介紹了一種水下球閥用帶接口的單作用液壓執(zhí)行機構，分析了液壓執(zhí)行機構的工作原理，通過設計計算確定其基本參數，給出了水下球閥用液壓執(zhí)行機構的設計方案。

　　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，水下生產系統(tǒng)已經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)展和對大孔徑、高壓力閥門需求的增加，球閥在深海環(huán)境的應用越來越廣泛。本文介紹一種水下球閥用帶水下機器人( ROV) 接口的單作用液壓執(zhí)行機構。

　　2、工作原理

　　在正常工況下，執(zhí)行機構通過液壓缸驅動閥門關閉，通過復位彈簧開啟閥門。在調試或液壓源故障時，通過ROV 接口驅動。水下球閥執(zhí)行機構由液壓驅動機構、彈簧復位機構、ROV 驅動機構、壓力補償器和位置指示器等( 圖1) 組成。

　　執(zhí)行機構每個腔體設置了壓力補償器。補償器采用金屬膜片盒式結構，金屬膜片一側通海水，另一側連通執(zhí)行機構各個腔體。由于執(zhí)行機構腔體內充滿了介質，當金屬膜片受到海水壓力作用時發(fā)生彈性變形，使得執(zhí)行機構腔體內的壓力與海水壓力相等，從而可以采用更為輕薄的殼體結構，同時也可以簡化密封結構。

圖1 水下球閥執(zhí)行機構

　　為滿足ROV 操作的需求，執(zhí)行機構設置了可視化位置指示器，可通過ROV 的水下攝像機觀察指示機構位置進行相應操作。球閥執(zhí)行機構的位置指示器設置在頂部，直接與輸出軸相連，可顯示輸出軸轉動的角度。

　　水下球閥執(zhí)行機構采用單作用液壓缸，依靠液壓力和彈簧力分別驅動往復動作，以實現(xiàn)開啟/關閉的功能。執(zhí)行機構有兩種工作方式，即液壓操控和ROV 操控。

　　液壓操作閥門開啟時，液壓油通過油管進入執(zhí)行機構的油腔內，推動活塞向左移動，活塞端部連接的傳動桿及齒條隨之運動，齒條通過球閥閥桿上的齒輪轉動閥桿，驅動球閥關閉。在整個活塞左移的過程中，彈簧不斷被壓縮，通過液壓缸左端的限位螺釘限制執(zhí)行機構的最大行程。當閥門需要打開時，卸掉油腔內液壓油壓力，彈簧的彈力克服閥門的開啟力和活塞與缸體內壁的摩擦力，使得活塞向右移動，直到彈簧恢復初始狀態(tài)，閥門完全打開。

　　ROV 操作閥門關閉時，首先ROV 機械臂與水下執(zhí)行機構ROV 接口連接，在ROV 機械臂順時針力矩的作用下，ROV 接頭通過齒輪及軸套驅動螺桿旋轉，在傳動螺母作用下螺桿向左運動，推動齒條向左運動，齒條通過球閥閥桿上的齒輪轉動閥桿，驅動球閥關閉。ROV 操作閥門開啟時，ROV 機械臂逆時針旋轉，螺桿向右運動，在彈簧回復力的作用下齒條帶動閥桿旋轉，實現(xiàn)閥門開啟。

　　4、結語

　　設計中重點對液壓操控端及ROV 操控端進行了計算，確定了主要設計參數并對傳動比以及螺桿強度進行了校核，證明是一種可行的水下球閥用液壓執(zhí)行機構解決方案。