CN202804799U

CN202804799U - 磁力非接触式驱动的管道夹紧装置

Info

Publication number: CN202804799U
Application number: CN 201220486157
Authority: CN
Inventors: 王茁; 张佰正; 张波; 张毅治; 刘风坤; 李艳杰; 张真; 田忠锋; 郭石宇
Original assignee: Harbin Engineering University
Current assignee: Harbin Engineering University
Priority date: 2012-09-21
Filing date: 2012-09-21
Publication date: 2013-03-20
Anticipated expiration: 2022-09-21

Abstract

本实用新型的目的在于提供磁力非接触式驱动的管道夹紧装置，包括驱动机构、主体支撑机构、平面连杆机构、丝杠，主体支撑机构包括由支架上底板、支架后支撑板和支架前支撑板固连组成的机构，平面连杆机构包括夹紧臂、连杆、夹紧弧板和传动螺母，加紧弧板、夹紧臂、连杆依次相连且相互之间可旋转，传动螺母连接连杆和丝杠，丝杠通过左侧的丝杠左支承座、中部的丝杠中部支承座、右侧的丝杠右支承座连接支架上底板，丝杠的两端分别连接一个驱动机构。本实用新型可只要求ROV将其携带到指定管道上，管道的夹紧定位动作可以完全由水上人员遥控完成。可适用水深1500~15000米范围。

Description

磁力非接触式驱动的管道夹紧装置

技术领域

本实用新型涉及的是一种水下作业设备，具体地说是水下管道设备。

背景技术

近几十年来，随着能源需求的不断增长，海上石油工业得到了迅猛的发展。深海油气的开采同时也带动了相关的深水管道作业设备，比如水下管道切割、打磨、钻孔、焊接、检测等维修机具。在浅水中，这些设备通常采用链式夹紧的方式固定在管道中，需要由潜水员下水完成作业，施工操作复杂。而在深水中，由于潜水员不能到达作业区域，需要遥操作水下机器人（ROV）来完成设备与管道的固定作业，这就需要所对应的夹紧装置操作简单可靠，可由船上人员遥控操作机械手手爪的旋转动作实现装置与管道的夹紧作业。对于深水中电机传动的夹紧装置，它的关键问题有两点，一是如何解决电机输出轴动密封适应水深1500~15000m（15~150MPa）的问题；二是采用何种夹紧方式适合电机输出轴的旋转运动转换成对称往复夹紧运动。对于第一个问题涉及的是水下设备输出轴动密封的技术，其主要有四种方式，即：O形圈密封、O形圈与聚四氟乙烯滑环的组合密封、机械密封、磁流体密封，具体特点分别为：①一般橡胶O形圈密封压力不能超过1.5MPa，同时，旋转的线速度在3.5m/s以内为宜；②组合密封的密封压力为0~70MPa，可用于7000米以内的水深，旋转的线速度6m/s以内；③磁流体密封，单级密封能力最大可为120kPa~180kPa，整个密封能力很难超越1.5MPa，即水深150米；④机械密封，压力可以达到45MPa，温度为200℃~450℃，旋转线速度高达l50m／s，同样，可用于水深不超过4500m。随着水深的增加，电机动密封承受的压力越来越大，当水深超过4500米时，这四种形式的动密封均达不到密封要求，因而，进行水下电机动密封的设计需要特殊考虑压力变化对密封状况的影响。对于第二个问题涉及的是管道夹紧技术，现常用有连杆机构、链式机构、丝杠螺母导轨机构，其中，对于水下的管道夹紧作业一般采用液压驱动，需要提供液压动力源及联接油泵的输油、回油管，特点是设备多，油管负载大，相应增大ROV的拖动负载。

发明内容

本实用新型的目的在于提供适用于水深1500~15000米范围内的磁力非接触式驱动的管道夹紧装置。

本实用新型的目的是这样实现的：

本实用新型磁力非接触式驱动的管道夹紧装置，其特征是：包括驱动机构、主体支撑机构、平面连杆机构、丝杠，主体支撑机构包括由支架上底板、支架后支撑板和支架前支撑板固连组成的机构，平面连杆机构包括夹紧臂、连杆、夹紧弧板和传动螺母，加紧弧板、夹紧臂、连杆依次相连且相互之间可旋转，传动螺母连接连杆和丝杠，丝杠通过左侧的丝杠左支承座、中部的丝杠中部支承座、右侧的丝杠右支承座连接支架上底板，丝杠的两端分别连接一个驱动机构。

本实用新型还可以包括：

1、所述的驱动机构包括驱动电机、磁耦合外转子、磁耦合内转子、隔离套、电机密封套筒、套筒端盖，隔离套、电机密封套筒、套筒端盖依次相连组成密封结构，驱动电机和磁耦合内转子安装在密封结构里，驱动电机连接并驱动磁耦合内转子，磁耦合外转子位于在隔离套外部且与磁耦合内转子相对应设置，磁耦合外转子连接丝杠。

2、所述的平面连杆机构有四个、组成两组，两组平面连杆机构分别位于主体支撑机构的前后两侧，每组中的两个平面连杆机构对应设置，每组中的两个平面连杆机构的两个传动螺母螺纹旋向相反。

3、还包括丝杠中部衬套，丝杠中部衬套套在丝杠中心位置从而实现丝杠与丝杠中部支承座之间的相对转动。

4、丝杠的两端分别设置丝杠限位螺母从而对丝杠进行轴向限位。

本实用新型的优势在于：本实用新型可只要求ROV将其携带到指定管道上，管道的夹紧定位动作可以完全由水上人员遥控完成。可适用水深1500~15000米范围。

附图说明

图1为本实用新型的主视图；

图2为本实用新型的左视图；

图3为本实用新型的俯视图；

图4为A—A向局部视图；

图5为Ｂ—Ｂ向局部视图；

图6为驱动机构主视图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本实用新型做更详细地描述：

结合图1～6，它主要包括左右两驱动机构、驱动机构安装支座、支架、丝杠、丝杠支承座、丝杠限位螺母、传动螺母、夹紧臂、夹紧臂销轴、连杆、连杆销轴、夹紧弧板、夹紧弧板销轴、管道等部件。驱动机构主要包括驱动电机、磁耦合内转子、磁耦合外转子、电机传动平键、外转子传动平键、隔离套、电机密封套筒、O型圈、套筒端盖、水密电缆插座等部件组成。

其特征是：首先，将磁耦合内转子连接到驱动电机的输出轴上后，通过隔离套、O型圈、电机密封套筒和套筒端盖将其密封，实现与外界海水隔离，将电机输出轴的动密封转变为磁耦合内转子与驱动电机之间的静密封，静密封的密封效果明显好于现动密封的效果，它能够适应任何水深的密封。其次，驱动电机输出轴带动内转子旋转，内转子磁场的变化通过磁场耦合带动外转子旋转，内转子与外转子之间通过隔离套相互隔离，外转子浸入水中，内转子被隔离套密封不与水接触，因而是非接触的。最后，丝杠两端的驱动机构中外转子带动丝杠同步旋转，由于丝杠被两端的丝杠限位螺母轴向限位，传动螺母将实现轴向运动，由于丝杠两端螺纹旋向相反，当丝杠转动时，两端传动螺母相对丝杠中点将作同时靠拢或者远离的轴向运动。通过传动螺母、连杆、夹紧臂和夹紧弧板组成的平面连杆机构，最终实现夹紧弧板对管道的夹紧以及松开动作。本实用新型装置中使用到双驱动机构同步驱动不但增加了管道的夹紧力，同时也使丝杠螺母机构传动平稳可靠。

用于深水的磁力非接触式驱动的管道夹紧装置由驱动机构1、支架上底板2、驱动机构安装支座3、驱动机构支座安装螺栓4、夹紧臂5、丝杠左支承座6、连杆7、支架后支撑板8、丝杠中部支承座9、丝杠中部支承座安装螺栓10、丝杠11、丝杠端部支承座安装螺栓12、丝杠右支承座13、夹紧臂销轴用圆螺母14、夹紧臂销轴用止动垫片15、支架前支撑板16、管道17、夹紧弧板销轴用圆螺母18、夹紧弧板销轴用止动垫片19、夹紧弧板20、支架加强筋21、夹紧臂销轴支撑轴套22、夹紧臂销轴23、夹紧臂销轴支撑轴套加强筋24、夹紧臂销轴限位轴套25、夹紧弧板销轴26、丝杠限位螺母27、开口销28、传动螺母29、丝杠中部衬套30、连杆销轴用挡圈31、连杆销轴32、传动螺母衬套33、连杆限位螺钉34等部件组成。其中驱动机构1由外转子紧定螺钉101、外转子传动平键102、磁耦合外转子103、隔离套104、磁耦合内转子105、电机传动平键106、电机密封套筒107、传动机构固定螺栓108、隔离套O型圈109、隔离套固定螺钉110、内转子紧定螺钉111、电机固定螺钉112、驱动电机113、端盖O型圈114、套筒端盖115、端盖固定螺钉116、水密电缆插座117等部件组成。

支架上底板2、支架后支撑板8和支架前支撑板16通过焊接联接，构成管道夹紧装置的主体支撑机构，支架后支撑板8和支架前支撑板16上的V型结构可实现与管道17的自定位作用，支架加强筋21主要用于提高支架的结构强度。丝杠11主要由丝杠左支承座6、丝杠中部支承座9和丝杠右支承座13实现三点支撑，丝杠左支承座6和丝杠右支承座13通过丝杠端部支承座安装螺栓12固定在支架上底板2上，丝杠中部支承座9通过丝杠中部支承座安装螺栓10固定在支架上底板2上。丝杠中部衬套30套在丝杠中心位置，实现丝杠11与丝杠中部支承座9之间的相对转动。两端的丝杠限位螺母27和开口销28将丝杠轴向固定。夹紧臂5、连杆7、夹紧弧板20和传动螺母29分别有四件，一共组成四个平面连杆机构，两个为一组，通过夹紧臂销轴23、夹紧弧板销轴26和连杆销轴32联接，最终形成管道两侧的两个夹紧臂。连杆7一端通过连杆限位螺钉34铰接在传动螺母29的端面上，传动螺母衬套33实现传动螺母29端面凸台与连杆7孔之间的相对转动，连杆7另一端通过连杆销轴32与夹紧臂5实现铰接，两端的连杆销轴用挡圈31防止连杆销轴32轴向窜动。夹紧臂5的另一端通过夹夹紧弧板销轴26与夹紧弧板20实现铰接，夹紧弧板销轴用圆螺母18和夹紧弧板销轴用止动垫片19用于防止夹紧弧板销轴26的轴向窜动。每一个平面连杆机构通过夹紧臂销轴23固定在支架后支撑板8和支架前支撑板16上，形成一个固定支点，夹紧臂销轴支撑轴套加强筋24和夹紧臂销轴支撑轴套22主要提高夹紧臂销轴23的支撑刚度，夹紧臂销轴限位轴套25保证整个每一组连杆机构轴向不能窜动，夹紧臂销轴用圆螺母14和夹紧臂销轴用止动垫片15将夹紧臂销轴23用于防止夹紧臂销轴23的轴向窜动。两个驱动机构1安装支座3通过驱动机构支座安装螺栓4固定在支架上底板2上。驱动机构1通过4个驱动机构固定螺栓108安装在安装支座3上。驱动机构1中，磁耦合外转子103通过外转子传动平键102将扭矩传递给丝杠11，外转子紧定螺钉101防止磁耦合外转子103轴向窜动。隔离套104、电机密封套筒107和套筒端盖115组成密封空间，其中，隔离套104与电机密封套筒107之间通过隔离套O型圈109实现端面密封，由8个隔离套固定螺钉110压紧，电机密封套筒107和套筒端盖115之间通过端盖O型圈114实现端面密封，由6个端盖固定螺钉116压紧，水密电缆插座117固定在套筒端盖115上，实现驱动电机113控制端口与外部通讯端口的连接。驱动电机113通过4个电机固定螺钉112固定在电机密封套筒107的端面上，通过电机传动平键106将扭矩传递给磁耦合内转子105，内转子紧定螺钉111防止磁耦合内转子105轴向窜动。

工作原理：用于深水的磁力非接触式驱动的管道夹紧装置转动工作过程分为电机、磁耦合转子、丝杠三个顺序转动，丝杠转动带动两端传动螺母轴向运动，通过平面连杆机构带动夹紧臂运动，最终实现装置在管道上的夹紧或者松开动作的完成，具体如下：

1）电机转动电信号通过水密电缆插座117输送到驱动电机113上控制电机输出轴转动，。驱动电机113通过4个电机固定螺钉112固定在电机密封套筒107的端面上，通过电机传动平键106将扭矩传递给磁耦合内转子105，隔离套104、电机密封套筒107和套筒端盖115组成密封空间，将电机轴的动密封转化为静密封，从而很好的保证了密封性能。

2）磁耦合转子传动驱动电机113输出轴转动带动磁耦合内转子105中磁瓦转动，使得磁场方向改变，外部的磁耦合外转子103中磁瓦将受到这个磁力线的变化，通过磁场耦合将随着磁耦合内转子105产生旋转运动，磁耦合内转子105与磁耦合外转子103由隔离套104隔离开，处于非接触状态，因此，称为磁力非接触驱动的转动。

3）丝杠螺母传动磁耦合外转子103通过外转子传动平键102将扭矩传递给丝杠11，由于丝杠11两端螺纹旋向相反，两端的丝杠限位螺母27和开口销28使丝杠轴向限位，在两端的磁耦合外转子103驱动下，最终使丝杠11统一向同一个方向做旋转运动，既增大了磁耦合传动力矩，同时也使整个传动过程更平稳。两端的传动螺母29在丝杠11转动时，由于两端螺纹旋向不同，将同时做朝向或者远离丝杠11中心的直线运动。

4）管道夹紧或者松开动作夹紧臂5、连杆7、夹紧弧板20和传动螺母29分别有四件，一共组成四个平面连杆机构，两个为一组，通过夹紧臂销轴23、夹紧弧板销轴26和连杆销轴32铰接，最终形成管道两侧的两个夹紧臂。当两端的传动螺母29同时远离丝杠11中心轴向运动时，将带动连杆7运动，连杆7通过连杆销轴32带动夹紧臂5运动，两端的夹紧臂5已夹紧臂销轴23为支点旋转，下端将转向管道17，通过夹紧弧板销轴26带动夹紧弧板20夹紧管道17。当两端的传动螺母29同时朝向丝杠11中心轴向运动时，将带动连杆7运动，连杆7通过连杆销轴32带动夹紧臂5运动，两端的夹紧臂5已夹紧臂销轴23为支点旋转，下端将远离管道17，通过夹紧弧板销轴26带动夹紧弧板20松开管道17。以上两个过程以实现管道17的夹紧和松开动作。

结合图1～5，本装置中，管道17的夹紧动作主要由双电机驱动，对称分布，既增大了夹紧力，又能保证传动过程平稳可靠。利用丝杠螺母机构将驱动电机113的转动转化为传动螺母29的直线运动，又通过连杆机构远离，最终实现夹紧臂对管道17的夹紧和松开动作。

结合图6，驱动电机113通过4个电机固定螺钉112固定在电机密封套筒107的端面上，通过电机传动平键106将扭矩传递给磁耦合内转子105，隔离套104、电机密封套筒107和套筒端盖115组成密封空间，将电机轴的动密封转化为静密封，从而很好的保证了密封性能。驱动电机113输出轴转动带动磁耦合内转子105中磁瓦转动，使得磁场方向改变，外部的磁耦合外转子103中磁瓦将受到这个磁力线的变化，通过磁场耦合将随着磁耦合内转子105产生旋转运动，磁耦合内转子105与磁耦合外转子103由隔离套104隔离开，处于非接触状态，因此，称为磁耦合非接触驱动的转动。

Claims

1.磁力非接触式驱动的管道夹紧装置，其特征是：包括驱动机构、主体支撑机构、平面连杆机构、丝杠，主体支撑机构包括由支架上底板、支架后支撑板和支架前支撑板固连组成的机构，平面连杆机构包括夹紧臂、连杆、夹紧弧板和传动螺母，加紧弧板、夹紧臂、连杆依次相连且相互之间可旋转，传动螺母连接连杆和丝杠，丝杠通过左侧的丝杠左支承座、中部的丝杠中部支承座、右侧的丝杠右支承座连接支架上底板，丝杠的两端分别连接一个驱动机构。

2.根据权利要求1所述的磁力非接触式驱动的管道夹紧装置，其特征是：所述的驱动机构包括驱动电机、磁耦合外转子、磁耦合内转子、隔离套、电机密封套筒、套筒端盖，隔离套、电机密封套筒、套筒端盖依次相连组成密封结构，驱动电机和磁耦合内转子安装在密封结构里，驱动电机连接并驱动磁耦合内转子，磁耦合外转子位于在隔离套外部且与磁耦合内转子相对应设置，磁耦合外转子连接丝杠。

3.根据权利要求1或2所述的磁力非接触式驱动的管道夹紧装置，其特征是：所述的平面连杆机构有四个、组成两组，两组平面连杆机构分别位于主体支撑机构的前后两侧，每组中的两个平面连杆机构对应设置，每组中的两个平面连杆机构的两个传动螺母螺纹旋向相反。

4.根据权利要求1或2所述的磁力非接触式驱动的管道夹紧装置，其特征是：还包括丝杠中部衬套，丝杠中部衬套套在丝杠中心位置从而实现丝杠与丝杠中部支承座之间的相对转动。

5.根据权利要求3所述的磁力非接触式驱动的管道夹紧装置，其特征是：还包括丝杠中部衬套，丝杠中部衬套套在丝杠中心位置从而实现丝杠与丝杠中部支承座之间的相对转动。

6.根据权利要求1或2所述的磁力非接触式驱动的管道夹紧装置，其特征是：丝杠的两端分别设置丝杠限位螺母从而对丝杠进行轴向限位。

7.根据权利要求3所述的磁力非接触式驱动的管道夹紧装置，其特征是：丝杠的两端分别设置丝杠限位螺母从而对丝杠进行轴向限位。

8.根据权利要求4所述的磁力非接触式驱动的管道夹紧装置，其特征是：丝杠的两端分别设置丝杠限位螺母从而对丝杠进行轴向限位。

9.根据权利要求5所述的磁力非接触式驱动的管道夹紧装置，其特征是：丝杠的两端分别设置丝杠限位螺母从而对丝杠进行轴向限位。