CN106217398A - 一种扭矩工具 - Google Patents

Abstract

本发明涉及ROV外接工具，旨在提供一种扭矩工具。该种扭矩工具包括扭矩驱动单元、插口单元、锁闩单元。本发明提出了使用扭矩倍增器作为扭矩传递和放大的方式，增大了输出扭矩，降低了操作时间，减少了产品体积，提高了产品的传动效率；本发明提出了使用伸缩式套筒的插口设计，无需手动更换插口，即可实现多级接口自适应对接，及大提高了产品的易用性；本发明提出了使用滑块将轴向运动转换为径向运动，提高了接触面积，提高了移动精度，保证锁闩手指运动时受力的可靠性和准确性。

Description

一种扭矩工具

技术领域

本发明是关于ROV外接工具领域，特别涉及一种扭矩工具。

背景技术

扭矩工具(Torque Tool)作为一种ROV外接工具，主要用于开关水下球阀，可搭载在ROV上提供不同等级的扭矩进行球阀的开关，被广泛的应用在深水油气田开发中扭矩工具由扭矩驱动单元、插口单元、锁闩单元组成，在实际使用时为开关球阀提供正反转扭矩。

现有的产品使用方法主要为：有需求用扭矩工具旋转水下设备时，ROV操作手需要选择正确的套筒尺寸及适当的扭矩保证扭矩工具输出扭矩不会大于水下设备的最大承载力，如果使用的扭矩超过设备极限，该设备可能会损坏或失效，而回收这些水下设备去维修或者替换非常困难，并且成本昂贵。当ROV执行不同的水下任务时，扭矩工具需要根据任务范围选择相应的转矩和套筒后再释放下水，这种方法费时费事。目前市场上的扭矩工具基本都是根据不同级别更换相关配件来达到使用目的，并且体积大重量高，对人员操作要求比较高，使用不便捷，而且增加了操作时间。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术中的不足，提供一种水下多规格的扭矩工具。为解决上述技术问题，本发明的解决方案是：

提供一种扭矩工具，包括扭矩驱动单元、插口单元、锁闩单元，所述扭矩驱动单元包括扭矩工具鼻、液压马达、马达及倍增器适配器、扭矩倍增器、插口适配器、霍尔传感器组件；

所述液压马达的轴与马达及倍增器适配器通过键连接，马达及倍增器适配器还与扭矩倍增器的输入端对接，扭矩倍增器的输出端与插口适配器连接；所述扭矩工具鼻与插口适配器(通过旋转格莱圈)密封固定连接(液压马达启动后，能带动马达及倍增器适配器传输扭矩到扭矩倍增器上，扭矩倍增器通过效率转换使输出扭矩增大，同时也起到了减速作用，并将扭矩传导到插口适配器上，能通过调节液压马达转速及压力改变扭矩大小)；

所述霍尔传感器组件包括霍尔传感器、传感器安装支架、磁铁架、磁铁、水密接插件；所述传感器安装支架(通过螺钉)安装在扭矩工具鼻上，用于感应磁铁的霍尔传感器安装固定在传感器安装支架上；所述磁铁安装在磁铁架上，磁铁架固定在插口适配器的径向位置上；霍尔传感器和磁铁能进行圈数计算，并通过水密接插件输出数据到水面的控制单元，控制单元能在水面上调节扭矩工具的扭矩及转速；

所述插口单元包括止推垫圈、插口底座、插口套筒、导向带、轴承、端盖、插口定位杆、中插口套筒、小插口套筒、小插口套筒弹簧、中插口套筒弹簧；止推垫圈安装在扭矩工具鼻和插口底座的两端面中间，插口套筒与插口底座端面相接；插口套筒与扭矩工具鼻的后端通过导向带进行配合，插口套筒与扭矩工具鼻的前端通过轴承进行配合，轴承和导向带用于在扭矩工具鼻和插口套筒侧壁之间进行导向和耐磨损；端盖(通过螺钉)与扭矩工具鼻连接，用于固定轴承并；

所述小插口套筒、中插口套筒、插口套筒的开口形状都为四叶草式，用于方便方口的球阀插入到扭矩工具中；小插口套筒与中插口套筒的一端都具有法兰盘，小插口套筒的外壁与中插口套筒的内壁相互贴合，并通过法兰盘进行轴向限位，中插口套筒的外壁与插口套筒的内壁相互贴合，也通过法兰盘进行轴向限位；小插口套筒、中插口套筒分别通过小插口套筒弹簧和中插口套筒弹簧进行固定，使小插口套筒、中插口套筒、插口套筒相互套合成伸缩套筒式套筒(伸缩套筒式套筒为可替换部件)；

所述插口定位杆与小插口套筒内壁相接触配合，使小插口套筒弹簧压缩后，小插口套筒能沿插口定位杆的轴向向内部移动，保证不偏位；

所述锁闩单元包括锁闩液压缸、锁闩外壳、锁闩手指、锁闩滑动轴承、锁闩U型叉、锁闩U型叉销、插销滑块、圆柱销，用于扭矩工具插入到旋转扭矩插孔中到位后，打开锁闩，防止扭矩工具在旋转时与接口出现脱离现象；

锁闩单元的推出结构包括一个定位用的圆柱销和一个叉销滑块，圆柱销外侧设有锁闩滑动轴承用于减小摩擦，叉销滑块与锁闩手指、锁闩U型叉分别通过锁闩U型叉销连接，锁闩U型叉与锁闩液压缸的顶杆(通过螺纹)连接固定；推出结构用于将锁闩液压缸的轴向运动转换为径向运动，且叉销滑块用于确保在最终受力位置时的最大接触面积；所述锁闩液压缸作为驱动部件，当扭矩工具对接到位之后，通过锁闩液压缸的顶杆顶出力将锁闩手指的受力面移动到垂直于旋转扭矩插孔的位置，保证在扭矩工具使用时不会脱离旋转扭矩插孔，当开关球阀结束后收缩锁闩液压缸的顶杆即可拔出扭矩工具；所述锁闩外壳的一端与锁闩液压缸连接，并且锁闩外壳固定在扭矩工具鼻上，锁闩外壳包裹整个推出结构，只在一侧留出锁闩手指的推出槽，锁闩外壳用于在使用过程中对推出机构进行保护以及扭矩工具旋转时进行固定。

作为进一步的改进，所述扭矩工具还包括格莱圈、O型圈(橡胶O型圈)，格莱圈用于插口适配器转动时和扭矩工具鼻之间的密封，O型圈用于其他相邻部件的端面密封。

作为进一步的改进，所述扭矩驱动单元还包括壳体，壳体的一端密封罩住液压马达前轴端并通过螺钉固定，壳体的另一端封装扭矩驱动单元的其余部件，且壳体采用橡胶O型圈进行密封(壳体与液压马达二者端面通过橡胶O型圈进行密封，壳体与环形扭矩单元其余部件之间端面通过橡胶O型圈密封)。

作为进一步的改进，所述插口单元中的端盖设有锥度，度数为0°～90°，用于保证端盖前端面的直径小于后端面直径，起到导向作用，方便插入到旋转扭矩插孔中。

作为进一步的改进，所述扭矩工具还包括T型手柄，T型手柄通过螺钉安装在扭矩工具鼻的螺纹孔上，用于作为扭矩工具的辅助操作装置；在使用时能通过ROV上的机械手进行抓取操作(也可将T型手柄拆卸，通过扭矩工具鼻上的六个螺钉孔安装在ROV上进行使用)。

作为进一步的改进，所述端盖采用尼龙材质的端盖。

作为进一步的改进，所述壳体采用铝合金阳极氧化材质的壳体。

作为进一步的改进，所述除壳体、液压马达、马达及倍增器适配器、扭矩倍增器、插口适配器、传感器安装支架、霍尔传感器、磁铁架、磁铁外的所有零件和标准件都使用耐海水腐蚀的相同金属材料。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明提出了使用扭矩倍增器作为扭矩传递和放大的方式，增大了输出扭矩，降低了操作时间，减少了产品体积，提高了产品的传动效率。

2、本发明提出了使用伸缩式套筒的插口设计，无需手动更换插口，即可实现多级接口自适应对接，及大提高了了产品的易用性。

3、本发明提出了使用滑块将轴向运动转换为径向运动，提高了接触面积，提高了移动精度，保证锁闩手指运动时受力的可靠性和准确性。

附图说明

图1为本发明的立体图。

图2为本发明的结构示意图。

图3为本发明中锁闩的立体图。

图4为本发明中锁闩收缩的结构示意图。

图5为本发明中锁闩顶出的结构示意图。

图6为扭矩工具开关CLASS 4球阀原理示意图。

图7为图6中插口套筒处进行顺时针旋转的截面结构示意图。

图8为图6中插口套筒处进行逆时针旋转的截面结构示意图。

图中的附图标记为：1小插口套筒；1-1小插口套筒弹簧；2中插口套筒；2-2中插口套筒弹簧；3插口套筒；4端盖；5轴承；6扭矩工具鼻；7插口底座；8传感器安装支架；9磁感应开关；10磁铁架；11环形扭矩单元；12壳体；13液压马达；14马达及倍增器适配器；15扭矩倍增器；16锁闩单元；16-1锁闩外壳；16-2锁闩手指；16-3锁闩U型叉销；16-4叉销滑块；16-5锁闩U型叉；16-6锁闩液压缸；16-7锁闩滑动轴承；16-8圆柱销；17插口适配器；18止推垫圈；19插口定位杆；20T型手柄；21水下球阀旋转接口；22CLASS4级别接口。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：

如图1、图2所示的一种扭矩工具包括扭矩驱动单元、插口单元、锁闩单元16。

所述扭矩驱动单元包括液压马达13、马达及倍增器适配器14、扭矩倍增器15、插口适配器17、格莱圈、传感器安装支架8、霍尔传感器、磁铁架10、磁铁、水密接插件，扭矩驱动单元中各部件的连接关系具体为：液压马达13前轴端被壳体12密封罩住，并且液压马达13轴与马达及倍增器适配器14通过键连接，马达及倍增器适配器14后与扭矩倍增器15输入端对接，扭矩倍增器15输出端与插口适配器17连接。

液压马达13启动后，能带动马达及倍增器适配器14传输扭矩到扭矩倍增器15上，扭矩倍增器15通过效率转换使输出扭矩增大，同时也起到了减速作用，并将扭矩传导到插口适配器17上。可以通过控制液压马达13实现扭矩工具进行扭矩的输出以及插口的正反转，扭矩倍增器15负责增大液压马达13的输出扭矩，使扭矩达到工作要求，转速可根据需求进行调节。所述格莱圈用于插口适配器17转动时和扭矩工具鼻6之间的密封，橡胶O型圈用于其他相邻部件的端面密封。所述霍尔传感器组件包括霍尔传感器、传感器安装支架8、磁铁架10、磁铁、水密接插件，磁铁被安装在磁铁架10上，磁铁架10通过插口适配器17固定；霍尔传感器和磁铁进行圈数计算，通过水密接插件输出数据到水面控制单元，该水面控制单元可以在水面上调节扭矩工具的扭矩及转速。

所述插口单元包括止推垫圈18、插口底座7、插口套筒3、导向带、轴承5、端盖4、弹簧、插口定位杆19、中插口套筒2、小插口套筒1。插口单元中各部件的连接关系具体为：止推垫圈18安装在扭矩工具鼻6和插口底座7的两端面中间，插头套筒与插口底座7端面相接，轴承5和导向带在扭矩工具鼻6和插口套筒3侧壁之间起到导向和耐磨的作用，端盖4负责固定轴承5，并与扭矩工具鼻6通过螺钉连接。所述插口套筒3与扭矩驱动单元中的扭矩工具鼻6的后端通过导向带进行配合，与扭矩工具鼻6的前端通过轴承5进行配合，该设计可使其平稳导向，并降低磨损，同时保护了尼龙材质的端盖4，增加了零件稳定性。所述端盖4部分设有锥度，度数优选为30°，保证端盖4前端面的直径小于后端面直径，起到导向作用，用于方便插入到旋转扭矩插孔中。

所述小插口套筒1、中插口套筒2、插口套筒3的开口形状都为四叶草式，该外形设计可以使方口的球阀开关更加便捷的插入到扭矩工具中，又因为该形状的套筒包含了两组矩形轮廓，因此在插入之后，既可保证扭矩工具顺时针旋转，又可保证扭矩工具逆时针旋转，并且接触面较为稳定可靠。中插口套筒2和小插口套筒1嵌设在插口套筒3中，且小插口套筒1、中插口套筒2、插口套筒3相互套合成伸缩式套筒，小插口套筒1与中插口套筒2的一端都具有法兰盘，小插口套筒1外壁与中插口套筒2内壁相互贴合，并通过法兰盘进行轴向限位，中插口套筒2外壁与插口套筒3内壁相互贴合，也通过法兰盘进行轴向限位，通过两个(不同大小的)弹簧进行固定，伸缩套筒式套筒为可替换部件。

伸缩套筒式套筒为可替换部件，在Class1～Class 4(ISO 13628-8)级别的插口中，由于该结构为伸缩套筒式设计，由三种不同规格尺寸的四叶草式套筒结合而成，内部通过一大一小两个弹簧进行固定，当扭矩工具旋转CLASS1、CLASS2级别接口时，插口直接导入，而当旋转CLASS3级别开关时，扭矩工具插入的同时，插口套筒3最内层的部分会收到推力，压缩小弹簧，将内侧套筒顶入到第二层套筒内部，而CLASS3级别的方口则会与第二层套筒相配合，继而可以进行开关的旋转，同样，旋转CLASS4级别开关时，第一层和第二层套筒也会因为推力作用，压缩小弹簧和大弹簧，将前两层套筒顶入大套筒内部，可选择不更换零部件直接插入使用。

如图3至图5所示，所述锁闩单元16包括锁闩液压缸16-6、锁闩外壳16-1、锁闩手指16-2、锁闩滑动轴承16-7、锁闩U型叉16-5、锁闩U型叉销16-3、圆柱销16-8、插销滑块，用于当扭矩工具插入到旋转扭矩插孔中到位后，打开锁闩，防止扭矩工具在旋转时与接口出现脱离现象。在实际使用时，由ROV装载扭矩工具在水下进行水下球阀的对接，其中扭矩工具前端部分插入到旋转扭矩插孔内，并进行旋转对接操作。

所述锁闩单元16的推出结构包括一个定位用的圆柱销16-8和一个叉销滑块16-4，圆柱销16-8外侧设有锁闩滑动轴承16-7用于减小摩擦，叉销滑块16-4与锁闩手指16-2、锁闩U型叉16-5分别通过锁闩U型叉销16-3连接，锁闩U型叉16-5与锁闩液压缸16-6的顶杆可以使用较为方便的螺纹连接固定。该推出机构用于将锁闩液压缸16-6的轴向运动转换为径向运动，且叉销滑块16-4用于确保在最终受力位置时的最大接触面积，提高零件结构强度。

扭矩工具锁闩为限制和锁紧扭矩工具与旋转扭矩插孔之间位置的作用，其中锁闩液压缸16-6作为驱动部件，当扭矩工具对接到位之后，通过锁闩液压缸16-6的顶杆顶出径向伸出的锁闩手指16-2，将锁闩手指16-2的受力面移动到垂直于旋转扭矩插孔的位置，保证在扭矩工具使用时不会脱离旋转扭矩插孔，当开关球阀结束后收缩锁闩液压缸16-6的顶杆即可拔出扭矩工具；且顶杆顶出径向伸出的锁闩手指16-2，到达垂直于轴向方向的突出位置，可以保证手指始终勾住旋转扭矩插孔，防止轴向滑动，保证整个旋转期间工具的稳定操作。而锁闩手指16-2与锁闩液压缸16-6通过插销滑块、锁闩U型叉16-5和锁闩U型叉销16-3的组合，保证传导效率和结构强度。锁闩外壳16-1的连接关系具体为：锁闩外壳16-1一端与锁闩液压缸16-6连接，并且固定在扭矩工具鼻6上，锁闩外壳16-1包裹整个推出机构，只在一侧留出锁闩手指16-2的推出槽，用于工具在使用过程中对推出机构的保护以及扭矩工具旋转时的固定作用。

扭矩工具还包括T型手柄20，直接通过螺钉安装在扭矩工具鼻6的螺纹孔上，用于作为扭矩工具的辅助操作装置。在使用时能通过ROV上的机械手进行抓取操作，也可将T型手柄20拆卸，通过扭矩工具鼻6上的六个螺钉孔安装在ROV上进行使用。

在本发明中，扭矩工具可以根据需求进行相应改装，当扭矩工具开关小口径低扭矩的任务时，液压马达13自身驱动力可以满足要求，则可以将扭矩倍增器15、马达及倍增器适配器14、环形扭矩单元11拆除，液压马达13直接连接插口适配器17使用，四叶草式套筒结构也可以根据需求转换为单一接口级别的套筒，即CLASS1～CLASS4之中的唯一一个规格的套筒，同时替换掉小插口套筒1、中插口套筒2、插口套筒3，并以插口套筒3的安装方式固定。此改装方法的优点在于不仅减轻了本体重量，还保证产品更强的可靠性，使得操作更加方便，也更加便于维护修理。

在本发明中，端盖4采用尼龙材质的端盖。所述除壳体12、液压马达13、马达及倍增器适配器14、扭矩倍增器15、插口适配器17、传感器安装支架8、霍尔传感器、磁铁架10、磁铁的所有零件和标准件都使用耐海水腐蚀的相同金属材料。所述壳体12采用铝合金阳极氧化材质的壳体，减轻整体重量，便于ROV携带及使用。所述端盖4采用尼龙材质的壳，保证对接时为软硬碰撞，提高安全性，并减轻重量。

在水下使用时进行充油补偿，通过O型圈密封，确保使用过程中，壳体12不受海水压力而变形，并且充油后对于部件起到润滑作用，增加其寿命。在旋转区域使用格莱圈和导向带，在保证密封性的前提下，使得扭矩稳定传导。

最后，需要注意的是，以上列举的仅是本发明的具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有很多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容中直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种扭矩工具，包括扭矩驱动单元、插口单元、锁闩单元，其特征在于，所述扭矩驱动单元包括扭矩工具鼻、液压马达、马达及倍增器适配器、扭矩倍增器、插口适配器、霍尔传感器组件；

所述液压马达的轴与马达及倍增器适配器通过键连接，马达及倍增器适配器还与扭矩倍增器的输入端对接，扭矩倍增器的输出端与插口适配器连接；所述扭矩工具鼻与插口适配器密封固定连接；

所述霍尔传感器组件包括霍尔传感器、传感器安装支架、磁铁架、磁铁、水密接插件；所述传感器安装支架安装在扭矩工具鼻上，用于感应磁铁的霍尔传感器安装固定在传感器安装支架上；所述磁铁安装在磁铁架上，磁铁架固定在插口适配器的径向位置上；霍尔传感器和磁铁能进行圈数计算，并通过水密接插件输出数据到水面的控制单元，控制单元能在水面上调节扭矩工具的扭矩及转速；

所述插口单元包括止推垫圈、插口底座、插口套筒、导向带、轴承、端盖、插口定位杆、中插口套筒、小插口套筒、小插口套筒弹簧、中插口套筒弹簧；止推垫圈安装在扭矩工具鼻和插口底座的两端面中间，插口套筒与插口底座端面相接；插口套筒与扭矩工具鼻的后端通过导向带进行配合，插口套筒与扭矩工具鼻的前端通过轴承进行配合，轴承和导向带用于在扭矩工具鼻和插口套筒侧壁之间进行导向和耐磨损；端盖与扭矩工具鼻连接，用于固定轴承并；

所述小插口套筒、中插口套筒、插口套筒的开口形状都为四叶草式，用于方便方口的球阀插入到扭矩工具中；小插口套筒与中插口套筒的一端都具有法兰盘，小插口套筒的外壁与中插口套筒的内壁相互贴合，并通过法兰盘进行轴向限位，中插口套筒的外壁与插口套筒的内壁相互贴合，也通过法兰盘进行轴向限位；小插口套筒、中插口套筒分别通过小插口套筒弹簧和中插口套筒弹簧进行固定，使小插口套筒、中插口套筒、插口套筒相互套合成伸缩套筒式套筒；

所述插口定位杆与小插口套筒内壁相接触配合，使小插口套筒弹簧压缩后，小插口套筒能沿插口定位杆的轴向向内部移动，保证不偏位；

所述锁闩单元包括锁闩液压缸、锁闩外壳、锁闩手指、锁闩滑动轴承、锁闩U型叉、锁闩U型叉销、插销滑块、圆柱销，用于扭矩工具插入到旋转扭矩插孔中到位后，打开锁闩，防止扭矩工具在旋转时与接口出现脱离现象；

锁闩单元的推出结构包括一个定位用的圆柱销和一个叉销滑块，圆柱销外侧设有锁闩滑动轴承用于减小摩擦，叉销滑块与锁闩手指、锁闩U型叉分别通过锁闩U型叉销连接，锁闩U型叉与锁闩液压缸的顶杆连接固定；推出结构用于将锁闩液压缸的轴向运动转换为径向运动，且叉销滑块用于确保在最终受力位置时的最大接触面积；所述锁闩液压缸作为驱动部件，当扭矩工具对接到位之后，通过锁闩液压缸的顶杆顶出力将锁闩手指的受力面移动到垂直于旋转扭矩插孔的位置，保证在扭矩工具使用时不会脱离旋转扭矩插孔，当开关球阀结束后收缩锁闩液压缸的顶杆即可拔出扭矩工具；所述锁闩外壳的一端与锁闩液压缸连接，并且锁闩外壳固定在扭矩工具鼻上，锁闩外壳包裹整个推出结构，只在一侧留出锁闩手指的推出槽，锁闩外壳用于在使用过程中对推出机构进行保护以及扭矩工具旋转时进行固定。

2.根据权利要求1所述的一种扭矩工具，其特征在于，所述扭矩工具还包括格莱圈、O型圈，格莱圈用于插口适配器转动时和扭矩工具鼻之间的密封，O型圈用于其他相邻部件的端面密封。

3.根据权利要求3所述的一种扭矩工具，其特征在于，所述扭矩驱动单元还包括壳体，壳体的一端密封罩住液压马达前轴端并通过螺钉固定，壳体的另一端封装扭矩驱动单元的其余部件，且壳体采用橡胶O型圈进行密封。

4.根据权利要求1所述的一种扭矩工具，其特征在于，所述插口单元中的端盖设有锥度，度数为0°～90°，用于保证端盖前端面的直径小于后端面直径，起到导向作用，方便插入到旋转扭矩插孔中。

5.根据权利要求1所述的一种扭矩工具，其特征在于，所述扭矩工具还包括T型手柄，T型手柄通过螺钉安装在扭矩工具鼻的螺纹孔上，用于作为扭矩工具的辅助操作装置；在使用时能通过ROV上的机械手进行抓取操作。

6.根据权利要求1至5任意一项所述的一种扭矩工具，其特征在于，所述端盖采用尼龙材质的端盖。

7.根据权利要求1至5任意一项所述的一种扭矩工具，其特征在于，所述壳体采用铝合金阳极氧化材质的壳体。

8.根据权利要求1至5任意一项所述的一种扭矩工具，其特征在于，所述除壳体、液压马达、马达及倍增器适配器、扭矩倍增器、插口适配器、传感器安装支架、霍尔传感器、磁铁架、磁铁外的所有零件和标准件都使用耐海水腐蚀的相同金属材料。