具有双向压力动态平衡补偿装置的深海阀门执行机构

       创意无极限，仪表大发明。今天为大家介绍一项国家发明授权专利——一种具有双向压力动态平衡补偿装置的深海阀门执行机构。该专利由中国海洋石油总公司申请，并于2017年4月12日获得授权公告。

内容说明

本发明涉及一种深海阀门执行机构，特别是关于一种具有双向压力动态平衡补偿装置的深海阀门执行机构。

发明背景

我国海洋油气勘探和开发起步较晚，缺乏具有自主知识产权的海洋石油水下装备关键技术和设备，基本依赖进口。随着我国石油勘探开发向海洋的战略转移，对海洋石油装备的需求进一步加大，对国外的技术和装备依赖性更大，所以无论是从国家能源安全方面还是从装备制造业未来发展方面考虑，研制适合我国油气勘探和开发的钻采装备都迫在眉睫。

水下阀门装置技术及设备长期被国外公司垄断，国内缺少此方面的投入和研究，近年来，我国的部分企业已经就海洋石油水下装备专项技术及产品展开了研究，取得了很大的进步；但是国内少有企业或机构对水下阀门装置展开系统、全面的研究。

在深海使用的阀门执行机构，其控压腔室除受操作液压压力外，执行机构整机壳体还要承受外部水深压力；如果执行机构内部的非控压腔室不采取压力平衡补偿，则执行机构内部的非控压腔在控压腔通入工作压力动作时，会因内腔封闭，会产生一定的反作用背压，阻止执行机构动作；同时壳体将承受来自外部水深单侧压力，造成内、外压力不一致，有使壳体压溃的趋势，为了保证壳体安全，就需增加壳体壁厚，造成外形尺寸和重量增大，提高制造成本。

而为了达到压力平衡补偿，简单的把深海阀门执行机构像陆地上的执行机构一样，将内部腔室与外部海水用导流(压)孔联通，将海水直接引入执行机构内部腔室，虽然可以实现内外压力平衡和补偿，但海水会对内部零件产生腐蚀，严重影响产品使用性能和寿命；为了实现执行机构内外压力平衡和容积的有效补偿，提高产品使用性能和寿命，减小外形尺寸和重量，就需对此功能结构进行必要的研究。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种可有效平衡和补偿水下阀门执行机构内外压力和工作容积，使用性能好，使用寿命长的具有双向压力动态平衡补偿装置的深海阀门执行机构。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种具有双向压力动态平衡补偿功能的深海阀门执行机构，其特征在于：它包括执行机构、活塞式压力平衡补偿器和阀门连接部件；所述活塞式压力平衡补偿器位于所述执行机构外侧且与所述执行机构连接，所述执行机构通过所述阀门连接部件与水下阀门连接。
 
所述执行机构包括一执行机构壳体、一液压缸端盖、一活塞杆、一传动轴套、一弹簧座和若干弹簧；所述执行机构壳体底部紧固连接所述液压缸端盖，所述液压缸端盖采用中空凸台结构，该所述凸台结构位于所述执行机构壳体内；所述活塞杆一端部位于所述液压缸端盖中空部内腔内，所述活塞杆另一端穿过所述液压缸端盖顶部位于所述执行机构壳体内，且所述活塞杆另一端与所述传动轴套螺纹连接；所述传动轴套中部设置轴肩，所述传动轴套通过所述轴肩与所述弹簧座紧配合；位于所述弹簧座与所述液压缸端盖之间还设置有所述弹簧；所述执行机构壳体内形成执行机构封闭内腔；在所述液压缸端盖壁面内部设置有两端盖导流孔，每一所述端盖导流孔一端都与所述液压缸端盖中空部连通，每一所述端盖导流孔另一端与所述执行机构外部连通，所述端盖导流孔与外部连通端都通过密封堵塞密封；所述活塞杆端部底面与所述液压缸端盖凸台内端面及内孔壁面之间形成液压缸工作腔，且所述液压缸工作腔与所述端盖导流孔连通；

所述活塞式压力平衡补偿器包括压力平衡器壳体，所述压力平衡器壳体远离所述执行机构的一侧设置有过滤端盖，所述压力平衡器壳体另一侧通过连接管与所述执行机构连接；位于所述压力平衡器壳体内设置有活塞，所述活塞将所述平衡器壳体内部的空间划分为两部分，其中靠近所述执行机构的部分为动态平衡腔，远离所述执行机构的部分为海水补偿腔；在所述连接管内设置有连接导流孔，所述执行机构封闭内腔和所述动态平衡腔通过所述连接导流孔连通；在所述压力平衡器壳体上端还设置有排气孔，所述排气孔与所述动态平衡腔连通。

所述活塞杆采用内部设置有纵向导流孔的倒“T”型主轴；所述活塞杆下端部靠下位置处还设置有一“U”型卡槽，且所述“U”型卡槽上侧设置有横向导流孔，且所述横向导流孔与纵向导流孔相连通。

所述阀门连接部件包括连轴卡套、阀杆和上阀盖；所述连轴卡套位于所述液压缸端盖的中空部，所述连轴卡套的底端与所述活塞杆端部的所述“U”型卡槽连接，所述连轴卡套的另一端螺纹连接所述阀杆的端部,所述上阀盖与所述液压缸端盖螺栓固定连接；所述液压缸端盖的内孔壁、所述上阀盖的内孔壁及孔底端面、所述活塞杆下端面与所述连轴卡套、所述阀杆的外壁围成活塞杆行程腔。

在所述传动轴套上，位于所述轴肩下侧外壁两侧各设置有一传动轴套导流孔。所述端盖导流孔的有效截面积≤所述横向导流孔的有效截面积；所述端盖导流孔的有效截面积≤所述传动轴套导流孔的有效截面积；所述端盖导流孔的有效截面积≤所述纵向导流孔的有效截面积≤所述连接轴导流孔的有效截面积。所述活塞的两侧面分别设置有挡板，所述挡板通过螺钉与所述活塞固定。所述活塞与所述压力平衡器壳体连接处设置有密封件。所述连接轴呈水平“一”字型或垂直“L”字型。所述执行机构壳体和所述液压缸端盖通过螺柱和螺母固定连接。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明由于采用在执行机构的外侧设置有活塞式压力平衡补偿器，通过活塞式压力平衡补偿器中活塞的移动实现执行机构在深海中内外压力的动态平衡，很好地解决深海阀门执行机构内压力在水下施工过程中随水深的增加而增大对执行机构造成的影响，有效地提高了执行机构的使用性能，延长了执行机构的使用寿命。2、本发明由于采用活塞式压力平衡补偿器实现了深海阀门执行机构内外压力的动态平衡，可满足深海阀门执行机构长周期免维护的使用工作要求，降低了深海阀门执行机构的结构设计难度，减小了外形结构尺寸，有效地降低整机重量和生产制造成本。综上所述，本发明可以广泛应用于深海阀门控制领域中。