专利名称：一种用于水下节流阀的步进式液压促动器的制作方法
技术领域：
—种用于水下节流阀的步进式液压促动器技术领域[0001]本实用新型涉及一种海洋油气钻采设备，特别涉及一种用于水下节流阀的步进式 液压促动器。
背景技术：
[0002]目前，国家已将海洋石油工程装备确定为高端装备制造产业重点之一，在海洋油 气开发中，水下节流阀广泛应用在各种水下生产设备上，但是，在如今水下钻采作业过程 中，一般只能通过远程操作的方式对水下各种阀进行控制，尤其是当供液异常或者故障时， 更是给维修带来了极大的不便，大大降低了工作效率，增加了生产成本。实用新型内容[0003]本实用新型的目的是提供一种用于水下节流阀的步进式液压促动器，在正常工作 时，能够把液压动力转化为水下节流阀阀杆的运动动力，实现对水下节流阀的开启、关闭及 开度的步进式控制；在供液异常或故障时，可通过人工液压扳手应急操作实现水下节流阀 的步进式控制。[0004]为了实现以上目的，本实用新型是通过以下技术方案实现的:[0005]一种用于水下节流阀的步进式液压促动器，包含固定连接的下壳体和上端盖，正 常工作状态下，所述的下壳体和上端盖之间的包围腔内充满液压油，还包含被下壳体和上 端盖包围起来的:[0006]一对步进机构，所述的一对步进机构通过过油管线与外部的平衡储油设备相连， 该一对步进机构上下布置；[0007]传动机构,所述的传动机构与步进机构相连,传递步进机构产生的动能；[0008]齿轮盘，所述的齿轮盘与传动机构相连，其将传动机构传递的能量转化为供应水 下节流阀阀杆运动的动力，该齿轮盘的内孔与水下节流阀的阀杆套以及阀杆相匹配；[0009]一对手动机构，所述的一对手动机构与一对步进机构对应相连，通过外部的扳手 操作手动机构动作。[0010]还包含设置在上端盖上的:指针减速器、指针组件和指示表盘；所述的指针减速 器与齿轮盘相连，所述的指针组件与指针减速器相连，所述的指示表盘上设有刻度指示水 下节流阀的开启状态或开度信息。[0011]所述的每个步进机构包含:[0012]液缸；[0013]液缸压盖，所述的液缸压盖盖设在液缸上，该液缸压盖上设有油口 ；[0014]活塞，所述的活塞设置在液缸中，该活塞在液缸中作往复运动；[0015]U型卡头，所述的U型卡头的内螺纹与活塞的螺纹端相连；[0016]棘爪，所述的棘爪与U型卡头固定连接，当活塞推动U型卡头，U型卡头带动棘爪 动作；[0017]锁爪，所述的两个步进机构的锁爪上下叠装，所述的U型卡头的圆弧端压住另外 一个步进机构的锁爪；[0018]棘轮，所述的两个步进机构的棘轮同轴安装但齿形相反。[0019]所述的活塞的前端外径面上设有液压油孔，该液压油孔通过过油管线与外部的平 衡储油设备相连。[0020]所述的传动机构包含:[0021]齿轮，所述的齿轮与齿轮盘固定连接；[0022]轴齿轮，所述的轴齿轮安装在下壳体内的齿轮套中；[0023]下变速齿轮，所述的下变速齿轮安装在轴齿轮的轴上，该下变速齿轮与齿轮啮 合；[0024]主动齿轮，所述的主动齿轮与轴齿轮啮合，该主动齿轮的轴上安装有两个步进机 构的棘轮。[0025]所述的手动机构包含:摇臂和穿过摇臂的摇臂轴；通过外部的扳手扳动所述的摇 臂轴；所述的摇臂与活塞相连，摇臂轴带动摇臂，该摇臂推动活塞动作。[0026]所述的上端盖上包含:[0027]两个测试孔，所述的测试孔中设有补偿膜；[0028]滤网组件，所述的滤网组件设有滤网以及固定滤网的滤网卡头，所述的滤网隔阻 补偿膜；[0029]测试孔外盖和测试孔内盖，所述的测试孔外盖和测试孔内盖分别从测试孔的外侧 和内侧盖住测试孔口。[0030]所述的下壳体上还设有电气接口，用于通过控制液压油管道和过油管线。[0031]本实用新型与现有技术相比，具有以下优点:[0032]1、在正常工作时，能够把液压动力转化为水下节流阀阀杆的直线运动动力，实现 对水下节流阀的开启、关闭及开度的步进式控制；[0033]2、在供液异常或故障时，可通过人工液压扳手应急操作实现水下节流阀的步进式 控制。
[0034]图1为本实用新型一种用于水下节流阀的步进式液压促动器的结构示意图；[0035]图2为本实用新型一种用于水下节流阀的步进式液压促动器的去除上端盖后内 部结构示意图；[0036]图3为本实用新型一种用于水下节流阀的步进式液压促动器的上端盖示意图；[0037]图4为图1中的上端盖测试孔局部放大视图；[0038]图5为本实用新型一种用于水下节流阀的步进式液压促动器的步进操作示意图。
具体实施方式
[0039]
以下结合附图，通过详细说明一个较佳的具体实施例，对本实用新型做进一步阐 述。[0040]如图f 4所示，一种用于水下节流阀的步进式液压促动器，包含固定连接的下壳体I和上端盖37，上端盖37和下壳体I通过若干个螺钉38连接，并由定位销39确定安装 位置，正常工作状态下，下壳体I和上端盖37之间的包围腔内充满液压油，还包含被下壳体 I和上端盖37包围起来的:一对步进机构、传动机构、齿轮盘2、一对手动机构。其中，一对 步进机构通过过油管线与外部的平衡储油设备相连，该一对步进机构上下布置，分别用于 控制水下节流阀的开启和关闭，并可在启闭位置间调节水下节流阀的开度；传动机构与步 进机构相连，传递步进机构产生的动能；齿轮盘2与传动机构相连,其将传动机构传递的能 量转化为供应水下节流阀阀杆运动的动力，该齿轮盘2的内孔与水下节流阀的阀杆套以及 阀杆相匹配；一对手动机构与一对步进机构对应相连，通过外部的扳手操作手动机构动作。 在本实施例中，还包含设置在上端盖37上的:指针减速器40、指针组件41和指示表盘52 ； 指针减速器40与齿轮盘2相连，指针组件41与指针减速器40相连，指示表盘52上设有刻 度指示水下节流阀的开启状态或开度信息。[0041]如图1、2所示，其中，每个步进机构包含:液缸23、液缸压盖25、活塞26、U型卡头 42、棘爪43、锁爪45以及棘轮32。其中，液缸23内部有弹簧28，液缸压盖25盖设在液缸23 上，该液缸压盖25上设有油口 ；活塞26设置在液缸23中，通过O型圈密封，该活塞26在液 缸23中作往复运动，在本实施例中，活塞26的前端外径面上设有液压油孔，该液压油孔通 过过油管线与外部的平衡储油设备相连；U型卡头42的内螺纹与活塞26的螺纹端相连；棘 爪43与U型卡头42连接，并由棘爪销44固定，当活塞26推动U型卡头42，U型卡头42带 动棘爪43动作，在本实施例中，2片棘爪43之间通过驱动弹簧47拉紧，2片锁爪45之间通 过锁紧弹簧48拉紧，弹簧均为上下2根；两个步进机构的锁爪45上下叠装，中间有锁爪销 46穿过，U型卡头42的圆弧端压住另外一个步进机构的锁爪45 ;两个步进机构的棘轮32 同轴安装但齿形相反，该两个步进机构的棘轮32之间由带键槽的防磨垫片35分隔，在本实 施例中，当一侧锁爪45锁住相应的棘轮32时可防止其正转，但允许其反转，即可在另一侧 棘爪43的带动下，与另一片棘轮32同向旋转。在本实施例中，两个液缸压盖25上，一个作 有“开启”，另一个作有“关闭”的标记。[0042]如图1所示，传动机构包含:齿轮5、轴齿轮10、下变速齿轮14、主动齿轮16。其 中，齿轮5与齿轮盘2固定连接，在本实施例中，齿轮5、齿轮盘2以及下壳体I同轴连接，齿 轮盘2与齿轮5之间通过螺栓6连接；轴齿轮10安装在下壳体I内的齿轮套11中；下变速 齿轮14安装在轴齿轮10的轴上，并通过键连接，该下变速齿轮14与齿轮5啮合；主动齿轮 16与轴齿轮10啮合，该主动齿轮16的轴上安装有两个步进机构的棘轮32，主动齿轮16与 棘轮32通过键连接，在本实施例中，两个棘轮32分别用于控制主动齿轮16的正转和反转。[0043]如图1、2所示，手动机构包含:摇臂21和穿过摇臂21的摇臂轴20，在本实施例中， 摇臂轴20通过方键与摇臂21相连；通过外部的扳手扳动摇臂轴20 ;摇臂21与活塞26相 连，摇臂轴20带动摇臂21，该摇臂20推动活塞26动作。[0044]如图1、3所示，上端盖37上包含:两个测试孔和滤网组件。其中，测试孔中设有补 偿膜54 ;滤网组件设有滤网以及固定滤网的滤网卡头53，滤网用于隔阻补偿膜54，补偿膜 54用于平衡促动器腔内压力变化；测试孔外盖55和测试孔内盖56，测试孔外盖55和测试 孔内盖56分别从测试孔的外侧和内侧盖住测试孔口，该测试孔外盖55和测试孔内盖56通 过螺栓紧固。在本实施例中，测试孔用于在进行产品试验时向促动器腔内(即下壳体I和上 端盖37之间的包围腔内)注入液压油和作为观察窗口用，当用作观察窗口时，需拆掉测试孔外盖55,通过观察补偿膜54来判定腔内情况。[0045]在本实施例中，下壳体I上还设有电气接口，用于通过控制液压油管道和过油管 线。[0046]当开启水下节流阀时，由于弹簧28的初始弹力，活塞26的初始位置位于液缸23 最上端(参照图1所示方向)，控制液压油通过标记“开启”的液缸压盖25上的油口进入液 缸23的储油槽，随着槽内压力增加，活塞26在液缸23内向下运动，并压缩弹簧28 ;液缸23 腔内充满液压油，随着活塞26运动，腔内体积减小，液压油通过连接到活塞26的过油管线 流向外部的平衡储油设备；活塞26推动U型卡头42向下，U型卡头42连接到棘爪43上， 在驱动弹簧47拉力和挡销59的限位作用下，棘爪43的爪头卡在相应棘轮32的齿间，拨动 棘轮32转过I个齿形；此时，由于U型卡头42的圆弧端部推动另一个步进机构的锁爪45 绕锁爪销46转动，收回卡在另一个步进机构的棘轮32齿间的爪头，使2片棘轮同时在此步 进机构的棘爪43的拨动下转动，此控制液压的方式是脉冲式，棘轮32转过I个齿形后，液 压停止供应，活塞26在弹簧28的弹力作用下回复到初始位置，液缸23腔内体积增大，平衡 液压油通过过油管线流回，同时锁爪45的爪头卡在棘轮32的齿间，防止其反转；活塞26拉 动U型卡头42收回，棘爪43的爪头离开棘轮32的齿间，此时，U型卡头42为另一个步进 机构的锁爪45提供的推力撤销，锁爪45回复到初始位置，至此，完成一个步进进程(如图5 所示)。[0047]由于棘轮32与主动齿轮16间通过键连接，因此主动齿轮16也随之完成一个步进 进程；主动齿轮16与轴齿轮10啮合，下变速齿轮14与轴齿轮10连接，并与齿轮5啮合，通 过这一系列的齿轮传动，主动齿轮16的转动转化为齿轮5的转动；由于齿轮5与齿轮盘2 之间通过螺栓连接，齿轮盘2内孔与配套的水下节流阀的阀杆套及阀杆连接，所以齿轮5的 转动可带动水下节流阀阀杆套转动，推动阀杆沿其轴向直线转动，进而改变水下节流阀的 流量。[0048]在脉冲式控制液压的作用下，重复以上动作，即可完成步进式开启水下节流阀或 增大节流阀开度的操作；上端盖37上装有指针减速器40，减速器与齿轮盘2相连，齿轮盘2 转动通过指针减速器40把转速降低后传递到指针组件41，指针随之发生摆动，在指示表盘 52上指示水下节流阀的开启状态或开度信息。[0049]当关闭水下节流阀时，控制液压油通过带有“关闭”标记的液缸压盖25上的油口 进入同一步进机构的液缸23的储油槽，随着槽内压力增加，活塞26推动U型卡头42向下 运动，棘爪43的爪头卡在棘轮32齿间推动其转过I个齿形；此时，由于U型卡头42的圆弧 端部推动另一个步进机构的锁爪45，使其爪头离开与前一棘轮反向的棘轮32，因此棘轮32 可正向转过I个齿形，而反向棘轮32随之同时反向转过I个齿形；棘轮32经过齿轮传动机 构转化为水下节流阀阀杆套的反向旋转，带动阀杆沿其轴向反向运动，在脉冲式控制液压 动力的作用下，可逐步减小水下节流阀的开度直至关闭；在指示表盘52上可读出水下节流 阀的启闭状态或开度信息。[0050]在本实施例中，若要求水下节流阀的流量保持一定值，可在指示表盘52上读数达 到要求开度值后，停止脉冲式控制液压的输入，两侧锁爪45的爪头分别卡住相应棘轮32， 使水下节流阀的阀杆保持在当前位置，保证流量固定，因此可控制水下节流阀在开启和关 闭2个极限位置之间任意开度条件下运行，并通过指示表盘52上的读数读取水下节流阀的开度信息。[0051]当一旦发生正常液压控制失效或供液故障的情况时，可通过手动机构来实现水下 节流阀的步进式控制。若需开启阀或增大阀的开度，则用外部的液压扳手抓住开启步进机 构对应的摇臂轴20的端部后顺时针转动，摇臂轴20带动摇臂21，拨动活塞26向下运动，带 动棘爪43转动棘轮32，扳手转动摇臂轴20达1/4圈后，活塞26达到最大进程量，卸去扳 手扭矩，活塞26在弹簧28的弹力下收回，完成一个步进操作，扳手再次施加扭矩转动摇臂 轴20，如此反复，直到指示表盘52的读数达到工作要求的开度为止；若需关闭阀或减小阀 的开度，则用液压扳手抓住关闭步进机构对应的摇臂轴20施加扭矩，重复以上步骤，即可 实现控制。[0052]综上所述，本实用新型一种用于水下节流阀的步进式液压促动器，在正常工作时， 能够把液压动力转化为水下节流阀阀杆的运动动力，实现对水下节流阀的开启、关闭及开 度的步进式控制；在供液异常或故障时，可通过人工液压扳手应急操作实现水下节流阀的 步进式控制。[0053]尽管本实用新型的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上 述的描述不应被认为是对本实用新型的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于 本实用新型的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本实用新型的保护范围应由所附 的权利要求来限定。
权利要求1.一种用于水下节流阀的步进式液压促动器，其特征在于，包含固定连接的下壳体(I)和上端盖(37 )，正常工作状态下，所述的下壳体(I)和上端盖(37 )之间的包围腔内充满液压油，还包含被下壳体(I)和上端盖(37)包围起来的:一对步进机构，所述的一对步进机构通过过油管线与外部的平衡储油设备相连，该一对步进机构上下布置；传动机构，所述的传动机构与步进机构相连，传递步进机构产生的动能；齿轮盘(2)，所述的齿轮盘(2)与传动机构相连，其将传动机构传递的能量转化为供应水下节流阀阀杆运动的动力，该齿轮盘(2)的内孔与水下节流阀的阀杆套以及阀杆相匹配；一对手动机构，所述的一对手动机构与一对步进机构对应相连，通过外部的扳手操作手动机构动作。
2.如权利要求1所述的用于水下节流阀的步进式液压促动器，其特征在于，还包含设置在上端盖(37)上的:指针减速器(40)、指针组件(41)和指示表盘(52);所述的指针减速器(40)与齿轮盘(2)相连，所述的指针组件(41)与指针减速器(40)相连，所述的指示表盘(52)上设有刻度指示水下节流阀的开启状态或开度信息。
3.如权利要求1所述的用于水下节流阀的步进式液压促动器，其特征在于，所述的每个步进机构包含:液缸(23)；液缸压盖(25)，所述的液缸压盖(25)盖设在液缸(23)上，该液缸压盖(25)上设有油Π ；活塞(26)，所述的活塞(26)设置在液缸(23)中，该活塞(26)在液缸(23)中作往复运动；U型卡头(42)，所述的U型卡头 (42)的内螺纹与活塞(26)的螺纹端相连；棘爪(43)，所述的棘爪(43)与U型卡头(42)固定连接，当活塞(26)推动U型卡头(42)， U型卡头(42)带动棘爪(43)动作；锁爪(45)，所述的两个步进机构的锁爪(45)上下叠装，所述的U型卡头(42)的圆弧端压住另外一个步进机构的锁爪(45)；棘轮(32)，所述的两个步进机构的棘轮(32)同轴安装但齿形相反。
4.如权利要求3所述的用于水下节流阀的步进式液压促动器，其特征在于，所述的活塞(26)的前端外径面上设有液压油孔，该液压油孔通过过油管线与外部的平衡储油设备相连。
5.如权利要求3所述的用于水下节流阀的步进式液压促动器，其特征在于，所述的传动机构包含:齿轮(5)，所述的齿轮(5)与齿轮盘(2)固定连接；轴齿轮(10)，所述的轴齿轮(10)安装在下壳体(I)内的齿轮套中；下变速齿轮(14)，所述的下变速齿轮(14)安装在轴齿轮(10)的轴上，该下变速齿轮(14)与齿轮(5)啮合；主动齿轮(16)，所述的主动齿轮(16)与轴齿轮(10)啮合，该主动齿轮(16)的轴上安装有两个步进机构的棘轮(32 )。
6.如权利要求3所述的用于水下节流阀的步进式液压促动器，其特征在于，所述的手动机构包含:摇臂(21)和穿过摇臂(21)的摇臂轴(20);通过外部的扳手扳动所述的摇臂轴(20);所述的摇臂(21)与活塞(26)相连，摇臂轴(20)带动摇臂(21)，该摇臂(20)推动活塞(26)动作。
7.如权利要求1所述的用于水下节流阀的步进式液压促动器，其特征在于，所述的上端盖(37)上包含:两个测试孔，所述的测试孔中设有补偿膜(54)；滤网组件，所述的滤网组件设有滤网以及固定滤网的滤网卡头(53)，所述的滤网隔阻补偿膜(54)；测试孔外盖(55)和测试孔内盖(56)，所述的测试孔外盖(55)和测试孔内盖(56)分别从测试孔的外侧和内侧盖住测试孔口。
8.如权利要求1所述的用于水下节流阀的步进式液压促动器， 其特征在于，所述的下壳体(I)上还设有电气接口，用于通过控制液压油管道和过油管线。
专利摘要本实用新型公开了一种用于水下节流阀的步进式液压促动器，包含固定连接的下壳体和上端盖，还包含被其包围起来的一对步进机构，其通过过油管线与平衡储油设备相连，其上下布置；传动机构，其与步进机构相连，传递步进机构产生的动能；齿轮盘，其与传动机构相连，其将传动机构传递的能量转化为供应水下节流阀阀杆运动的动力，其内孔与水下节流阀的阀杆套以及阀杆相匹配；一对手动机构，其与步进机构对应相连，通过扳手操作手动机构动作。本实用新型在正常工作时，能够把液压动力转化为水下节流阀阀杆的运动动力，实现对水下节流阀的开启、关闭及开度的步进式控制；在供液异常或故障时，可通过人工液压扳手应急操作实现水下节流阀的步进式控制。
文档编号F16K37/00GK202972147SQ20122073718
公开日2013年6月5日 申请日期2012年12月28日 优先权日2012年12月28日
发明者张建权, 金祖国, 冯素敬 申请人:上海神开石油化工装备股份有限公司, 上海神开石油设备有限公司