水下球閥用液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

水下球閥用液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)介紹了一種水下球閥用帶接口的單作用液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)，分析了液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)的工作原理，通過設(shè)計(jì)計(jì)算確定其基本參數(shù)，給出了水下球閥用液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案。

1、概述

隨著海洋石油天然氣工業(yè)的發(fā)展，以及海洋石油天然氣的勘探和開發(fā)向深水區(qū)域邁進(jìn)，水下生產(chǎn)系統(tǒng)已經(jīng)成為一種重要的深水開發(fā)模式。在早期，水下閥門主要的形式是閘閥，但隨著深海油氣田的發(fā)展和對(duì)大孔徑、高壓力閥門需求的增加，球閥在深海環(huán)境的應(yīng)用越來越廣泛。本文介紹一種水下球閥用帶水下機(jī)器人(ROV)接口的單作用液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

2、工作原理

在正常工況下，執(zhí)行機(jī)構(gòu)通過液壓缸驅(qū)動(dòng)閥門關(guān)閉，通過復(fù)位彈簧開啟閥門。在調(diào)試或液壓源故障時(shí)，通過ROV接口驅(qū)動(dòng)。水下球閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)由液壓驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、彈簧復(fù)位機(jī)構(gòu)、ROV驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、壓力補(bǔ)償器和位置指示器等(圖1)組成。

執(zhí)行機(jī)構(gòu)每個(gè)腔體設(shè)置了壓力補(bǔ)償器。補(bǔ)償器采用金屬膜片盒式構(gòu)造，金屬膜片一側(cè)通海水，另一側(cè)連通執(zhí)行機(jī)構(gòu)各個(gè)腔體。由于執(zhí)行機(jī)構(gòu)腔體內(nèi)充滿了介質(zhì)，當(dāng)金屬膜片受到海水壓力作用時(shí)發(fā)生彈性變形，使得執(zhí)行機(jī)構(gòu)腔體內(nèi)的壓力與海水壓力相等，從而可以采用更為輕薄的殼體構(gòu)造，同時(shí)也可以簡化密封構(gòu)造。

圖1水下球閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)

為滿足ROV操作的需求，執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)置了可視化位置指示器，可通過ROV的水下攝像機(jī)觀察指示機(jī)構(gòu)位置開展相應(yīng)操作。球閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位置指示器設(shè)置在頂部，直接與輸出軸相連，可顯示輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)的角度。

水下球閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用單作用液壓缸，依靠液壓力和彈簧力分別驅(qū)動(dòng)往復(fù)動(dòng)作，以實(shí)現(xiàn)開啟/關(guān)閉的功能。執(zhí)行機(jī)構(gòu)有兩種工作方式，即液壓操控和ROV操控。

液壓操作閥門開啟時(shí)，液壓油通過油管進(jìn)入執(zhí)行機(jī)構(gòu)的油腔內(nèi)，推動(dòng)活塞向左移動(dòng)，活塞端部連接的傳動(dòng)桿及齒條隨之運(yùn)動(dòng)，齒條通過球閥閥桿上的齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)閥桿，驅(qū)動(dòng)球閥關(guān)閉。在整個(gè)活塞左移的過程中，彈簧不斷被壓縮，通過液壓缸左端的限位螺釘限制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的最大行程。當(dāng)閥門需要打開時(shí)，卸掉油腔內(nèi)液壓油壓力，彈簧的彈力克服閥門的開啟力和活塞與缸體內(nèi)壁的摩擦力，使得活塞向右移動(dòng)，直到彈簧恢復(fù)初始狀態(tài)，閥門完全打開。

ROV操作閥門關(guān)閉時(shí)，首先ROV機(jī)械臂與水下執(zhí)行機(jī)構(gòu)ROV接口連接，在ROV機(jī)械臂順時(shí)針力矩的作用下，ROV接頭通過齒輪及軸套驅(qū)動(dòng)螺桿旋轉(zhuǎn)，在傳動(dòng)螺母作用下螺桿向左運(yùn)動(dòng)，推動(dòng)齒條向左運(yùn)動(dòng)，齒條通過球閥閥桿上的齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)閥桿，驅(qū)動(dòng)球閥關(guān)閉。ROV操作閥門開啟時(shí)，ROV機(jī)械臂逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，螺桿向右運(yùn)動(dòng)，在彈簧回復(fù)力的作用下齒條帶動(dòng)閥桿旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)閥門開啟。

4、結(jié)語

設(shè)計(jì)中重點(diǎn)對(duì)液壓操控端及ROV操控