘31布置在指示器箱12的外部上。为了说明的目的，在图中将刻度盘31显示为从指示器箱的外表面隆起的指示标记。
示出的实施例的可行改良
对上面的实施例进行改良是可行的。作为在刻度盘31的上面线性地运动的指示器针30的替代，备选的指示器针32可布置成枢转地联结到托架15上，以便托架使该备选的指示器针32在弧形刻度盘33的上面以枢转运动的方式运动，如图3中示出的那样。在图中，参考标号34指示在通过超越轴的轴向平面上枢转地接合托架的联结机构的部件。联结部件34将托架15的轴向位移转换成指示器针32的枢转运动，而在另一方面，托架15的部分35凸到导引件36中，这会阻止托架随超越轴6旋转。
在公开的托架15和超越轴6之间的螺纹接合的备选方案中，预见了其中以旋转运动转换成线性运动的方式进行的接合被实现为销和凹槽的组合的实施例，其中，在托架上的销接合形成于例如超越轴的表面中的螺旋形凹槽。
在另一个备选实施例中，参见图3，省略了通过超越轴的流连通，并且转而借助于在38处与指示器安装封罩19的内部处于流连通的外部压力补偿器37来实现压力补偿。在这个实施例中，外部压力补偿器可设置在指示器箱12的内部(如示出的那样)或外部(如果合适的话)。
能够进一步想到的是，作为通过指示器器件14在超越轴上的安装部中的自洁式螺纹的泄漏流而建立指示器安装封罩19的第一室和第二室之间的流连通。
在波纹管24和25的备选方案中，例如，指示器安装封罩可被实现为刚性的相对地布置的缸体，缸体的开口端朝设置在中间的托架延伸，该托架设计成响应于超越轴的旋转而与活塞相似地在缸体中以往复运动的方式行进。
作为通过超越轴的中心膛孔的替代，可备选地通过例如超越轴的表面中的轴向凹槽来在指示器安装封罩和促动器箱之间实现流连通。
虽然关于小齿轮传动来进行公开，但是应当理解，本发明不限于超越轴和直观指示器的成角度的设置，而是同样能够应用于全轴向的装置和沿轴向的偏移且平行的装置。
通过上面公开的措施，提供了在下面两方面可靠的海底阀促动器：在运行方面，因为联合式超越装置和直观指示器有不复杂的机械结构；以及在其处理方面，因为通过驱动器或借助于海底环境中的遥控潜水器能够很好地获得对阀位置的监测和操纵。

Claims (16)

1.一种海底阀促动器，包括通过承载和密封组件(7)从充有流体的且经压力补偿的促动器箱(1)的内部延伸到所述促动器箱(1)的外部的超越轴(6)，其中，直观的阀位置指示器(14)布置在所述促动器箱的外部，所述直观指示器(14)枢转地安装到所述超越轴上，而且在所述超越轴旋转时，所述直观指示器(14)被以不可旋转的方式导引而被迫在所述超越轴上沿轴向移位，其特征在于，所述直观指示器(14)在所述超越轴(6)上的安装部被包在充有流体的、经压力补偿的指示器安装封罩(19)中，所述指示器安装封罩(19)在所述促动器箱(1)的外部以密封(26)关系包围所述超越轴(6)。
2.根据权利要求1所述的海底阀促动器，其特征在于，所述超越轴(6)形成有流道(20)，通过所述流道(20)来在所述促动器箱(1)的经压力补偿的内部和所述指示器安装封罩(19)的内部之间建立流体流连通。
3.根据权利要求1所述的海底促动器，其特征在于，所述指示器安装封罩(19)与外部压力补偿器(37)处于流体流连通。
4.根据权利要求3所述的海底促动器，其特征在于，所述外部压力补偿器(37)位于指示器箱(12)中，所述指示器箱(12)被包括在适于将所述超越轴(6)引入到所述促动器箱(1)中的穿透器组件中。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的海底促动器，其特征在于，所述指示器安装封罩(19)包括通过托架(15)来与第二充有流体的室(23)隔开的第一充有流体的室(22)，所述托架(15)安装成与所述超越轴(6)以旋转运动转换成线性运动的方式进行接合。
6.根据权利要求2所述的海底促动器，其特征在于，所述指示器安装封罩(19)包括通过托架(15)来与第二充有流体的室(23)隔开的第一充有流体的室(22)，所述托架(15)安装成与所述超越轴(6)以旋转运动转换成线性运动的方式进行接合，其中，所述第一室和所述第二室中的各个通过所述超越轴中的所述流道(20)而与所述促动器箱(1)的内部连通。
7.根据权利要求6所述的海底促动器，其特征在于，所述超越轴(6)中的所述流道(20)是在所述超越轴的内部端中开口的轴向膛孔，其分别通过在所述第一室和所述第二室(22；23)内、在所述超越轴的周缘上开口的横向膛孔(21)而与所述指示器安装封罩(19)连接。
8.根据权利要求7所述的海底促动器，其特征在于，多个且至少两个横向膛孔(21)布置成分别在所述第一室和所述第二室(22；23)中的各个内开口。
9.根据权利要求5至8中的任一项所述的海底促动器，其特征在于，通过所述托架(15)而形成至少一个流道(29)，从而容许在所述第一室和所述第二室(22；23)之间有流体流。
10.根据权利要求5至9中的任一项所述的海底促动器，其特征在于，所述第一室和所述第二室(22；23)由包围所述超越轴的可伸展的/可压缩的波纹管(24；25)限定，各个波纹管在一个端部中连接到所述托架(15)上，并且在相对的端部中固定地连接到指示器箱(12)的壳体部分上。
11.根据权利要求5至10中的任一项所述的海底促动器，其特征在于，所述托架(15)安装成与所述超越轴(6)进行螺纹接合。
12.根据权利要求11所述的海底促动器，其特征在于，通过在所述托架(15)和所述超越轴(6)之间的自洁式螺纹接合来容许所述指示器安装封罩(19)的所述第一室和所述第二室(22；23)之间有流体泄漏。
13.根据权利要求5至12中的任一项所述的海底促动器，其特征在于，所述托架(15)操作性地联结到指示器针(30)上，所述指示器针(30)被所述托架促动而在刻度盘(31)的上面以线性运动的方式运动。
14.根据权利要求5至12中的任一项所述的海底促动器，其特征在于，所述托架(15)枢转地联结到指示器针(32)上，所述指示器针(32)被所述托架促动而在弧形刻度盘(33)的上面以枢转运动的方式运动。
15.根据权利要求13或14所述的海底促动器，其特征在于，所述指示器针(30；32)延伸通过所述指示器箱(12)的壁(13)，以及所述刻度盘(31；33)布置在所述指示器箱的外部上。
16.根据前述权利要求中的任一项所述的海底促动器，其特征在于，所述指示器安装封罩(19)布置在指示器箱(12)中，所述指示器箱(12)形成穿透器组件，所述穿透器组件能够连接到所述促动器箱(1)上，而且所述超越轴(6)被所述穿透器组件引入到所述促动器箱中，所述指示器箱(12)在其内部端中支承所述承载和密封组件(7)，并且在外部端中支承用于所述超越轴(6)的对应的密封组件(26)和轴颈轴承(10)。
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