CN110185834B - 一种压力平衡式水下全电采油树阀门执行器 - Google Patents

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Abstract

一种压力平衡式水下全电采油树阀门执行器，包括压力平衡装置和驱动装置；压力平衡装置包括连接机构、缸套、压力平衡器和丝杠螺母机构；压力平衡器与连接机构通过螺栓连接；缸套套在压力平衡器上，与连接机构通过螺栓连接；丝杠螺母机构与压力平衡器通过螺栓连接；压力平衡装置与驱动装置通过螺栓连接；驱动装置包括装置外壳、传动机构和抱闸伺服电机；抱闸伺服电机用于给传动机构提供动力；抱闸伺服电机和传动机构通过螺栓连接固定在装置外壳上。本发明可对水下采油树的阀门进行控制。全电阀门执行器采用丝杠螺母作为传动机构，无需依赖传统的液压系统，降低了油液泄漏的风险。

Description

一种压力平衡式水下全电采油树阀门执行器
技术领域
本发明涉及采油树阀门执行装备，具体涉及一种压力平衡式水下全电采油树阀门执行器。
背景技术
水下采油树系统是海洋油气田生产和井下作业时进行井口作业的装置，是水下生产系统最重要的设备之一。按照控制方式，可分为水下全液压采油树系统、水下电液复合采油树系统，以及近几年发展起来的水下全电采油树系统。
采油树上设置有液动控制采油树阀门执行机构，目前，液动控制采油树阀门执行机构在远距离控制方面存在控制成本高、高压控制油液传输困难及控制油液易泄漏等弊端。为此，本发明设计了水下全电采油树阀门执行器。
发明内容
本发明解决的技术问题是，为水下采油树提供一种压力平衡式水下全电采油树阀门执行器，可对水下采油树的阀门进行控制。全电阀门执行器采用丝杠螺母作为传动机构，无需依赖传统的液压系统，降低了油液泄漏的风险。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种压力平衡式水下全电采油树阀门执行器，包括压力平衡装置和驱动装置；压力平衡装置包括连接机构、缸套、压力平衡器和丝杠螺母机构；压力平衡器与连接机构通过螺栓连接；缸套套在压力平衡器上，与连接机构通过螺栓连接；丝杠螺母机构与压力平衡器通过螺栓连接；压力平衡装置与驱动装置通过螺栓连接；驱动装置包括装置外壳、传动机构和抱闸伺服电机25；抱闸伺服电机25用于给传动机构提供动力；抱闸伺服电机25和传动机构通过螺栓连接固定在装置外壳上。
本发明还具有以下附加技术特征：
作为本发明技术方案进一步具体优化的：连接机构包括阀杆2、阀杆螺母9、密封盘下支架1、密封盘根零件4和填料压盖7；阀杆2通过外螺纹与阀杆螺母9连接，并由填料压盖7固定在密封盘根零件4中；填料压盖7与密封盘根零件4通过螺栓连接；密封盘根零件4与密封盘下支架1通过螺栓连接，中间设置起密封作用的O型圈A3；密封盘下支架1与缸套通过螺栓连接，中间设置起密封作用的O型圈B5。
作为本发明技术方案进一步具体优化的：缸套包括缸套挡板6、缸套R18013、缸套R17514和压力平衡仓15；缸套挡板6与密封盘下支架1通过螺栓连接，中间设置起密封作用的O型圈B5；缸套R18013和缸套R17514放在压力平衡仓15中，缸套外侧设置起密封作用的O型圈E12；缸套挡板6与压力平衡仓15通过螺栓连接，用于固定缸套R18013和缸套R17514，中间设置起密封作用的O型圈B5；缸套R18013和缸套R17514套在压力平衡器上，缸套R18013和缸套R17514整体用于约束压力平衡器径向位移。
作为本发明技术方案进一步具体优化的：压力平衡器包括压力平衡活塞38、压力补偿活塞11和弹簧34；压力补偿活塞11与阀杆螺母9通过螺栓连接；压力平衡活塞38设置在压力补偿活塞11直径较大一端圆孔内，外侧设置起密封作用的O型圈H37；压力补偿活塞11直径较大一端放在缸套R18013中，另一端放在缸套R17514中，外侧设置起密封作用的O型圈D10；弹簧34设置在压力补偿活塞11和压力平衡仓15中间，且套在丝杠螺母机构外侧，弹簧34用于实现阀门紧急关闭；压力平衡器通过丝杠螺母机构与驱动装置相连。
作为本发明技术方案进一步具体优化的：丝杠螺母机构包括滚珠丝杠36和丝杠螺母35；丝杠螺母35与压力补偿活塞11通过螺栓连接，并套在滚珠丝杠36上；滚珠丝杠36通过联轴器与传动机构相连；联轴器包括梅花形弹性联轴器31和轴承支座33；梅花形弹性联轴器31通过轴承支座33放在压力平衡仓15上，梅花形弹性联轴器31和轴承支座33中间加垫片；轴承支座33与压力平衡仓15通过螺栓连接。
作为本发明技术方案进一步具体优化的：装置外壳包括联轴器外壳16、动力段下端盖17、动力段外壳18、动力段上端盖19、动力段填料压盖22和动力段填料槽20；联轴器外壳16与压力平衡仓15通过螺栓连接，中间设置起密封作用的O型圈G30；动力段下端盖17与联轴器外壳16通过螺栓连接，中间设置起密封作用的O型圈G30；动力段下端盖16与动力段外壳17通过螺栓连接，中间设置起密封作用的O型圈G30；动力段外壳17与动力段上端盖18通过螺栓连接，中间设置起密封作用的O型圈G30；动力段上端盖18与动力段填料槽20通过螺栓连接；动力段填料槽20与动力段填料压盖19通过螺栓连接，中间设置起密封作用的O型圈G30。
作为本发明技术方案进一步具体优化的：传动机构包括电磁离合器29、传动轴24、从动轮连接件28、从动轮27和电机齿轮26；电磁离合器29与动力段外壳18通过螺栓连接；电磁离合器29通过从动轮连接件28和从动轮27相连；电磁离合器29连接在传动轴24上；传动轴24放在轴承支座33上，轴承支座33与动力段下端盖17通过螺栓连接；从动轮27和电机齿轮26外啮合；电机齿轮26通过花键固定在抱闸伺服电机25的电机轴上。
作为本发明技术方案进一步具体优化的：抱闸伺服电机25驱动电机齿轮26转动，电机齿轮26与从动轮27外啮合，依次驱动从动轮27、传动轴24、滚珠丝杠36转动，进而驱动丝杠螺母35轴向移动；丝杠螺母35轴向上移带动阀杆2上移，阀杆2下端连接阀门闸板上移，实现阀门开启动作；抱闸伺服电机25上还安装有抱闸块，抱闸块连接电磁离合器29，抱闸块断电时电磁离合器29分开，传动轴24停止转动，压力补偿活塞11在弹簧34的作用下下移，实现阀门关闭动作。
作为本发明技术方案进一步具体优化的：压力平衡活塞38用于保持压力补偿活塞11两端压力平衡；压力补偿活塞11运动时，压力平衡活塞38在压力补偿活塞11中轴向移动。
作为本发明技术方案进一步具体优化的：传动轴24上端与ROV接口21连接，可通过ROV实现水下全电采油树阀门的开启与关闭。
本发明和现有技术相比，其优点在于：本发明的压力平衡式水下全电采油树阀门执行器为电驱动，响应迅速，结构简单，拆装方便，大大降低成本，无需依赖液压系统，不会造成液压油泄漏，且3台冗余设计的伺服电机提高系统可靠性。全电采油树阀门执行器设有ROV接口，在维修或者发生故障的情况下，可通过ROV机器人完成阀门的打开或关闭动作。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的整体结构剖面图。
图中所示序号：1、密封盘下支架；2、阀杆；3、O型圈A；4、密封盘根零件；5、O型圈B；6、缸套挡板；7、填料压盖；8、O型圈C；9、阀杆螺母；10、O型圈D；11、压力补偿活塞；12、O型圈E；13、缸套R180；14、缸套R175；15、压力平衡仓；16、联轴器外壳；17、动力段下端盖；18、动力段外壳；19、动力段上端盖；20、动力段填料槽；21、ROV接口；22、动力段填料压盖；23、O型圈F；24、传动轴；25、抱闸伺服电机；26、电机齿轮；27、从动轮；28、从动轮连接件；29、电磁离合器；30、O型圈G；31、梅花形弹性联轴器；32、垫片；33、轴承支座；34、弹簧；35、丝杠螺母；36、滚珠丝杠；37、O型圈H；38、压力平衡活塞；39、O型圈I。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本发明公开的示例性实施例，这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。虽然附图中显示了本发明公开的示例性实施例，然而应当理解，本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。同时，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电性连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
一种压力平衡式水下全电采油树阀门执行器，如附图1所示，包括压力平衡装置和驱动装置。
压力平衡装置包括连接机构、压力平衡器、缸套和丝杠螺母机构。压力平衡器与连接机构通过螺栓连接；缸套套在压力平衡器上，与连接机构通过螺栓连接；丝杠螺母机构与压力平衡器通过螺栓连接，用于提供动力；压力平衡装置与驱动装置通过螺栓连接。
驱动装置包括抱闸伺服电机25、传动机构和装置外壳。抱闸伺服电机25用于给传动机构提供动力；抱闸伺服电机25和传动机构通过螺栓连接固定在装置外壳上。
连接机构包括阀杆2、阀杆螺母9、密封盘下支架1、密封盘根零件4、填料压盖7；阀杆2通过外螺纹与阀杆螺母9连接，并由填料压盖7固定在密封盘根零件4中；填料压盖7与密封盘根零件4通过螺栓连接；密封盘根零件4与密封盘下支架1通过螺栓连接，中间加O型圈A3，用于密封；密封盘下支架1与缸套通过螺栓连接，中间加O型圈B5，用于密封。
缸套包括缸套挡板6、缸套R18013、缸套R17514和压力平衡仓15；缸套挡板6与密封盘下支架1通过螺栓连接，中间加O型圈B5，用于密封；缸套R18013和缸套R17514放在压力平衡仓15中，缸套外侧加O型圈E12，用于密封；缸套挡板6与压力平衡仓15通过螺栓连接，用于固定缸套R18013和缸套R17514，中间加O型圈B5，用于密封；缸套R18013和缸套R17514套在压力平衡器上，用于约束压力平衡器径向位移。
压力平衡器包括压力平衡活塞38、压力补偿活塞11和弹簧34；压力补偿活塞11与阀杆螺母9通过螺栓连接；压力平衡活塞38放在压力补偿活塞11直径较大一端圆孔内，外侧加O型圈H37，用于密封；压力补偿活塞11直径较大一端放在缸套R18013中，另一端放在缸套R17514中，外侧加O型圈D10，用于密封；弹簧34放在压力补偿活塞11和压力平衡仓15中间，套在丝杠螺母机构外侧，用于实现阀门紧急关闭；压力平衡器通过丝杠螺母机构与驱动装置相连。
丝杠螺母机构包括滚珠丝杠36和丝杠螺母35；丝杠螺母35与压力补偿活塞11通过螺栓连接，并套在滚珠丝杠36上；滚珠丝杠36通过联轴器与传动机构相连。
联轴器包括梅花形弹性联轴器31和轴承支座33；梅花形弹性联轴器31通过轴承支座33放在压力平衡仓15上，梅花形弹性联轴器31和轴承支座33中间加垫片；轴承支座33与压力平衡仓15通过螺栓连接。
装置外壳包括联轴器外壳16、动力段下端盖17、动力段外壳18、动力段上端盖19、动力段填料压盖22和动力段填料槽20；联轴器外壳16与压力平衡仓15通过螺栓连接，中间加O型圈G30，用于密封；动力段下端盖17与联轴器外壳16通过螺栓连接，中间加O型圈G30，用于密封；动力段下端盖16与动力段外壳17通过螺栓连接，中间加O型圈G30，用于密封；动力段外壳17与动力段上端盖18通过螺栓连接，中间加O型圈G30，用于密封；动力段上端盖18与动力段填料槽20通过螺栓连接；动力段填料槽20与动力段填料压盖19通过螺栓连接，中间加O型圈G30，用于密封。
传动机构包括电磁离合器29、传动轴24、从动轮连接件28、从动轮27和电机齿轮26；电磁离合器29与动力段外壳18通过螺栓连接；电磁离合器29通过从动轮连接件28和从动轮27相连；电磁离合器29连接在传动轴24上；传动轴24放在轴承支座33上，轴承支座33与动力段下端盖17通过螺栓连接；从动轮27和电机齿轮26外啮合；电机齿轮26通过花键固定在抱闸伺服电机25的电机轴上。
抱闸伺服电机25驱动电机齿轮26转动，电机齿轮26与从动轮27外啮合，进而驱动从动轮27转动，驱动传动轴24转动，驱动滚珠丝杠36转动，驱动丝杠螺母35轴向移动；丝杠螺母35轴向上移带动阀杆2上移，阀杆2下端连接阀门闸板上移，实现阀门开启动作。
抱闸伺服电机25上安装抱闸块，抱闸块连接电磁离合器29，抱闸块断电时电磁离合器29分开，传动轴24停止转动，压力补偿活塞11在弹簧34的作用下下移，实现阀门关闭动作。
压力补偿活塞11运动时，压力平衡活塞38在压力补偿活塞11中轴向移动，保持压力补偿活塞11两端压力平衡，防止压力补偿活塞11卡死。
传动轴24上端与ROV接口21连接，紧急情况下可通过ROV机器人实现水下全电采油树阀门的开启与关闭。
本发明的压力平衡式水下全电采油树阀门执行器为电驱动，响应迅速，结构简单，拆装方便，大大降低成本，无需依赖液压系统，不会造成液压油泄漏，且3台冗余设计的伺服电机提高系统可靠性。全电采油树阀门执行器设有ROV接口，在维修或者发生故障的情况下，可通过ROV机器人完成阀门的打开或关闭动作。
尽管已经对上述各实施例进行了描述，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改，所以以上仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利保护范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围之内。

Claims (9)

1.一种压力平衡式水下全电采油树阀门执行器，其特征在于：包括压力平衡装置和驱动装置；
压力平衡装置包括连接机构、缸套、压力平衡器和丝杠螺母机构；
压力平衡器与连接机构通过螺栓连接；缸套套在压力平衡器上，与连接机构通过螺栓连接；丝杠螺母机构与压力平衡器通过螺栓连接；压力平衡装置与驱动装置通过螺栓连接；
所述压力平衡器包括压力平衡活塞(38)、压力补偿活塞(11)和弹簧(34)；压力补偿活塞(11)与阀杆螺母(9)通过螺栓连接；压力平衡活塞(38)设置在压力补偿活塞(11)直径较大一端圆孔内，外侧设置起密封作用的O型圈H(37)；压力补偿活塞(11)直径较大一端放在缸套R180(13)中，另一端放在缸套R175(14)中，外侧设置起密封作用的O型圈D(10)；弹簧(34)设置在压力补偿活塞(11)和压力平衡仓(15)中间，且套在丝杠螺母机构外侧，弹簧(34)用于实现阀门紧急关闭；压力平衡器通过丝杠螺母机构与驱动装置相连；
驱动装置包括装置外壳、传动机构和抱闸伺服电机(25)；
抱闸伺服电机(25)用于给传动机构提供动力；抱闸伺服电机(25)和传动机构通过螺栓连接固定在装置外壳上。
2.如权利要求1所述的压力平衡式水下全电采油树阀门执行器，其特征在于：所述连接机构包括阀杆(2)、阀杆螺母(9)、密封盘下支架(1)、密封盘根零件(4)和填料压盖(7)；阀杆(2)通过外螺纹与阀杆螺母(9)连接，并由填料压盖(7)固定在密封盘根零件(4)中；填料压盖(7)与密封盘根零件(4)通过螺栓连接；密封盘根零件(4)与密封盘下支架(1)通过螺栓连接，中间设置起密封作用的O型圈A(3)；密封盘下支架(1)与缸套通过螺栓连接，中间设置起密封作用的O型圈B(5)。
3.如权利要求1所述的压力平衡式水下全电采油树阀门执行器，其特征在于：所述缸套包括缸套挡板(6)、缸套R180(13)、缸套R175(14)和压力平衡仓(15)；缸套挡板(6)与密封盘下支架(1)通过螺栓连接，中间设置起密封作用的O型圈B(5)；缸套R180(13)和缸套R175(14)放在压力平衡仓(15)中，缸套外侧设置起密封作用的O型圈E(12)；缸套挡板(6)与压力平衡仓(15)通过螺栓连接，用于固定缸套R180(13)和缸套R175(14)，中间设置起密封作用的O型圈B(5)；缸套R180(13)和缸套R175(14)套在压力平衡器上，缸套R180(13)和缸套R175(14)整体用于约束压力平衡器径向位移。
4.如权利要求1所述的压力平衡式水下全电采油树阀门执行器，其特征在于：所述丝杠螺母机构包括滚珠丝杠(36)和丝杠螺母(35)；丝杠螺母(35)与压力补偿活塞(11)通过螺栓连接，并套在滚珠丝杠(36)上；滚珠丝杠(36)通过联轴器与传动机构相连；所述联轴器包括梅花形弹性联轴器(31)和轴承支座(33)；梅花形弹性联轴器(31)通过轴承支座(33)放在压力平衡仓(15)上，梅花形弹性联轴器(31)和轴承支座(33)中间加垫片；轴承支座(33)与压力平衡仓(15)通过螺栓连接。
5.如权利要求1所述的压力平衡式水下全电采油树阀门执行器，其特征在于：所述装置外壳包括联轴器外壳(16)、动力段下端盖(17)、动力段外壳(18)、动力段上端盖(19)、动力段填料压盖(22)和动力段填料槽(20)；联轴器外壳(16)与压力平衡仓(15)通过螺栓连接，中间设置起密封作用的O型圈G(30)；动力段下端盖(17)与联轴器外壳(16)通过螺栓连接，中间设置起密封作用的O型圈G(30)；动力段下端盖(17)与动力段外壳(19)通过螺栓连接，中间设置起密封作用的O型圈G(30)；动力段外壳(18)与动力段上端盖(19)通过螺栓连接，中间设置起密封作用的O型圈G(30)；动力段上端盖(19)与动力段填料槽(20)通过螺栓连接；动力段填料槽(20)与动力段填料压盖(22)通过螺栓连接，中间设置起密封作用的O型圈G(30)。
6.如权利要求1所述的压力平衡式水下全电采油树阀门执行器，其特征在于：所述传动机构包括电磁离合器(29)、传动轴(24)、从动轮连接件(28)、从动轮(27)和电机齿轮(26)；电磁离合器(29)与动力段外壳(18)通过螺栓连接；电磁离合器(29)通过从动轮连接件(28)和从动轮(27)相连；电磁离合器(29)连接在传动轴(24)上；传动轴(24)放在轴承支座(33)上，轴承支座(33)与动力段下端盖(17)通过螺栓连接；从动轮(27)和电机齿轮(26)外啮合；电机齿轮(26)通过花键固定在抱闸伺服电机(25)的电机轴上。
7.如权利要求1所述的压力平衡式水下全电采油树阀门执行器，其特征在于：所述抱闸伺服电机(25)驱动电机齿轮(26)转动，电机齿轮(26)与从动轮(27)外啮合，依次驱动从动轮(27)、传动轴(24)、滚珠丝杠(36)转动，进而驱动丝杠螺母(35)轴向移动；丝杠螺母(35)轴向上移带动阀杆(2)上移，阀杆(2)下端连接阀门闸板上移，实现阀门开启动作；所述抱闸伺服电机(25)上还安装有抱闸块，抱闸块连接电磁离合器(29)，抱闸块断电时电磁离合器(29)分开，传动轴(24)停止转动，压力补偿活塞(11)在弹簧(34)的作用下下移，实现阀门关闭动作。
8.如权利要求1所述的压力平衡式水下全电采油树阀门执行器，其特征在于：所述压力平衡活塞(38)用于保持压力补偿活塞(11)两端压力平衡；所述压力补偿活塞(11)运动时，压力平衡活塞(38)在压力补偿活塞(11)中轴向移动。
9.如权利要求7所述的压力平衡式水下全电采油树阀门执行器，其特征在于：所述传动轴(24)上端与ROV接口(21)连接，可通过ROV机器人实现水下全电采油树阀门的开启与关闭。
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