本發(fā)明涉及液壓控制球閥，尤其涉及一種水下液壓控制球閥的執(zhí)行機構。屬于海洋石油工程領域。

背景技術：

能源是人類活動的物質基礎，從某種意義上講，人類社會的發(fā)展離不開優(yōu)質能源的出現和先進能源技術的應用。隨著經濟的發(fā)展，能源消耗量不斷增加，世界各國對能源資源的需求越來越大。近年來探測到的大型石油和天然氣資源中，海洋中所占比重超過六成，尤其是深海區(qū)域更有大量未探明的油氣資源，因此，海洋將成為未來資源開發(fā)的全新領域。

隨著國民經濟快速增長，我國油氣消費量大幅攀升，我國擁有300多萬平方公里海域，在勘探發(fā)現的油氣田中，大多集中在200m水深以內周邊淺海區(qū)域，更為廣闊的深水海域仍有待開發(fā)。隨著我國近岸淺水海洋石油開發(fā)的日趨飽和以及當今社會快速增長的石油需求，我國海洋石油正在加速向深水進軍。

目前，作為水下采油及處理設施中的水下采油樹、水下管匯、水下分離器、海管終端等，已廣泛應用于海洋資源開發(fā)系統(tǒng)中。而水下閥門及其執(zhí)行機構是水下采油設施基本組成部件之一，并在其中擔負著重要作用。現有的水下閥門主要集中應用于水下管匯和海底油氣輸送管道上，同時，還在深海潛水器上有一定的應用。水下閥門的運行性能直接關系著海上油田的正常生產以及周邊的海洋環(huán)境。

在現有的水下球閥執(zhí)行機構中，控制球閥打開和關閉的動力單元都是單一配置的，這樣一旦動力單元出現故障，整個執(zhí)行機構立即處于失效狀態(tài)，沒有可替代的動力單元用以備份工作。由于執(zhí)行機構都是在動力源作用下被動發(fā)揮作用，當動力源出現故障或水下油氣管道出現泄漏等緊急情況時，執(zhí)行機構不具備自動關閉球閥的功能，球閥上也沒有可供水下機器人操作的接口，其不能由水下機器人操作球閥的打開和關閉，因此，現有的水下球閥執(zhí)行機構容易給水下采油設施帶來很大的安全隱患，且由于現有的水下閥門及深水作業(yè)的高風險及高維護費用，這就要求水下閥門及執(zhí)行機構必須具有很高的可靠性，設計壽命內免維修，當管路出現緊急故障時，球閥執(zhí)行機構必須具備保證安全生產的一些功能。

技術實現要素：

本發(fā)明的主要目的在于克服現有技術存在的上述缺點，而提供一種水下液壓控制球閥的執(zhí)行機構，其結構緊湊，并由液壓控制球閥的打開和關閉，當液壓系統(tǒng)失效時，不僅彈簧復位機構能夠自動關閉球閥；而且，還能夠在液壓失控的情況下，完全由水下機器人來打開和關閉球閥，大大提高了水下球閥工作的可靠性，降低了生產和維護成本，為深水水下工程裝備的研究和水下閥門生產制造提供了可靠的技術支持。

本發(fā)明的目的是由以下技術方案實現的：

1、一種水下液壓控制球閥的執(zhí)行機構，其特征在于：包括：一液壓控制機構，安裝在液壓控制機構上的彈簧復位機構、水下機器人操作機構；其中，液壓控制機構和彈簧復位機構均是雙冗余布置，液壓控制機構的進油口和彈簧復位機構的腔體出油口各自聯通，兩套機構同時工作；液壓控制機構安裝在一殼體內，殼體固定在齒輪箱的上端，齒輪箱的下端蓋與與閥體連接；

液壓控制機構包括：安裝在球閥上的液壓缸、與液壓缸相連的數套進油管線，其中，液壓缸固定于齒條外殼的一端，液壓缸的液壓桿的前端為齒條，齒條部分與直齒輪嚙合，使液壓缸進出壓力油時，液壓桿帶動直齒輪往復旋轉運動；且該直齒輪固定在閥桿上；

彈簧復位機構包括：復位彈簧、安裝在液壓桿一端的彈簧基座，其中，復位彈簧的外面安裝有彈簧外殼，彈簧外殼與齒輪箱固連在一起，齒輪箱上端蓋上固定有壓力補償器；彈簧外殼端蓋分別與第一壓力補償油管線、第二壓力補償油管線連接；

水下機器人操作機構包括：固連在齒輪箱上端蓋上的傳動桿外殼、設置在傳動桿外殼內的傳動桿、安裝在傳動桿上的小斜齒輪，其中，小斜齒輪與大斜齒輪交錯嚙合后，傳動桿的位置由傳動桿外殼固定，傳動桿上固定有水下機器人接口。

所述齒條的外面套裝有齒條外殼，而齒條外殼與彈簧復位機構固連在一起。

所述進油管線通過連接頭與液壓缸剛性連接，數套液壓缸進油管線的匯聚點處與水下液壓臍帶纜連接。

所述彈簧外殼安裝在齒條外殼上，彈簧外殼固定于齒條外殼的一端，且彈簧外殼的另一端固定在彈簧外殼端蓋上。

所述彈簧基座采用橡膠材料制成。

所述液壓桿的直線行程對應球閥的角行程。

所述傳動桿外殼的一端密封，傳動桿外殼的另一端緊挨著水下機器人接口但不與其固連；通過交錯大斜齒輪將水下機器人接口的運動傳遞到閥桿上，實現水下機器人直接控制球閥的打開和關閉。

本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明由于采用上述技術方案，其結構緊湊，并由液壓控制球閥的打開和關閉，當液壓系統(tǒng)出現故障時，其彈簧復位機構能自動關閉球閥；執(zhí)行機構的液壓缸和彈簧復位機構均采用雙冗余配置，這將大大提高了水下工作的可靠性；其液壓補償系統(tǒng)的設置平衡了彈簧外殼的內外壓力，減小了殼體壁厚和強度要求，從而，使彈簧復位機構的體積變得更為緊湊靈巧；而且，還配備了水下機器人標準操作接口，可由水下機器人獨立操作球閥的打開和關閉，為水下生產的正常運行提供了更多一層保障。

附圖說明

圖1為本發(fā)明整體結構示意圖。

圖2為本發(fā)明隱藏部分外殼體后的整體結構示意圖。

圖3為本發(fā)明整體結構剖視示意圖。

圖中主要標號說明：

1.閥體，2.球閥，3.閥桿，4.大斜齒輪，5.直齒輪，6.液壓桿，7.液壓缸，8.彈簧外殼，9.復位彈簧，10.彈簧外殼端蓋，11.進油管線，12.小斜齒輪，13.傳動桿，14.水下機器人接口，15.過渡連接，16.彈簧基座，17.第一壓力補償油管線，18.第二壓力補償油管線，19.壓力補償器，20.傳動桿外殼，21.齒條外殼，22.齒輪箱上端蓋。

具體實施方式

如圖1—圖3所示，本發(fā)明包括：為球閥2的打開提供液壓動力的液壓控制機構、安裝在液壓控制機構上，并為球閥2的關閉提供動力的彈簧復位機構、用于水下機器人控制球閥2的打開和關閉的水下機器人操作機構；其中，液壓控制機構和彈簧復位機構均是雙冗余布置，液壓控制機構的進油口和彈簧復位機構的腔體出油口各自聯通，兩套機構同時工作；

液壓控制機構包括：安裝在球閥2上的液壓缸7、與液壓缸7相連的數套進油管線11(本實施例為兩套)，其中，液壓缸7通過螺栓固定于齒條外殼21的一端，液壓缸7的液壓桿6的前端為齒條，齒條部分與直齒輪5嚙合，從而，實現液壓缸7進出壓力油時，液壓桿6帶動直齒輪5往復旋轉運動；且直齒輪5固定在閥桿3上，液壓控制機構安裝在一殼體內，殼體固定在齒輪箱的上端，齒輪箱的下端蓋與與閥體1連接。

上述齒條的外面套裝有齒條外殼21，齒條外殼21對液壓桿6在周向上束縛定位，使液壓桿6只能在齒條外殼21內部左右運動，而齒條外殼21與彈簧復位機構固連在一起，上述兩套進油管線11通過連接頭與液壓缸7剛性連接，兩套液壓缸進油管線的匯聚點處與水下液壓臍帶纜連接。

彈簧復位機構包括：復位彈簧9、安裝在液壓桿6一端的彈簧基座16，其中，復位彈簧9的外面安裝有彈簧外殼8，彈簧外殼8通過螺栓固定于齒條外殼21一端，彈簧外殼8的另一端部采用螺栓連接方式固定在彈簧外殼端蓋10上，由于齒條外殼21與齒輪箱上端蓋22是鑄造在一起的，因此，彈簧外殼8也就與齒輪箱固連在一起，彈簧外殼端蓋10上通過連接頭分別與第一壓力補償油管線17、第二壓力補償油管線18連接；齒輪箱上端蓋22上采用螺栓連接方式固定有壓力補償器19。

上述彈簧基座16采用性能良好的橡膠材料制成，其與彈簧外殼8以過盈配合的方式安裝，由于彈簧外殼8的內壁加工的比較光滑，液壓桿6左右移動時，減少了彈簧基座16與彈簧外殼8之間的摩擦力，因此，彈簧基座16既能起到承載來自壓力補償器19的壓力作用，又減小了液壓桿6運動的阻力。使用時，將液壓油通入液壓缸7，液壓桿6移動，液壓桿6帶動直齒輪5運動，直齒輪5帶動閥桿3轉動，從而實現了閥桿3控制球閥2的打開和關閉。

當液壓管線出現故障時，彈簧復位機構自行關閉球閥2，彈簧基座16一側是壓力油，另一側是復位彈簧9，復位彈簧9這一側也通有壓力油，以平衡彈簧基座16兩側壓力，液壓控制機構和彈簧復位機構均是雙冗余布置，兩套機構的液壓缸7的進油口和彈簧外殼8的腔體出油口各自聯通，兩套機構同時工作，以保證整個機構工作的高可靠性。當液壓油由進油管線11通入液壓缸7時，液壓桿6在液壓缸7內移動，復位彈簧9壓縮，與此同時，彈簧基座16這一側的壓力油流回壓力補償器19，壓力補償器19的作用是為平衡彈簧基座16兩側壓力，以使液壓缸7內通入液壓油時，液壓桿6平穩(wěn)的移動。當需要關閉球閥2時，液壓缸7內的液壓油流回水上液壓控制臺，壓力補償器19中的液壓油流進彈簧外殼8的腔體內，這樣復位彈簧9的彈力和壓力補償器19提供的油壓力共同作用于彈簧基座8上，液壓桿6在液壓缸7內往回移動，帶動直齒輪5回轉，從而關閉球閥2。

上述液壓桿6的直線行程對應球閥2的角行程，當球閥2處于完全打開或關閉狀態(tài)，液壓桿6在液壓缸7內剛好處于其直線位移的兩個端點，這也就確保了當液壓桿6處于行程的起點或終點時，球閥2則處于完全打開或關閉狀態(tài)。當液壓系統(tǒng)出現故障時，可由水下機器人通過水下機器人操作接口14直接控制球閥2的打開和關閉。

水下機器人操作機構包括：以焊接方式固連在齒輪箱上端蓋22上的傳動桿外殼20、設置在傳動桿外殼20內的傳動桿13、以齒輪軸的形式鑄造在傳動桿13上的小斜齒輪12，其中，小斜齒輪12與大斜齒輪4交錯嚙合后，傳動桿13的位置由傳動桿外殼20固定，傳動桿13上通過螺栓連接方式固定有水下機器人接口14，傳動桿外殼20的一端密封，傳動桿外殼20的另一端緊挨著水下機器人接口14但不與其固連，傳動桿外殼20對傳動桿13起到位置固定作用。通過交錯大斜齒輪4，可將水下機器人接口14的運動傳遞到閥桿3上，實現水下機器人直接控制球閥2的打開和關閉。

為了便于水下機器人操作接口14的安裝以及整體結構布置更趨于合理勻稱，在閥體1的上端面法蘭處安裝有過渡連接15，二者通過螺栓固定在一起。過渡連接15的兩個端面，一個端面與閥體1通過法蘭形式連接，另一個端面則是齒輪箱的下端蓋。過渡連接15的上端口處由帶有凸臺的端蓋密封，端蓋依然由螺栓固定在過渡連接15上。

以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制，凡是依據本發(fā)明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術方案的范圍內。