CN113623451B - 一种高压闸阀手自一体执行机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高压闸阀手自一体执行机构，涉及油田井控作业中的控制技术领域，机构主要包括电机、减速机构、扭矩限制器、显示杆机构和手轮离合装置，在正常情况下通过控制电机带动减速机构使闸阀开启与关闭，减速机构及扭矩限制器作为整个机构稳定运行的保障。在正常及紧急情况下，通过手轮离合装置快速切换及控制闸阀的开启与关闭。其中显示杆机构可判断闸阀开关位置。本发明解决了现有闸阀远程自动开关装置中存在的不具备手自一体操作、无法实现手动和自动切换简单快捷且有保障、缺乏过载障碍保护功能及能够配合电机及闸阀的机械电子一体式显示杆机构。

Description

一种高压闸阀手自一体执行机构

技术领域

本发明涉及油田井控作业中的控制技术领域，尤其涉及一种高压闸阀手自一体执行机构。

背景技术

井控即作为石油与天然气勘探开发过程中极为重要的环节，也是石油与天然气安全生产的前提和保障。为现场作业时保持井内压力与地层压力平衡，防止溢流。同时在由于各种原因的所引发的井喷或井涌事故时，能及时的进行抢险。井控作业需用节流压井管汇等装备来关井、压井。压井管汇、节流管汇是用于控制溢流、井喷、紧急情况用于放喷的必要设备。而平板闸阀是压井管汇、节流管汇关键设备之一，在作业中起到开、关、切换流动通道的重要作用。然而，现场在用平板阀以手动为主，就出现了手动平板阀开启力矩大，手动操作异常困难；节流管汇平板闸阀数量多，处理紧急情况时耗时长；易出现误操作情况，严重影响井控安全；无法远程遥控，缺乏应急开关功能等技术问题。通过对平板阀自动化的改进，不仅能有效的解决以上技术问题，提高井控作业的安全性及保障性，还能对推动整个井控作业的全面自动化起到关键性的作用。

目前，平板阀的自动化依旧停留在初步探索阶段，在许多方面依旧存在着很多问题。中国专利申请公开号CN211398627U公开了一种新型油气井平板阀开启装置，该装置包括电动开启装置，该电动开启装置具体有电机、减速箱、控制开关、传动结构、连接套件和辅助手轮，通过电机带动传动结构转动，经过减速箱降速增大力矩，实现传动轴旋转，传动轴采用丝杠带动平板阀阀座上升或下降使阀盖开启或者关闭。该实用新型的整个装置结构、连接方式复杂，导致设计开发调试周期长、成本居高不下，并且手动操作自动操作切换困难，缺乏断电或紧急情况下快速切换手动操作的装置，整个电动闸阀装置缺乏应急能力，导致整个平板阀开启装置的安全性及稳定性得不到有效保障，且便捷性也受到了局限。而在整个电动闸阀的安全性及稳定性的高低是判断整个装置是否利于生产和投入使用的关键性指标之一。

中国专利申请公开号CN210859857U公开了一种高温高压电动闸阀，该实用新型通过安装有控制器,可通过控制器设定的程序指令控制闸阀各个器件的运作,通过安装有气缸,伸缩杆和闸板,可通过气缸带动伸缩杆对闸板的高度进行升降调节，从而实现闸板的开启与关闭。该实用新型的整个装置结构、连接方式复杂，缺乏手动操作的应急装置，且采用气缸，其密封性能无法得到保障，一旦气体泄漏就会造成事故与危害。

中国专利申请公开号CN212338225U公开了一种电动闸阀，该实用新型通过压力传感器、电控箱、报警灯和转动座的相互配合，实现电动闸阀的自主故障检测和应急开关功能，但却缺乏在周围无操作人员时闸阀电机发生过载故障时自停的能力。

中国专利申请公开号CN203770691U公开了一种带显示闸阀开闭状态装置的手动式平板阀，该显示装置安装在阀盖上，增大了滑动套的直径以及阀盖上部的直径，使得整个装置体积变大，相互配合困难，致使成本提高，同时这种显示装置无法与电机驱动相配合，仅适用于手动式平板闸阀，无法适应于闸阀自动化的趋势。

中国专利申请公开号CN201420142545.1公开了一种带显示闸门开闭状态装置的手动式平板阀，该现实装置安装在阀盖上，增大了滑动套的直径以及阀盖上部的直径，使得整个装置体积变大，相互配合困难，致使成本提高，同时这种显示装置无法与电机驱动相配合，仅适用于手动式平板闸阀，无法适应于闸阀自动化的趋势。

综上所述可知，现有技术在结构、连接方式、应急能力、过载故障保护能力及闸阀开关位置显示功能上存在较大的缺陷。因此，有必要发明一种高压闸阀手自一体执行机构，能够手自一体操作，实现手动和自动切换简单快捷且有保障，具备过载故障保护功能以及能够配合电机及闸阀的机械电子一体式显示杆机构，使得管汇平板阀的自动化更加完善。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，本发明提供一种高压闸阀手自一体执行机构，通过在正常情况下，通过控制电机带动减速机构使闸阀开启与关闭，减速机构及扭矩限制器作为整个机构稳定运行的保障。在正常及紧急情况下，通过手轮离合装置快速切换及控制闸阀的开启与关闭。其中显示杆机构可判断闸阀开关位置。解决了现有闸阀远程自动开关装置中存在的不具备手自一体操作、无法实现手动和自动切换简单快捷且有保障、缺乏过载障碍保护功能及能够配合电机及闸阀的机械电子一体式显示杆机构等难题。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种高压闸阀手自一体执行机构，包括电机壳体、定子铁芯、转子、减速机构、显示杆机构、电机端盖、电机后端盖、手轮离合装置和阀连结筒；所述电机壳体采用内六角圆柱头螺钉分别与电机端盖和电机后端盖固定连接；所述定子铁芯与电机壳体固定连接；所述转子与减速机构的输入轴固定连接；所述减速机构为二级行星齿轮减速器，包括输入轴、扭矩限制器、内齿轮B1、中心齿轮A1、行星齿轮C1、转臂1、内齿轮B2、中心齿轮A2、行星齿轮C2、转臂2、输出轴和深沟球轴承；所述中心齿轮A1采用齿轮轴形式与输入轴连接为一体；所述内齿轮B1和内齿轮B2采用紧固螺钉与减速机构壳体固定连接起来；所述行星齿轮C1分别与内齿轮B1和中心齿轮A1啮合；所述行星齿轮C1通过与转臂1配合与中心齿轮A2（207）连接；所述行星齿轮C2分别与内齿轮B2和中心齿轮A2啮合；所述输入轴通过与转臂2配合与输出轴连接；所述深沟球轴承设置于输入轴上，上方与扭矩限制器连接；所述减速机构上设有安装孔1与安装孔2；所述显示杆机构与手轮离合装置分别装于减速机构壳体上的安装孔1与安装孔2中；所述阀连结筒采用六角头螺栓与减速机构底端固定连接；所述扭矩限制器与设置于电机壳体内与转子连接；所述减速机构与电机后端盖连接。

进一步的，所述手轮离合装置有两种设计方式：

方式一：所述手轮离合装置由手轮、液压泵、液压活塞杆、直齿圆锥齿轮2、电磁换向阀、手柄轴和直齿圆锥齿轮1组成，并装配于减速机构的安装孔1上；所述液压活塞杆固定连接于手柄轴与直齿圆锥齿轮2；所述液压泵通过电磁换向阀连接液压活塞杆；所述液压活塞杆推进时，直齿圆锥齿轮2与直齿圆锥齿轮1嵌合。

方式二：所述手轮离合装置由手轮、手轮端盖、手轮离合器机壳、摇杆防尘帽、摇杆、弹簧、把手、全螺纹六角头螺栓、手柄驱动块、换向滑块、圆锥齿轮、换向块支撑和周向固定销组成，并装配于减速机构的安装孔2上；所述手轮与手柄驱动块固定连接，所述换向滑块与换向块支撑滑动连接，所述换向块支撑与摇杆固定连接，所述周向固定销安装于摇杆销孔上。

进一步的，所述电磁换向阀为带应急手柄的两位四通电磁换向阀，断电情况下可快速切换到手动操作。

进一步的，所述显示杆机构由轴用弹性挡圈、显示轴、位移传感器、深沟球轴承6200、轴承座、套筒和带磁环丝杆浮标组成，并装配于减速机构壳体的安装孔1上，轴承座与减速机构通过内六角圆柱头螺钉连接，所述套筒与减速机构安装孔1通过螺纹连接，所述显示轴与套筒通过螺纹连接，所述带磁环丝杆浮标与显示轴通过螺纹连接，所述带磁环丝杆浮标与位移传感器磁环配合监测显示轴的位移数据。

进一步的，所述位移传感器安装于显示杆机构上，与轴承座固定配合，根据显示轴通过位移传感器的运动情况，实时向远程控制端反馈显示轴的位移数据，所述位移传感器为磁制伸缩式位移传感器。

进一步的，所述减速机构壳体中部同一水平位置设有安装孔1与安装孔2，减速机构壳体上设有螺纹孔。

本发明的有益效果：

1）通过手轮离合装置，无论是设计方式一还是方式二，都能实现在通电及断电情况正常工作，并且结构简单、操作便捷，解决了手动和自动操作无法简单快捷的切换，紧急情况下缺乏应急保障能力的问题。

2）通过一种能够配合电机及闸阀的机械电子一体式显示杆机构，实现既能在正常状况下根据位移传感器反馈的数值准确的获取闸阀开关位置，也能够在传感器和电子显示失效或断电的情况下观察显示杆伸缩状态获取闸阀开关的位置。

3）通过减速机构壳体上的两个安装孔，使手轮离合装置和显示杆机构在与整个执行机构的连接上更加的科学且合理，进而整个执行机构的结构更加的简单，大大降低整个执行机构的设计开发周期及成本。

4）通过增加扭矩限制器，能够在周围无操作人员时闸阀电机发生过载故障时自停的能力，解决了缺乏过载故障保护功能的问题。

附图说明

图1为本发明的一种高压闸阀手自一体执行机构整体结构示意图。

图2为本发明的减速器机构结构示意图。

图3为图2减速器机构运动原理图。

图4为本发明的进行手动操作模式下手轮离合装置（方式一）结构简图。

图5为本发明的未进行手动操作模式下手轮离合装置（方式一）结构简图。

图6为本发明的手轮离合装置（方式二）整体结构示意图一。

图7为本发明的手轮离合装置（方式二）去手轮离合器机壳内部结构示意图。

图8为本发明的显示杆机构整体结构示意图。

图9为本发明的两个安装孔分布示意图。

附图标记说明：1-电机壳体，2-定子铁芯，3-转子，4-减速机构，5-扭矩限制器，6-显示杆机构，7-安装孔1，8-安装孔2，9电机端盖，10-电机后端盖，11-阀连结筒，12-内六角圆柱头螺钉，13-六角头螺栓，14-手轮离合装置，201-输入轴，202-内齿轮B1，203-中心齿轮A1，204-行星齿轮C1，205-转臂1，206-内齿轮B2，207-中心齿轮A2，208-行星齿轮C2，209-转臂2，210-输出轴，211-深沟球轴承，212-减速机构壳体，401-直齿圆锥齿轮1，402-直齿圆锥齿轮2，403-液压活塞杆，404-液压泵，405-电磁换向阀，406-手柄轴，407-手轮，501-手轮，502-手轮端盖，503-手轮离合器机壳，504-摇杆防尘帽，505-摇杆，506-弹簧，507-把手，508-全螺纹六角头螺栓，509-手柄驱动块，510-换向滑块，511-圆锥齿轮，512-换向块支撑，513-周向固定销，301-轴用弹性挡圈，302-显示轴，303-磁制位移传感器底座，304-深沟球轴承6200，305-轴承座，306-套筒，307-带磁环丝杆浮标，601-螺纹孔。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。

本实施例中，如图1和图2所示，一种高压闸阀手自一体执行机构，包括电机壳体1、定子铁芯2、转子3、减速机构4、显示杆机构6、电机端盖9、电机后端盖10、手轮离合装置14和阀连结筒11；所述电机壳体1采用内六角圆柱头螺钉12分别与电机端盖9和电机后端盖10固定连接；所述定子铁芯2与电机壳体1固定连接；所述转子3与减速机构4的输入轴201固定连接；所述减速机构4为二级行星齿轮减速器，包括输入轴201、扭矩限制器5、内齿轮B1202、中心齿轮A1203、行星齿轮C1204、转臂1205、内齿轮B2206、中心齿轮A2207、行星齿轮C2208、转臂2209、输出轴210和深沟球轴承211；所述中心齿轮A1203采用齿轮轴形式与输入轴201连接为一体；所述内齿轮B1202和内齿轮B2206采用紧固螺钉与减速机构壳体212固定连接起来；所述行星齿轮C1204分别与内齿轮B1202和中心齿轮A1203啮合；所述行星齿轮C1204通过与转臂1205配合与中心齿轮A2207连接；所述行星齿轮C2208分别与内齿轮B2206和中心齿轮A2207啮合；所述输入轴通过与转臂2209配合与输出轴210连接；所述深沟球轴承211设置于输入轴201上，上方与扭矩限制器5连接；所述减速机构4上设有安装孔17与安装孔28；所述显示杆机构6与手轮离合装置14分别装于减速机构4壳体上的安装孔17与安装孔28中；所述阀连结筒11采用六角头螺栓13与减速机构4底端固定连接；所述扭矩限制器5与设置于电机壳体1内与转子3连接；所述减速机构4与电机后端盖10连接。

其中，带应急手柄的两位四通电磁换向阀可选用油研带应急手柄的电磁换向阀DSG-01-2B2-D24-CA-N1-10手动控制电磁阀。

实施例1：在上述方案中，正常情况下，电机接收到控制信号正常启动，进而带动减速机构4。

如图3所示，中心齿轮A1203采用齿轮轴形式与输入轴201连接为一体，行星齿轮C1204分别与内齿轮B1202和中心齿轮A1203啮合，行星齿轮C1204分别与内齿轮B1202和中心齿轮A1203啮合，行星齿轮C1204通过与转臂1205配合与中心齿轮A2207连接，行星齿轮C2208分别与内齿轮B2206和中心齿轮A2207啮合，输入轴201通过与转臂2209配合与输出轴210连接，当电机正常工作，带动减速机构4运动，这时减速机构4输出轴210产生很大转矩，进而开启或关闭闸阀。

实施例2：如图4所示，手柄轴406与液压活塞杆403固定连结，液压活塞杆403与直齿圆锥齿轮2402固定连接，通过控制带应急手柄的两位四通电磁换向阀405，液压泵404正常工作，当左下进油口与右上出油口连通，左上回油口与右下出油口连通，进而液压活塞杆403运动使直齿圆锥齿轮2402与直齿圆锥齿轮1401啮合，直齿圆锥齿轮1401的转动间接带动闸阀的开启与关闭，从而可在紧急情况下实现人为手动操控手轮407来控制开启或关闭闸阀；如图5所示，当左下进油口与左上出口连通，右上回油口与右下出油口连通，进而液压活塞杆403运动使直齿圆锥齿轮2402脱离与直齿圆锥齿轮401的啮合，从而关闭手轮操作模式。

实施例3：如图4所示，在断电情况下，手柄轴406与液压活塞杆403固定连结，液压活塞杆403与直齿圆锥齿轮2402固定连接，通过人为手动控制带应急手柄的两位四通电磁换向阀405，液压活塞杆403运动使直齿圆锥齿轮2402与直齿圆锥齿轮1401啮合，直齿圆锥齿轮401的转动能间接带动闸阀的开启与关闭，进而可在断电情况下实现人为手动操控手轮406来控制开启或关闭闸阀；如图5所示，通过人为手动控制带应急手柄的两位四通电磁换向阀405，进而液压活塞杆403运动使直齿圆锥齿轮2402脱离与直齿圆锥齿轮401的啮合，从而而关闭手轮操作模式。

实施例4：如图6，图7所示，手轮501与手柄驱动块509固定连接，换向滑块510与换向块支撑512滑动连接，换向块支撑512与摇杆505固定连接，周向固定销513安装于摇杆505销孔上，操作人员通过按压摇杆505，使摇杆505上的换向块支撑512带动换向滑块510与手柄驱动块509配合，此时控制周向固定销513，使换向滑块510与手柄驱动块509固定锁死，使手轮501与圆锥齿轮511连接，圆锥齿轮511的转动能间接带动闸阀的开启与关闭，从而实现人为手动操控手轮501来控制开启或关闭闸阀；当解除周向固定销513，则换向滑块510与手柄驱动块509相互脱离，从而而关闭手轮操作模式。

在上述实施例中，如图8所示，显示杆机构6由轴用弹性挡圈301、显示轴302、位移传感器303、深沟球轴承6200304、轴承座305、套筒306和带磁环丝杆浮标307组成并装配于减速机构壳体212的安装孔17上，轴承座305与减速机构壳体212由内六角圆柱头螺钉12连接，所述套筒306与安装孔17通过螺纹连接，所述显示轴302与套筒306通过螺纹连接，所述带磁环丝杆浮标307与显示轴302通过螺纹连接，所述带磁环丝杆浮标307与磁制位移传感器磁环配合而成；所述位移传感器303安装于显示杆机构6上，与轴承座305固定配合，根据显示轴通过位移传感器303的运动情况，实时向远程控制端反馈显示轴302的位移数据，所述位移传感器303为磁致伸缩式位移传感器。

在上述实施例中，如图1、图9所示，所述减速机构壳体212中部同一水平位置焊接固定安装孔1与安装孔2，所述减速机构壳体212上设有螺纹孔601；显示杆机构6装配于减速机构壳体212的安装孔1上，既能在正常状况下根据位移传感器反馈的数值准确的获取闸阀开关位置，也能够在传感器和电子显示失效或断电的情况下观察显示杆伸缩状态获取闸阀开关的位置。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护的范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (5)

1.一种高压闸阀手自一体执行机构，其特征在于，包括电机壳体（1）、定子铁芯（2）、转子（3）、减速机构（4）、显示杆机构（6）、电机端盖（9）、电机后端盖（10）、手轮离合装置（14）和阀连结筒（11）；所述电机壳体（1）采用内六角圆柱头螺钉（12）分别与电机端盖（9）和电机后端盖（10）固定连接；所述定子铁芯（2）与电机壳体（1）固定连接；所述转子（3）与减速机构（4）的输入轴（201）固定连接；所述减速机构（4）为二级行星齿轮减速器，包括输入轴（201）、扭矩限制器（5）、内齿轮B1（202）、中心齿轮A1（203）、行星齿轮C1（204）、转臂1（205）、内齿轮B2（206）、中心齿轮A2（207）、行星齿轮C2（208）、转臂2（209）、输出轴（210）和深沟球轴承（211）；所述中心齿轮A1（203）采用齿轮轴形式与输入轴（201）连接为一体；所述内齿轮B1（202）和内齿轮B2（206）采用紧固螺钉与减速机构壳体（212）固定连接起来；所述行星齿轮C1（204）分别与内齿轮B1（202）和中心齿轮A1（203）啮合；所述行星齿轮C1（204）通过与转臂1（205）配合与中心齿轮A2（207）连接；所述行星齿轮C2（208）分别与内齿轮B2（206）和中心齿轮A2（207）啮合；所述输入轴通过与转臂2（209）配合与输出轴（210）连接；所述深沟球轴承（211）设置于输入轴（201）上，上方与扭矩限制器（5）连接；所述减速机构（4）上设有安装孔1（7）与安装孔2（8）；所述显示杆机构（6）与手轮离合装置（14）分别装于减速机构（4）壳体上的安装孔1（7）与安装孔2（8）中；所述阀连结筒（11）采用六角头螺栓（13）与减速机构（4）底端固定连接；所述扭矩限制器（5）与设置于电机壳体（1）内与转子（3）连接；所述减速机构（4）与电机后端盖（10）连接；

所述显示杆机构（6）由轴用弹性挡圈（301）、显示轴（302）、位移传感器（303）、深沟球轴承6200（304）、轴承座（305）、套筒（306）和带磁环丝杆浮标（307）组成，并装配于减速机构壳体（212）的安装孔1（7）上，轴承座（305）与减速机构（4）通过内六角圆柱头螺钉（12）连接，所述套筒（306）与减速机构（4）安装孔1（7）通过螺纹连接，所述显示轴（302）与套筒（306）通过螺纹连接，所述带磁环丝杆浮标（307）与显示轴（302）通过螺纹连接，所述带磁环丝杆浮标（307）与位移传感器（303）磁环配合监测显示轴（302）的位移数据；

所述手轮离合装置（14）的第二设计方式为：手轮离合装置（14）由手轮（501）、手轮端盖（502）、手轮离合器机壳（503）、摇杆防尘帽（504）、摇杆（505）、弹簧（506）、把手（507）、全螺纹六角头螺栓（508）、手柄驱动块（509）、换向滑块（510）、圆锥齿轮（511）、换向块支撑（512）和周向固定销（513）组成，并装配于减速机构（4）的安装孔2（8）上；所述手轮（501）与手柄驱动块（509）固定连接，所述换向滑块（510）与换向块支撑（512）滑动连接，所述换向块支撑（512）与摇杆（505）固定连接，所述周向固定销（513）安装于摇杆（505）销孔上。

2.根据权利要求1所述的一种高压闸阀手自一体执行机构，其特征在于，所述手轮离合装置（14）包括两种设计方式；第一设计方式为：手轮离合装置（14）由手轮（407）、液压泵（404）、液压活塞杆（403）、直齿圆锥齿轮2（402）、电磁换向阀（405）、手柄轴（406）和直齿圆锥齿轮1（401）组成，并装配于减速机构（4）的安装孔1（7）上；所述液压活塞杆（403）固定连接于手柄轴（406）与直齿圆锥齿轮2（402）；所述液压泵（404）通过电磁换向阀（405）连接液压活塞杆（403）；所述液压活塞杆（402）推进时，直齿圆锥齿轮2（402）与直齿圆锥齿轮1（401）啮合。

3.根据权利要求2所述的一种高压闸阀手自一体执行机构，其特征在于，所述电磁换向阀（405）为带应急手柄的两位四通电磁换向阀，断电情况下可快速切换到手动操作。

4.根据权利要求3所述的一种高压闸阀手自一体执行机构，其特征在于，所述位移传感器（303）安装于显示杆机构（6）上，与轴承座（305）固定配合，根据显示轴（302）通过位移传感器（303）的运动情况，实时向远程控制端反馈显示轴（302）的位移数据，所述位移传感器（303）为磁制伸缩式位移传感器。

5.根据权利要求1所述的一种高压闸阀手自一体执行机构，其特征在于，所述减速机构壳体（212）中部同一水平位置设有安装孔1（7）与安装孔2（8），减速机构壳体（212）上设有螺纹孔（601）。