CN206889803U - 一种深海液压执行器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种为深海应用液压执行器,包括缸体，齿条，齿轮轴，活塞，弹性组件，挡板。当执行器带压时，液压推动活塞，通过传动机构进而推动齿条做直线运动，弹性组件被压缩，齿条带动齿轮轴旋转，齿轮轴将扭矩传递至下端的阀，从而控制阀的流向。当执行器泄压时，弹性组件复位，推动齿条回到中间平衡位置。本实用新型可在高外压的深海环境给深海阀门提供稳定可靠的驱动，具有输出功率大、耐腐蚀性强、密封性能好等优点。

Description

一种深海液压执行器

技术领域

本发明涉及液压执行器领域，更具体地涉及一种为深海应用的球阀提供液压驱动的执行器。

背景技术

随着科学技术的发展，人类的生产活动逐渐走向广阔的海洋，而深海石油开采、深海潜水等都离不开深海阀门，目前海底阀门的操作方式主要有人工操作、ROV(RemoteOperated Vehicle)操作和执行器驱动。受水压限制，人工操作只适合浅水应用环境；ROV即遥控无人潜水器，用于水下观察、检查和施工的水下机器人。ROV分为观察级和作业级。作业级ROV用于水下打捞、水下施工等应用，尺寸较大，带有水下机械手、液压切割器等作业工具。造价高，且需专人操控，现阶段无法被广泛的应用。

目前执行器的驱动方式主要为气动、电动、液压，气动执行器的气压较低，一般不超过1MPa，这样同样的输出功率时气动执行器需要更大的活塞面积、更大的体积和重量，意味着增加成本。由于气体的可压缩性在管道输送过程中能量损耗大，不适合长距离输送，而在深海应用的管路往往会有几千米甚至上万米长，因此气压执行器只适合在浅水区域使用，气压执行器在海下使用时会排放出大量的气泡，对海下工作会产生影响。

电动执行器虽然不受水深影响，能耗低，但是对绝缘性有很高的要求，在深海环境使用时，高压环境下电动执行器对海水的密封性提出了非常高的要求，需要复杂的绝缘系统。这样电动执行器的体积重量相比液压执行器会大几倍甚至更多，这样成本会成倍的增加。

液压驱动具有功率重量比大、体积小和安全可靠等优点,可为深海阀门提供最有效的驱动。目前市面上的深海液压执行器的应用深度有限，无法在深海环境下正常工作。由于海水的粘度小、润滑性差，且腐蚀性较强，气化压力高等特点，深海执行器会出现不同程度的腐蚀、磨损、泄漏等问题。且海水深度越深，执行器外壳承受的水压越大，对执行器的性能要求也就越高，一旦在深海环境发生故障，维修困难，维修成本较高。

发明内容

根据现有技术的不足，本发明提供一种深海液压执行器，所述执行器包括缸体，所述缸体有沿其轴线伸展的外壳，并限定了一个通道，以及置于所述通道内的齿条、齿轮轴、活塞、支撑板、弹性组件及挡板，其特征在于，所述齿条及齿轮轴垂直啮合，所述齿轮轴的下端连接阀，所述齿条两端设置有支撑板，其中至少一个支撑板与所述活塞连接，所述活塞在所述缸体内做往返运动，所述弹性组件通过所述挡板被限定在所述缸体端部，所述挡板可在初始位置及弹性组件压缩位置之间运动，所述挡板与所述支撑板之间设置有可调式的连接件。当执行器带压时，液压推动所述活塞，通过传动机构推动所述齿条做直线运动，所述齿轮轴在所述齿条的作用下旋转，所述弹性组件被压缩；当执行器泄压时，所述弹性组件复位，推动齿条复位。所述齿轮轴通过自身的旋转，现实对下端阀的控制。

优选地，所述弹性组件包括定位轴套、定位杆及弹簧，所述弹簧位于所述定位轴套和定位杆之间，所述定位轴套及定位杆限定所述弹簧的压缩行程。

优选地，还包括设置于所述缸体两端的端盖，所述端盖至少与一个液压接头相连。

优选地，所述活塞与所述液压接头滑动连接，并在所述液压接头内做往复运动。

优选地，所述活塞的端部设置有环形外凹槽，所述凹槽内设置有柔性密封件。

优选地，所述齿条与所述缸体内壁之间设置有滑块，所述滑块通过圆柱销与所述齿条连接。

优选地，所述可调式连接件包括连接杆及调节螺母。

优选地，所述挡板及所述支撑板通过设置在各自外圆周面上的导向环与缸体内壁滑动配合。

优选地，所述支撑板之间还包括一个位于所述齿条相对位置的连接块。

本实用新型的有益效果在于：

1、克服深海环境下的外压，将应用深度扩展至海底4200m，为更多的深海平台提供可靠的驱动力；

2、有优良的耐腐蚀性，

3、造精度高，可靠性好，使用寿命长

附图说明

图1为包含本发明构思的执行器分解透视图；

图2为包含本发明构思的执行器连接阀门的结构示意图，此时齿条处于中间位置，P口与A口和B口都不相通；

图3为图2中A-A方向的纵向剖视图；

图4为包含本发明构思的执行器连接阀门的结构示意图，此时阀门处于打开位置，P口与A口相通；

图5为包含本发明构思的执行器另一优选结构示意图；

图6为本发明构思的执行器的挡板透视图；

图7为本发明的端盖的透视图；

具体实施方式

为了便于本领域技术人员的理解，下面结合附图对本发明作进一步的描述。

如图1～4所示，展示了一种深海液压执行器，包括一单件的缸体10，所述缸体10限定了一轴向延伸的通道100从P1端贯穿至P2端，底端有从下至上延伸的、用于向下端阀传输驱动力的通道95。通道100中设置了用来选择性控制下端阀120流通的齿轮轴12及齿条14。齿轮轴12竖直地位于通道95的正上方，齿轮轴12上端嵌套在轴承58中，轴承58镶嵌在通道95对称方向的盲孔89中，下端嵌套在轴承72上，轴承72置于通道95中。通道95向外邻接一个扩大的孔97，定位套88被设置在孔97中。齿轮轴12的下端连接联轴器110，联轴器110的下端连接一个从阀120中延伸出的阀杆108。一个用于承载和连接的支撑架106位于缸体10和阀120之间，支撑架106一方面将齿轮轴12保持在缸体10内，一方面为缸体10与阀120的承接提供足够的安装空间。

齿条14与齿轮轴12垂直啮合，齿条14的左右两端分别邻接一个支撑板16，支撑板16为环形饼状结构，齿条14通过螺钉44连接于支撑板16，螺钉44延伸通过支撑板16沿其中轴线对称分布的孔25，进入齿条14两端的螺钉孔20。在支撑板16之间、与齿条14相对的位置有连接块26，连接块26与支撑板16的连接方式同上，具体地，连接块26两端设置有螺钉孔52，连接块26在齿条14的往复运动中，有效地维持力的平衡。

齿条14的背齿面设置有滑块38，所述滑块38与齿条14通过销42连接，并有与缸体10内壁滑动配合的圆弧面40。支撑板16的外圆周上有紧贴缸体内壁的导向环66，导向环有与支撑板16的环形外凹槽34相配合的凸台17，滑块38及导向环66进一步确保了齿条14在缸体10内做平稳的往复运动。

参考图2，与支撑板16相邻的、远离齿轮轴12的轴向上有挡板22，挡板22在背向支撑板16的端面上设置有多个台阶孔45，外圆周的环形凹槽64中设置导向环54，导向环54使得挡板22可在通道100内做来回运动。弹簧组件48均匀地分布在台阶孔45中，弹簧组件48由定位轴套32、定位杆28、弹簧63组成，定位轴套32、定位杆28分别插入弹簧63的两端，定位杆28的前端进入到定位轴套32的内孔30中与定位轴套32滑动连接，进一步地，台阶孔45接纳定位轴套32端部的凸台33。

端盖92通过螺钉98连接在缸体10的两端，螺钉98穿过设置在端盖92边缘的孔96进入缸体端面的螺钉孔68中，将端盖92紧固在缸体10上。端盖92在朝向挡板22的端面上有一圆形的凸起，凸起上有容纳定位杆28端部凸台39的台阶孔29，需要指出的是，置于挡板22及端盖92之间的弹簧组价48均保持与缸体10轴线平行。凸起上还设置有环形的槽53，在端盖92与缸体10配合时，密封圈74被安置在槽53。

液压接头86通过端盖92中心的螺纹孔50连接在端盖92上，并伸展进入缸体10内，液压接头86为液压的输入端，有流体通道80。液压接头86与端盖92之间还设置有密封件82。活塞24穿过挡板22的中心孔70，延伸进入液压接头86的流体通道80中，并在液压接头86进压和泄压过程中，在流体通道80中做往复运动。为了确保密封，还包括设置在活塞24端部凹槽36中的挡圈78、94及密封圈62，密封圈62位于挡圈78与94之间。

活塞24最好包括一个大于挡板22的中心孔70的六方螺纹端21，使得六方螺纹端21止于面55，活塞24通过连接杆18与支撑板16连接在一起。连接杆18的一端与活塞24的六方螺纹端21螺纹连接，另一端延伸通过支撑板16的中心孔60。连接杆18的端部形成的凹槽56中设置了一个保持环76。

由于齿条14与齿轮轴12通过齿相互啮合，加之在实际的生产过程中的尺寸偏差，可能导致在安装时，当阀120处于中间位置，齿条14不位于中间位置。因此，优选的是，连接杆18上设置一个调节螺母46，调节螺母46能在可控的范围内确保各个零件处于最佳位置。

最好参照图4，当P1端的液压接头86进压时，液压推动P1端活塞24向P2端运动，从而带动P1端支撑板16运动，推动齿条14向P2端直线运动，P2端支撑板16受力推动挡板22压缩弹簧63，P2端定位杆28逐渐进入定位轴套32中，当进入定位杆28的前端接触挡板台阶孔45时，P2端弹簧63不再被压缩。此时，齿条14迫使齿轮轴12旋转，通过联轴器110将扭矩传递给阀杆108，阀杆108顺时针旋转90°，P口与A口连通；当P1端泄压时，P2端弹簧63复位，推动P2端挡板回到初始位置104。反之亦然，当P2端进压时，液压推动P2端活塞运动，推动齿条向P1端直线运动，迫使齿轮轴12旋转，同时下端阀杆108逆时针旋转90°，P口与B口连通，P1端弹簧处于压缩状态；当P2端泄压时，P1端弹簧复位，推动P1端挡板回到初始位置102处。

在另一优选实施例中，执行器用于连接2通阀门，具体参照附图5。缸体10的P1端设置一个液压接头86，活塞24通过一个缩径的端部与支撑板16直接连接。在P2端，包括一个设置在挡板22与连接杆18之间的套筒15，套筒15通过一个设置在端部凹槽43保持环11与挡板22连接，另一端与连接杆18螺纹连接。当P1端进压时，液压推动活塞24运动，推动齿条向P2端运动，P2端弹簧63被压缩，齿轮轴12旋转带动阀杆108顺时针旋转90°，A口与B口连通；当P1端泄压时，P2端弹簧复位，推动齿条14回到中间位置，此时，A口与B口不连通。

本发明已经参考优选的实施方案进行描述，上述实施例中提到的内容并非是对本发明的限定，通过阅读本说明书，本领域技术人员能对该结构构思出许多的修改和变化，在不脱离本发明构思的前提下，任何显而易见的替换均在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种深海液压执行器，包括一个缸体，所述缸体有沿其轴线伸展的外壳，并限定了一个通道，以及置于所述通道内的齿条、齿轮轴、活塞、支撑板、弹性组件及挡板，其特征在于，所述齿条及齿轮轴垂直啮合，所述齿轮轴的下端连接阀，所述齿条两端设置有支撑板，其中至少一个支撑板与所述活塞连接，所述活塞在所述缸体内做往返运动，所述弹性组件通过所述挡板被限定在所述缸体端部，所述挡板可在初始位置及弹性组件压缩位置之间运动，所述挡板与所述支撑板之间设置有可调式的连接件，当执行器带压时，液压推动所述活塞，通过传动机构推动所述齿条做直线运动，所述齿轮轴在所述齿条的作用下旋转，所述弹性组件被压缩；当执行器泄压时，所述弹性组件复位，推动齿条复位，所述齿轮轴通过自身的旋转，现实对下端阀的控制。

2.根据权利要求1所述的深海液压执行器，其特征在于：所述弹性组件包括定位轴套、定位杆及弹簧，所述弹簧位于所述定位轴套和定位杆之间，所述定位轴套及定位杆限定所述弹簧的压缩行程。

3.根据权利要求2所述的深海液压执行器，其特征在于：还包括设置于所述缸体两端的端盖，所述端盖至少与一个液压接头相连。

4.根据权利要求3所述的深海液压执行器，其特征在于：所述活塞与所述液压接头滑动连接，并在所述液压接头内做往复运动。

5.根据权利要求4所述的深海液压执行器，其特征在于：所述活塞的端部设置有环形外凹槽，所述凹槽内设置有柔性密封件。

6.根据权利要求5所述的深海液压执行器，其特征在于：所述齿条与所述缸体内壁之间设置有滑块，所述滑块通过圆柱销与所述齿条连接。

7.根据权利要求6所述的深海液压执行器，其特征在于：所述可调式连接件包括连接杆及调节螺母。

8.根据权利要求7所述的深海液压执行器，其特征在于：所述挡板及所述支撑板通过设置在各自外圆周面上的导向环与缸体内壁滑动配合。

9.根据权利要求8所述的深海液压执行器，其特征在于：所述支撑板之间还包括一个位于所述齿条相对位置的连接块。