一种带防松装置的可分步加载的水下设备的制作方法

1.本发明涉及海洋石油天然气钻采装备，具体地，涉及一种带防松装置的可分步加载的水下设备驱动结构。

背景技术：

2.随着陆地油气资源的日渐枯竭，海洋油气的开发步伐逐渐加快，并且由浅海逐步扩展至深海领域。海洋水下油气钻采设备主要包含水下采油树、水下井口、油管/套管悬挂器、集输管汇、隔水管、防喷器及各类液压连接器等，是海洋油气勘探、开发的重要工具。随着水深增加，环境工况变得更加恶劣，设备需要承受多重腐蚀和作用力，且设备操作需要远程复合电液控制方式进行，因而开发成本高、设备失效风险大，要求钻采设备具有高可靠性和稳定性。特别是带有驱动结构的水下设备，如液压连接器、闸阀驱动器等，要求其在锁紧工作状态配备有防松装置，避免设备意外解锁，造成生产事故。在水下设备解锁过程中，要保证防松装置先完成解锁，避免对解锁过程形成阻碍，即设备解锁驱动结构和防松装置之间要建立先后逻辑关系。
3.水下油气钻采设备中常用的驱动结构如闸阀驱动器仅靠液压驱动活塞，靠电磁阀实现压力保持，一旦电磁阀失效，阀门即刻关闭，这种失效安全型结构对于油气生产通道而言是有利的，但如果应用于一般场合，其稳定性问题就会凸显；水下连接器驱动结构也大多采用液压驱动，其防松方式一般采用压力锁闭或是机械自锁型面等，但压力锁闭在长期憋压情况下依然会发生泄压，而机械自锁型面易受表面加工精度和装配精度等因素影响，造成防松失效。

技术实现要素：

4.针对上述问题，本发明的目的是提供一种带防松装置的可分步加载的水下设备驱动结构，用于需要远程液压驱动并状态保持的水下设备，如液压连接器、闸阀驱动器等。
5.为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：
6.一种带防松装置的可分步加载的水下设备，包括：
7.锁块和锁紧体，所述锁块与所述锁紧体适于在锁紧状态和解锁状态间进行切换；
8.驱动液缸，在所述驱动液缸上设置有驱动块和限位杆，所述驱动块能够启动所述锁块以使得所述锁块与所述锁紧体锁紧或解锁；
9.防松装置，在所述防松装置上设置有压紧杆，所述压紧杆能够与所述驱动液缸的限位杆接触以压紧限位杆，或者与所述限位杆分开；
10.注压装置，所述注压装置向所述驱动液缸和所述防松装置提供液压流体；
11.锁紧液路，所述锁紧液路设置在所述注压装置与所述防松装置之间，向所述驱动液缸提供液压流体，以驱动所述锁块与所述锁紧体锁紧；和
12.解锁液路，所述解锁液路包括：
13.解锁主路，所述解锁主路设置在所述注压装置与所述防松装置之间，向所述防松
装置提供液压流体，以推动所述压紧杆与所述限位杆分开；
14.第一解锁支路，所述第一解锁支路设置在所述注压装置与所述驱动液缸之间，来自所述驱动液缸的液压流体经由所述第一解锁支路流回所述注压装置；和
15.第二解锁支路，所述第二解锁支路与所述第一解锁支路并联，所述第二解锁支路设置在所述注压装置与所述驱动液缸之间，在所述第二解锁支路上设置可调压溢流阀。
16.所述驱动液缸能够双向加压，所述驱动液缸内包括活塞，所述限位杆设置在所述活塞的上部，所述驱动块置在所述活塞的下部。
17.所述活塞将所述驱动液缸分成位于所述活塞上部的锁紧液压腔和位于所述活塞下部的解锁液压腔。
18.所述防松装置包括弹簧，所述弹簧能够推动所述压紧杆以与所述限位杆接触。
19.在所述紧杆的端部处设置有棘齿，所述棘齿能够与所述限位杆接触。
20.所述棘齿为单向限位结构，以仅限制所述限位杆的向上移动，而不限制所述限位杆的向下移动。
21.可调压溢流阀是单向止回阀，使得解锁液压腔内的液体回流时无法经由所述第二解锁支路。
22.调节所述可调压溢流阀，对流过所述第二解锁支液的液压形成阻碍，使得液压流体首先流入所述解锁主路。
23.所述第一解锁支路设置在所述注压装置与所述驱动液缸的解锁液压腔之间。
24.所述第二解锁支路设置在所述注压装置与所述驱动液缸的解锁液压腔之间。
25.本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：
26.该水下设备驱动结构液压操作、结构简单，设有液压解锁、弹簧复位的防松装置，可有效保证水下油气设备驱动结构的位置锁定，此外，驱动液缸与防松装置的解锁液路分步加载，进一步提升了该驱动结构的可靠性和操作稳定性。
附图说明
27.通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。在附图中：
28.图1为本发明的驱动结构解锁状态的布局图；
29.图2为本发明的驱动结构锁紧状态的布局图；；
30.图3为本发明的驱动结构中驱动液缸组件详图；
31.图4为本发明的驱动结构中防松装置组件详图。
32.附图中各标记表示如下：
33.1-锁紧体；2-锁块；3-驱动块；4-驱动液缸；5-防松装置；6-限位指示杆；7-锁紧液路；8-防松结构解锁液路；9-阀门ⅰ；10-解锁主液路；11-阀门ⅱ；12-解锁分支液路ⅰ；13-单向阀；14-可调压溢流阀；15-解锁分支液路ⅱ；16-注压装置；
34.4-1-密封ⅰ；4-2-活塞ⅰ；4-3-密封ⅱ；4-4-连接杆；4-5-解锁液压腔；4-6-密封ⅲ；4-7-锁紧液压腔；
35.5-1-防松解锁液压腔；5-2-密封ⅳ；5-3-弹簧腔；5-4-弹簧；5-5-活塞ⅱ；5-6-压紧
杆；5-7-棘齿；5-8-密封
ⅴ
；
36.16-1-供液口ⅰ；16-2-供液口ⅱ。
具体实施方式
37.下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施方式。虽然附图中显示了本发明的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。
38.本发明的结构组成为：一种带防松装置的可分步加载的水下设备驱动结构，包括驱动块3、驱动液缸4、防松装置5、限位指示杆6、注压装置16，单元结构之间设有锁紧液路7、解锁主液路10，液路上还包含阀门ⅰ9、阀门ⅱ11，解锁主液路10上包含三条解锁分支液路，部分分支液路上还设有单向阀13或调压溢流阀14，此外，还包括各类腔体、密封件等。
39.驱动液缸4可双向加压，液缸内包含活塞ⅰ4-2、连接杆4-4，密封ⅰ4-1、密封ⅲ4-6和密封ⅱ4-3将锁紧液压腔4-7、解锁液压腔4-5形成密闭；连接杆4-4底部与驱动块3固定连接，驱动块3与锁块2可接触或脱离，间接实现锁块2与锁紧体1的锁紧或解锁；驱动液缸4顶部连接限位指示杆6，防松装置5固定在限位指示杆6两侧，防松装置5主要由弹簧5-4、活塞ⅱ5-5和压紧杆5-6组成，压紧杆5-6上设置有棘齿5-7，密封ⅳ5-2、密封
ⅴ
5-8将防松解锁液压腔5-1形成密闭；驱动液缸4上的锁紧液压腔4-7与注压装置16上的供液口ⅱ16-2通过锁紧液路7连通，且锁紧液路7上设置有阀门ⅰ9；解锁主液路10上设置有阀门ⅱ11，液路上游与注压装置16上的供液口ⅰ16-1连通，下游分支为防松解锁液路8、解锁支路ⅰ12、解锁支路ⅱ15三条液路，防松解锁液路8与防松装置5上的防松解锁液压腔5-1连通，解锁支路ⅰ12、解锁支路ⅱ15并联，下游与驱动液缸4上的解锁液压腔4-5连通，解锁支路ⅰ12上设有单向阀13，且贯通方向为从下游流向上游，如图2中单向阀13中的箭头所示，解锁支路ⅱ15上设有可调压溢流阀14，且流动方向为从上游流向下游，如图2中可调压溢流阀14中的箭头所示。
40.本发明解决的问题是：本发明的带防松装置的可分步加载的水下设备驱动结构主要用于需要远程液压驱动并状态保持的水下设备，如液压连接器、闸阀驱动器等。驱动结构带有防松装置，且防松装置为弹簧机械锁定、液压解锁型式，可有效防止水下设备因液压失效或外力作用发生意外解锁脱离，造成生产安全事故，满足水下油气设备的高可靠性和稳定性要求。此外，该结构的驱动液缸与防松装置的解锁液路逻辑相关，创新性地采用分步加载形式，即先解锁防松装置，再解锁驱动液缸，避免对防松装置造成破坏，或影响驱动液缸正常解锁。本发明解决了现有水下驱动结构状态保持稳定性差、对加工装配精度要求高等问题，同时，解决了防松装置与驱动液缸同步动作易导致解锁失效或设备损坏的问题。
41.具体地，一种带防松装置的可分步加载的水下设备驱动结构，驱动液缸4底部与驱动块3连接，驱动块3与锁块2可接触或脱离，间接实现锁块2与锁紧体1的锁紧或解锁；驱动液缸4顶部连接限位指示杆6，防松装置5固定在限位指示杆6两侧；驱动液缸4上的锁紧液压腔4-7与注压装置16上的供液口ⅱ16-2通过锁紧液路7连通，且锁紧液路7上设置有阀门ⅰ9；解锁主液路10上设置有阀门ⅱ11，液路上游与注压装置16上的供液口ⅰ16-1连通，下游分支为防松解锁液路8、解锁支路ⅰ12、解锁支路ⅱ15三条液路，防松解锁液路8与防松装置5上的防松解锁液压腔5-1连通，解锁支路ⅰ12、解锁支路ⅱ15并联，下游与驱动液缸4上的解锁液
压腔4-5连通，解锁支路ⅰ12上设有单向阀13，解锁支路ⅱ15上设有可调压溢流阀14。
42.驱动液缸4可双向加压，液缸内包含活塞ⅰ4-2、连接杆4-4，密封ⅰ4-1、密封ⅲ4-6和密封ⅱ4-3将锁紧液压腔4-7、解锁液压腔4-5形成密闭。
43.防松装置5主要由弹簧5-4、活塞ⅱ5-5和压紧杆5-6组成，压紧杆5-6上设置有棘齿5-7，密封ⅳ5-2、密封
ⅴ
5-8将防松解锁液压腔5-1形成密闭。
44.解锁支路ⅰ12上的单向阀13的贯通方向为从下游流向上游，如图2中单向阀13中的箭头所示，解锁支路ⅱ15上的可调压溢流阀14的流动方向从上游流向下游，如图2中可调压溢流阀14中的箭头所示。
45.参照图1～图4，本发明的带防松装置的可分步加载的水下设备驱动结构，包括驱动块3、驱动液缸4、防松装置5、限位指示杆6、注压装置16，单元结构之间设有锁紧液路7、解锁主液路10，液路上还包含阀门ⅰ9、阀门ⅱ11，解锁主液路10上包含三条解锁分支液路(防松解锁液路8、解锁支路ⅰ12、解锁支路ⅱ15)，其中，解锁支路ⅰ12上设有单向阀13，解锁支路ⅱ15上设有调压溢流阀14。此外，还包括各类腔体(解锁液压腔4-5、锁紧液压腔4-7、防松解锁液压腔5-1、弹簧腔5-3)、密封件(密封ⅰ4-1、密封ⅱ4-3、密封ⅲ4-6、密封ⅳ5-2、密封
ⅴ
5-8)等。
46.驱动液缸4可双向加压，液缸内包含活塞ⅰ4-2、连接杆4-4，二者可一起同时移动，密封ⅰ4-1、密封ⅲ4-6和密封ⅱ4-3分别将锁紧液压腔4-7、解锁液压腔4-5形成密闭；连接杆4-4底部与驱动块3固定连接，驱动块3上一般设有斜面，该斜面可与锁块2上的对应斜面接触或脱离，间接实现锁块2与锁紧体1的锁紧或解锁(锁块2与锁紧体1的锁紧型面包括且不仅限于h4、卡箍等形式)；驱动液缸4顶部连接限位指示杆6，防松装置5固定在限位指示杆6两侧，其数量可以2组及以上周向均布，防松装置5主要由弹簧5-4、活塞ⅱ5-5和压紧杆5-6组成，压紧杆5-6上设置有棘齿5-7，活塞ⅱ5-5和压紧杆5-6固定连接，弹簧5-4设置在活塞ⅱ5-5背侧，密封ⅳ5-2、密封
ⅴ
5-8将防松解锁液压腔5-1形成密闭；驱动液缸4上的锁紧液压腔4-7与注压装置16上的供液口ⅱ16-2通过锁紧液路7连通，且锁紧液路7上设置有阀门ⅰ9；解锁主液路10上设置有阀门ⅱ11，液路上游与注压装置16上的供液口ⅰ16-1连通，下游分支为防松解锁液路8、解锁支路ⅰ12、解锁支路ⅱ15三条液路，防松解锁液路8与防松装置5上的防松解锁液压腔5-1连通，解锁支路ⅰ12、解锁支路ⅱ15并联，下游与驱动液缸4上的解锁液压腔4-5连通，解锁支路ⅰ12上设有单向阀13，且贯通方向为从下游流向上游，如图2中单向阀13中的箭头所示，解锁支路ⅱ15上设有可调压溢流阀14，且流动方向从上游流向下游，如图2中可调压溢流阀14中的箭头所示。
47.本发明的工作原理是：当需要将锁块2锁定到锁紧体1上时，该发明的水下设备驱动结构的初始状态如图1所示。在该状态下，驱动液缸4中的活塞ⅰ4-2，防松装置5中的活塞ⅱ5-5均处于解锁状态，即驱动液缸4中解锁液压腔4-5、防松装置5中防松解锁液压腔5-1注有液压，驱动液缸4中的活塞ⅰ4-2处于图1所示的上部位置，防松装置5中的弹簧5-4被向远离中心侧压缩。打开阀门ⅱ11，此时，与防松结构解锁液路8和解锁分支液路ⅰ12分别连通的腔体防松解锁液压腔5-1和解锁液压腔4-5内的液压处于泄放状态，防松解锁液压腔5-1内的液压通过防松结构解锁液路8、解锁主液路10并流经阀门ⅱ11回流至注压装置16上的供液口ⅰ16-1，并最终流回至液压源。活塞ⅱ5-5在弹簧5-4的弹力作用下与压紧杆5-6一同向中心侧移动，并最终与限位指示杆6外径接触(如图2所示)，但由于棘齿5-7为单向限位结构
(如图4所示)，故其仅限制限位指示杆6向上的移动，而不会对限位指示杆6向下的移动形成限位卡阻。打开阀门ⅰ9，并由液压源向注压装置16上的供液口ⅱ16-2注入液压，液压流经阀门ⅰ9并通过锁紧液路7流入锁紧液压腔4-7内，推动活塞ⅰ4-2向图1所示的下部位置移动。此时，解锁液压腔4-5内的液压通过解锁分支液路ⅰ12、解锁主液路10并流经单向阀13、阀门ⅱ11回流至注压装置16上的供液口ⅰ16-1，并最终流回至液压源。由于解锁分支液路ⅱ15上的可调压溢流阀14具有单向止回作用，解锁液压腔4-5内的液体回流时无法经由此路线。随着锁紧液压腔4-7内液压的持续注入，活塞ⅰ4-2带动连接杆4-4向下移动，并推动驱动块3与锁块2接触，将锁块2向锁紧体1中心聚拢，最终实现锁块2与锁紧体1的锁定(如图2所示)。关闭阀门ⅰ9和阀门ⅱ11，使压力状态保持。
48.该发明的水下设备驱动结构的锁紧状态如图2所示。在该状态下，驱动液缸4中的活塞ⅰ4-2，防松装置5中的活塞ⅱ5-5均处于锁定状态，即驱动液缸4中锁紧液压腔4-7注入液压，活塞ⅰ4-2处于图2所示的下部位置，防松装置5中防松解锁液压腔5-1液压已泄放，弹簧5-4处于伸长状态，并将活塞ⅱ5-5推向中心侧，此时压紧杆5-6上的棘齿5-7与限位指示杆6接触并限制限位指示杆6的向上移动，本发明的驱动结构的防松功能得以实现。
49.当需要将锁块2从锁紧体1上解锁时，打开阀门ⅰ9，此时，与锁紧液路7连通的锁紧液压腔4-7内的液压处于泄放状态，锁紧液压腔4-7内的液压通过锁紧液路7并流经阀门ⅰ9回流至注压装置16上的供液口ⅱ16-2，并最终流回至液压源。打开阀门ⅱ11，并由液压源向注压装置16上的供液口ⅰ16-1注入液压，液压流经阀门ⅱ11并通过解锁主液路10分别向防松结构解锁液路8、解锁分支液路ⅰ12、解锁分支液路ⅱ15三条液压支路流入，但由于解锁分支液路ⅰ12上设有单向阀13，且流动趋势与单向阀13流通方向相反，故解锁分支液路ⅰ12无法通过。解锁分支液路ⅱ15上设有可调压溢流阀14，可调压溢流阀14对流过解锁分支液路ⅱ15的液压形成一定阻碍作用，因而，流经解锁主液路10的液压首先流入防松结构解锁液路8，并注入防松解锁液压腔5-1内，随着压力增大，活塞ⅱ5-5被推向远离中心侧，压紧杆5-6也随之一同移动，弹簧5-4被压缩，棘齿5-7与限位指示杆6分离，此时，该驱动结构的防松功能失效，限位指示杆6可自由上下移动，状态如图1所示。防松装置解锁后，流过解锁主液路10的液压继续向防松结构解锁液路8和解锁分支液路ⅱ15注入，当解锁分支液路ⅱ15内的压力超过可调压溢流阀14的设定压力值之后，可调压溢流阀14单向打开，解锁分支液路ⅱ15与驱动液缸4上的解锁液压腔4-5连通，液压注入解锁液压腔4-5并推动活塞ⅰ4-2向上移动，活塞ⅰ4-2带动连接杆4-4、驱动块3同步上移，驱动块3与锁块2脱离，锁块2向背离锁紧体1中心的方向偏移，最终实现锁块2与锁紧体1的解锁，如图1所示。在解锁液压腔4-5加压过程中，可调压溢流阀14上游压力始终大于下游压力，因而解锁分支液路ⅰ12上的单向阀13不会在此过程中自行贯通。此外，可调压溢流阀14可根据实际工况在一定范围内自主调节通过压力值，可有效保证防松装置5完全解锁后，再推动活塞ⅰ4-2移动，解锁驱动液缸4，实现该驱动结构在解锁过程的分步加载和动作，避免如下情况：因防松装置5未解锁而造成驱动液缸4解锁失败；或因活塞ⅰ4-2在防松装置5解锁前便向上移动，造成限位指示杆6和防松装置5损坏。
50.本发明的技术效果是：本发明的水下设备驱动结构解决了现有水下驱动结构状态保持稳定性差、对加工装配精度要求高等问题，同时，解决了防松装置与驱动液缸同步动作易导致解锁失效或设备损坏的问题。该水下设备驱动结构液压操作、结构简单，设有液压解
锁、弹簧复位的防松装置，可有效保证水下油气设备驱动结构的位置锁定，此外，驱动液缸与防松装置的解锁液路分步加载和动作，有效提升了该驱动结构的可靠性和操作稳定性，可满足海洋油气钻采设备的使用需求。
51.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

技术特征：

1.一种带防松装置的可分步加载的水下设备，其特征在于，包括：锁块和锁紧体，所述锁块与所述锁紧体适于在锁紧状态和解锁状态间进行切换；驱动液缸，在所述驱动液缸上设置有驱动块和限位杆，所述驱动块能够启动所述锁块以使得所述锁块与所述锁紧体锁紧或解锁；防松装置，在所述防松装置上设置有压紧杆，所述压紧杆能够与所述驱动液缸的限位杆接触以压紧限位杆，或者与所述限位杆分开；注压装置，所述注压装置向所述驱动液缸和所述防松装置提供液压流体；锁紧液路，所述锁紧液路设置在所述注压装置与所述防松装置之间，向所述驱动液缸提供液压流体，以驱动所述锁块与所述锁紧体锁紧；和解锁液路，所述解锁液路包括：解锁主路，所述解锁主路设置在所述注压装置与所述防松装置之间，向所述防松装置提供液压流体，以推动所述压紧杆与所述限位杆分开；第一解锁支路，所述第一解锁支路设置在所述注压装置与所述驱动液缸之间，来自所述驱动液缸的液压流体经由所述第一解锁支路流回所述注压装置；和第二解锁支路，所述第二解锁支路与所述第一解锁支路并联，所述第二解锁支路设置在所述注压装置与所述驱动液缸之间，在所述第二解锁支路上设置可调压溢流阀。2.根据权利要求1所述的带防松装置的可分步加载的水下设备，其特征在于：所述驱动液缸能够双向加压，所述驱动液缸内包括活塞，所述限位杆设置在所述活塞的上部，所述驱动块置在所述活塞的下部。3.根据权利要求2所述的带防松装置的可分步加载的水下设备，其特征在于：所述活塞将所述驱动液缸分成位于所述活塞上部的锁紧液压腔和位于所述活塞下部的解锁液压腔。4.根据权利要求1所述的带防松装置的可分步加载的水下设备，其特征在于：所述防松装置包括弹簧，所述弹簧能够推动所述压紧杆以与所述限位杆接触。5.根据权利要求4所述的带防松装置的可分步加载的水下设备，其特征在于：在所述紧杆的端部处设置有棘齿，所述棘齿能够与所述限位杆接触。6.根据权利要求5所述的带防松装置的可分步加载的水下设备，其特征在于：所述棘齿为单向限位结构，以仅限制所述限位杆的向上移动，而不限制所述限位杆的向下移动。7.根据权利要求3所述的带防松装置的可分步加载的水下设备，其特征在于：所述可调压溢流阀是单向止回阀，使得解锁液压腔内的液体回流时无法经由所述第二解锁支路。8.根据权利要求7所述的带防松装置的可分步加载的水下设备，其特征在于：调节所述可调压溢流阀，对流过所述第二解锁支液的液压形成阻碍，使得液压流体首先流入所述解锁主路。9.根据权利要求3所述的带防松装置的可分步加载的水下设备，其特征在于：所述第一解锁支路设置在所述注压装置与所述驱动液缸的解锁液压腔之间。10.根据权利要求3所述的带防松装置的可分步加载的水下设备，其特征在于：所述第二解锁支路设置在所述注压装置与所述驱动液缸的解锁液压腔之间。

技术总结

本发明涉及一种带防松装置的可分步加载的水下设备，用于需要远程液压驱动并状态保持的水下设备，可对该类设备的目标工作位置加以锁定，并保证在解锁过程中可分步加载和动作。该水下设备驱动结构包括驱动块、驱动液缸、防松装置、限位指示杆、注压装置，单元结构之间设有锁紧液路、解锁主液路，液路上还包含阀门，解锁主液路上包含三条解锁分支液路，部分分支液路上还设有单向阀或调压溢流阀，此外，还包括各类腔体、密封件等。该水下设备驱动结构液压操作、结构简单，设有液压解锁、弹簧复位的防松装置，可有效保证水下油气设备驱动结构的位置锁定，此外，驱动液缸与防松装置的解锁液路分步加载，进一步提升了该驱动结构的可靠性和操作稳定性。作稳定性。作稳定性。