CN110185834A - 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***,降低了油液泄漏的风险。
Description
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***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***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***、水下电液复合采油树***,以及近几年发展起来的水下全电采油树***。
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***,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***,不会造成液压油泄漏,且3台冗余设计的伺服电机提高***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***,不会造成液压油泄漏,且3台冗余设计的伺服电机提高***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 (10)
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;
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。
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。
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(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G(30);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G(30);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G(30)。
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。
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。
9.如权利要求8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。
10.如权利要求8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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