CN106481830A - 一种高可靠性液压水下闸阀 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高可靠性液压水下闸阀，包括阀体，阀体内安装有阀座，阀座中插入阀板，阀板上设有通孔，阀板与阀杆固定连接，阀杆穿过阀盖后与活塞杆连接，阀盖与阀体固定连接，阀盖与液压缸固定连接，液压缸通过下端盖密封，液压缸内安装有活塞杆，活塞杆穿过下端盖与支撑座固定连接，下端盖与壳体固定连接，壳体内设有空腔，支撑座位于空腔内，支撑座上套有弹簧，弹簧的一端套在下端盖上，支撑座上连接有套筒，套筒与操作杆螺纹连接，操作杆穿过上端盖位于ROV接口内，ROV接口位于上端盖上，上端盖将壳体的空腔密封。本发明具有液压和ROV操作两种驱动方式，可ROV操作机构与液压执行机构独立运行，互不干涉，且机构简单、可靠性更高。
Description
技术领域
本发明涉及高可靠性液压水下闸阀，属于阀门领域。
背景技术
我国在海洋水下装备的研究和开发方面起步比较晚，目前国内还没有水下井口装置及采油树等成套设备的规模生产能力，我国海洋水下油气开采设备主要从国外公司进口。《中国制造2025》提出，我国要大力推动海洋工程装备及高技术船舶的发展。因此，水下井口装置及采油树设备的自主研发和制造是我国海洋油气产业发展的必经之路。
水下阀门是水下采油树及水下管汇的关键部件，在水下采油设备中发挥着重要作用。在现在油气产业对球阀的长期可靠性并不认可的情况下，闸阀已进入各种水深的水下环境进行勘探性钻井，这些阀门相当可靠，这意味着，闸阀是未来管汇的最佳选择。
目前，水下闸阀存在以下问题：由于水下闸阀工作于海底油田，出现故障维修困难，故许多水下闸阀都需要有液动和ROV两种操作方式，但是现有的水下闸阀的液压执行机构和螺纹传动机构并不能完全独立运行；液压执行机构开启时，通过活塞杆与操作杆之间的螺纹作用带动整个机构压缩弹簧动作，长期运行螺纹易受剪切损坏，可靠性较差。此外，现有的水下闸阀的开关指示装置分为两类，一类是直接根据操作杆伸出顶盖的长度指示阀门的开度，它无法精确指示闸阀的开闭情况；另一类是采用销带动传动轴的螺旋槽转动，驱动开关指示装置，机构占用空间大，不适宜设计在带有液压执行机构的闸阀中。
申请号为CN201610210994.9的专利提出了一种高可靠性水下闸阀执行机构，采用的备用螺纹传动机构与液压执行机构能独立运行，互不干涉，可靠性较高；但是该装置的备用螺纹传动机构，增加了一套液压管路，结构复杂，容易出现液压油故障；且成本较高，维修困难；且未设置开关指示装置，不能指示液压执行机构控制阀门的开闭。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种高可靠性液压水下闸阀，该水下闸阀具有液压和ROV操作两种驱动方式，而且对现有的水下闸阀的执行机构进行创新改进，可ROV操作的螺纹传动机构作为备用机构与液压执行机构独立运行，互不干涉，且机构简单、可靠性更高。
技术方案：为解决上述技术问题，本发明的一种高可靠性液压水下闸阀，包括阀体、阀座、闸板、阀杆和阀盖，所述阀体内安装有阀座，所述阀座中插入阀板，所述阀板上设有通孔，阀板与阀杆固定连接，所述阀杆穿过阀盖后与活塞杆连接，所述阀盖与阀体固定连接，所述阀盖与阀杆之间设有第一密封装置，所述阀盖与液压缸固定连接，液压缸通过下端盖密封，在液压缸内的腔体顶部安装有液压源油口，液压缸内安装有活塞杆，活塞杆穿过下端盖与支撑座固定连接，下端盖与壳体固定连接，壳体内设有空腔，支撑座位于空腔内，支撑座上套有弹簧，弹簧的一端套在下端盖上，支撑座上连接有套筒，套筒与操作杆螺纹连接，操作杆穿过上端盖位于ROV接口内，ROV接口位于上端盖上，上端盖将壳体的空腔密封。
作为优选，所述第一密封装置包含填料和填料压盖，所述阀盖上设有凹槽，阀杆穿过凹槽，填料位于凹槽内，并通过填料压盖压紧。
作为优选，所述填料压盖的内孔侧壁上还设有对阀杆起到导向作用的第一导向带。
作为优选，所述支撑座与驱动轴固定连接，驱动轴穿过上端盖与驱动螺母固定连接，驱动螺母通过第一轴承安装在上端盖上，第一轴承通过轴承压盖压紧，驱动轴的上端依次固定连接有双齿间歇齿轮和指示牌，双齿间歇齿轮与齿条啮合，齿条安装在指示牌的槽中，指示牌通过支柱支撑。
作为优选，所述活塞杆位于液压缸的一端通过两个U型密封环与液压缸壁密封。
作为优选，所述活塞杆杆部的外圆周面上还设有对活塞杆运动起到导向作用的第二导向带。
作为优选，所述上端盖内设有密封活塞杆的U型密封环，下端盖内孔的侧壁上还设有对活塞杆的运动起导向作用的第三导向带。
有益效果：本发明的高可靠性液压水下闸阀，具有以下有益效果：
(1)由于采用ROV操作的螺纹传动机构与液压执行机构独立运行，互不干涉，消除了传统可ROV操作的液压执行机构在往复运动过程中对杆件螺纹的剪切损坏，提高了机构的可靠性，降低了阀门的维修率；且当液压执行机构出现故障，螺纹传动机构作为备用可通过ROV驱动，实现阀门的开启和关闭，机构简单、可靠性高。
(2)由于设计开关指示装置，可以实现液压驱动或ROV驱动时阀门的开度指示；且开关指示装置的驱动轴直接与液压执行机构采用T型块嵌套结构相连，机构简单，节省动力与空间；采用齿轮齿条间歇机构，具有结构简单、安全可靠等优点。
附图说明
图1为本发明结构的主视示意图；
图2为本发明结构的俯视示意图；
图3为本发明结构的A-A剖视示意图；
图4为图3中M的局部放大示意图；
图5为图2中P的局部放大示意图；
图6为图3中N的局部放大示意图；
图7为本发明结构活塞杆零件图；
图8为本发明结构支撑座零件图；
图9为本发明结构驱动轴零件图。
具体实施方式
如图1至图9所示，本发明的一种高可靠性液压水下闸阀，包括阀体1、阀座2、闸板3、阀杆4及阀盖5。阀体1的中间安装有阀座2，阀座2关于可沿竖直方向移动的闸板3中心对称；闸板3上设有与阀体1内径相同的通孔，用于实现阀门的开启。阀盖5的下端与阀体1上端采用法兰连接，法兰上设有8个通孔，两者之间通过螺柱35和螺母36固定。阀杆4的下端与闸板3相连，阀杆4的上端为T型块结构，与活塞杆14的活塞端嵌套机构配合。阀盖5上设有用于阀杆4穿过的内孔，阀杆4的外圆周面与阀盖5的内孔之间设有填料6，阀杆4与填料6之间形成动密封。填料6的上方设有填料压盖7用来压紧填料，以保证阀杆4与填料6之间的密封性。阀盖4穿过填料压盖7的内孔，填料压盖7外圆周面与阀盖5的内孔分别开有内、外螺纹，两者之间采用螺纹紧固；填料压盖7的内孔侧壁上有对阀杆4起到导向作用的第一环形导向带8。阀盖5上设有压力源接口34，压力源接口34与液压缸9下部腔体相通。
如图1、图3、图7和图8所示，液压执行机构包括：液压缸9、液压源油口11、下端盖13、活塞杆14、支撑座24、弹簧25及壳体26。液压缸9下端面与阀盖5上端面之间通过O型密封圈33密封连接，两者之间通过螺钉32密封固定，液压缸9与阀盖5之间形成密封腔体。活塞杆14活塞端的外圆周面与液压缸9的内腔侧壁之间设有上下两个U型密封环29和31形成动密封。在活塞杆14杆部的外圆周面上有对活塞杆14运动起到导向作用的第二导向带30。液压缸9上设有液压源油口11，与液压缸9和上端盖13形成的上部密封腔体相通。液压缸9上端设有8个通孔，通过螺钉10将其与下端盖13和壳体26的下端固定。下端盖13的端部设有凹槽，凹槽内采用O型密封圈12将其与腔体密封，且下端盖13底部采用阶梯式结构与液压缸9和壳体26配合，方便密封固定。下端盖13设有供活塞杆14杆部穿过的内孔，其内孔的侧壁与活塞杆14的外圆周面之间设有U型密封环28形成动密封；下端盖13内孔的侧壁上有对活塞杆14的运动起导向作用的第三环形导向带27。活塞杆14的杆部上端为T型块结构，与支撑座24的下部嵌套机构配合，支撑座24可以与活塞杆14快速完成嵌套连接，实现整体竖直方向运动。弹簧25连接在支撑座24和下端盖13之间，其弹力可以将连接有活塞杆14整体部件的支撑座24顶起。支撑座24的中心设有一个内孔，支撑座24可以沿着与其配合的套筒23的光滑侧壁实现竖直方向运动。
如图2、图8所示，备用螺纹传动机构包括：操作杆15、套筒23、轴承19、ROV接口17及上端盖22。支撑座24上端面设有4个互为90°夹角的深度为S的小圆孔可与套筒23上凸圆面下端的4个圆柱嵌套配合，在上端面还设有一个与驱动轴16配合的嵌套机构。操作杆15上部穿过上端盖21内孔，并通过推力轴承19将其固定于上端盖21的内孔之中，推力轴承19为第一轴承，在ROV扭转工具的驱动下其可以实现圆周转动；操作杆15下部与套筒23的内部采用螺纹连接。上端盖21与壳体26之间通过O型密封圈密封连接，并通过螺钉20将上端盖21与壳体26固定。操作杆15的上部穿过ROV接口17，ROV接口17通过螺钉18固定在上端盖21上。操作杆15的顶部为方形接口，用于与ROV操作工具配合。
如图4、图5及图9所示，开关指示机构包括：驱动轴16、推力轴承37、轴承压盖38、螺钉39、驱动螺母40、双齿间歇齿轮41、固定销42、指示牌43、螺钉44、齿条45、支柱46及指示杆47。驱动螺母40下端通过推力轴承37固定于上端盖21的上端面圆孔中，其可以实现圆周转动；驱动轴16上部设有外螺纹，可穿过上端盖21的端盖圆孔下方的中心孔与驱动螺母40的内部螺纹配合。
驱动轴16下端为T型块结构，与支撑座24上的嵌套机构配合，配合快速，简单可靠。驱动螺母40上端穿过轴承压盖38的内孔，并通过螺钉39将其与上端盖21固定。驱动螺母40上端杆部穿过指示牌43的圆孔，双齿间歇齿轮41通过固定销42安装于驱动螺母40的上端杆部。指示牌43通过螺钉44固定于支柱46上，支柱46焊接固定在上端盖21上。指示牌43的侧壁开有L型槽孔，齿条45通过摩擦力作用固定于L型槽孔之中刚好不滑动，指示杆47通过螺纹紧固于齿条45上，双齿间歇齿轮41与齿条45配合，通过齿轮齿条传动，实现指示杆47在指示牌43正上方槽孔中来回移动，指示杆47移动至S一侧指示阀门关闭，移动至O一侧指示阀门开启，从而实现阀门开闭操作的观测指示。
本发明的工作原理为：
(1)液压驱动开启和关闭闸阀原理：液压油通过液压源油口11进入到活塞杆14活塞端上方的密封腔体中，从而推动活塞杆14向下运动，活塞杆14杆部通过T型块结构与支撑座24下端嵌套机构连接，带动支撑座24沿着与其配合的套筒23的光滑侧壁压缩弹簧25竖直向下运动，从而使阀杆4推动闸板3实现阀门开启。当液压源压力消失，在弹簧25的弹性恢复力作用下，弹簧25推动支撑座24以及活塞杆14向上运动，活塞杆14带动阀杆4和闸板3随之向上运动，从而实现阀门的关闭。
(2)备用螺纹传动机构(ROV操作)开启和关闭闸阀原理：当液压执行机构在阀门工作过程中出现故障，由于弹簧25的作用，使阀门处于关闭状态，此时可通过ROV扭转工具操作闸阀开闭。通过ROV扭转工具逆时针旋转操作杆15，套筒23与操作杆15之间螺纹作用推动套筒23竖直向下运动，由于套筒23与支撑座24之间采用轴孔嵌套配合，从而套筒23带动支撑座24及活塞杆14压缩弹簧25向下运动，活塞杆14带动阀杆4和闸板3随之向下运动，从而实现阀门的开启。反之，ROV扭转工具顺时针旋转操作杆15，套筒23与操作杆15之间螺纹作用推动套筒23竖直向上运动，由于弹簧25的弹簧恢复力作用，弹簧25推动支撑座24向上顶起与套筒23紧密配合，两者始终未脱离；从而套筒23带动支撑座24及活塞杆14向上运动，活塞杆14带动阀杆4和闸板3随之向上运动，从而实现阀门的关闭。
(3)闸阀开关指示装置原理：通过液压执行机构(或备用螺纹传动机构)开启阀门时，支撑座24竖直向下运动，带动驱动轴16向下运动，驱动轴16与驱动螺母40的螺纹作用使驱动螺母40顺时针转动，从而带动双齿间歇齿轮42顺时针转动；双齿间歇齿轮42与齿条45之间的齿轮齿条传动作用，带动齿条45在L型凹槽中直线运动，从而带动指示杆47在指示牌43正上方凹槽中从字母“S”向字母“O”方向移动；通过齿轮齿条间歇机构，阀门完全开启时，指示杆47刚好移动至O处，指示完全开启。反之，通过液压执行机构(或备用螺纹传动机构)关闭阀门时，支撑座24竖直向上运动，带动驱动轴16向上运动，驱动轴16与驱动螺母40的螺纹作用使驱动螺母40逆时针转动，从而带动双齿间歇齿轮42逆时针转动；双齿间歇齿轮42与齿条45之间的齿轮齿条传动作用，带动齿条45在L型凹槽中直线运动，从而带动指示杆47在指示牌43正上方凹槽中从字母“O”向字母“S”方向移动；阀门完全关闭时，指示杆47刚好移动至S处，指示完全关闭。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种高可靠性液压水下闸阀，其特征在于：包括阀体、阀座、闸板、阀杆和阀盖，所述阀体内安装有阀座，所述阀座中插入阀板，所述阀板上设有通孔，阀板与阀杆固定连接，所述阀杆穿过阀盖后与活塞杆连接，所述阀盖与阀体固定连接，所述阀盖与阀杆之间设有第一密封装置，所述阀盖与液压缸固定连接，液压缸通过下端盖密封，在液压缸内的腔体顶部安装有液压源油口，液压缸内安装有活塞杆，活塞杆穿过下端盖与支撑座固定连接，下端盖与壳体固定连接，壳体内设有空腔，支撑座位于空腔内，支撑座上套有弹簧，弹簧的一端套在下端盖上，支撑座上连接有套筒，套筒与操作杆螺纹连接，操作杆穿过上端盖位于ROV接口内，ROV接口位于上端盖上，上端盖将壳体的空腔密封。
2.根据权利要求1所述的高可靠性液压水下闸阀，其特征在于：所述第一密封装置包含填料和填料压盖，所述阀盖上设有凹槽，阀杆穿过凹槽，填料位于凹槽内，并通过填料压盖压紧。
3.根据权利要求2所述的高可靠性液压水下闸阀，其特征在于：所述填料压盖的内孔侧壁上设有对阀杆起到导向作用的第一环形导向带。
4.根据权利要求1所述的高可靠性液压水下闸阀，其特征在于：所述支撑座与驱动轴固定连接，驱动轴穿过上端盖与驱动螺母固定连接，驱动螺母通过第一轴承安装在上端盖上，第一轴承通过轴承压盖压紧，驱动轴的上端依次固定连接有双齿间歇齿轮和指示牌，双齿间歇齿轮与齿条啮合，齿条安装在指示牌的槽中，指示牌通过支柱支撑。
5.根据权利要求1所述的高可靠性液压水下闸阀，其特征在于：所述活塞杆位于液压缸的一端通过两个U型密封环与液压缸壁密封。
6.根据权利要求1所述的高可靠性液压水下闸阀，其特征在于：所述活塞杆的杆部外圆周面上还设有对活塞杆运动起到导向作用的第二导向带。
7.根据权利要求1所述的高可靠性液压水下闸阀，其特征在于：所述上端盖内设有密封活塞杆的U型密封环，下端盖内孔的侧壁上还设有对活塞杆的运动起导向作用的第三导向带。
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