CN108086948B - 一种水下阀门操作工具的锁定装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水下阀门操作工具的锁定装置，包括接头与接口适配器，接头用于与线性覆盖工具配合连接，接口适配器用于与水下阀体对接，锁定装置主体。锁定装置主体为中空的圆柱旋转体，接头与接口适配器固定在锁定装置主体的两端。沿锁定装置主体的中心轴CX朝向接头在锁定装置主体外周面上依次设有一档行程开关、二档行程开关与三档行程开关。锁定装置停留在阀门上，可长时间保持阀门开启状态，结构简单可靠，造价低。线性覆盖工具和水下机器人ROV撤走，避免长时间放置水下。需要恢复阀门初始状态时，水下机器人ROV和线性覆盖工具再次下水携带阀门锁定装置一起撤走。

Description

一种水下阀门操作工具的锁定装置

技术领域

本发明涉及一种水下阀门操作工具的锁定装置，和专利号为CN201510730784.8中的旋转移动式线性覆盖工具配合使用，属于水下采油技术领域。因此，全文引用CN201510730784.8。

背景技术

水下采油树是在水下油气井完井之后进行井口控制的一种装置。采油树上设有阀门，用于控制和调节油井的生产，以及日常维护清蜡等工作。水下采油树的位置通常在潜水员无法到达的深水位置，采油树阀门的开启或关闭必须依赖自动化工具来实现。

下面提到的采油树阀门取水下闸阀为例。阀门操作工具与水下机器人ROV固定连接，在水下机器人ROV的辅助定位下，阀门操作工具靠近采油树阀门，位置调整至同轴线，旋转接口适配器实现自锁，推力液压缸推进，实现对阀门的操作。

常见采油树的阀门操作工具，是由工作人员远程操控水下机器人ROV携带下水工作。有的作业任务是需要长时间保持某个阀门的开启状态，那么水下机器人ROV和阀门操作工具则需要长时间停留在采油树阀门上。长时间放置水下增加了阀门操作工具和水下机器人ROV功能失效的风险。

发明内容

针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种水下阀门操作工具的锁定装置。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种水下阀门操作工具的锁定装置，包括接头11与接口适配器13，所述接头11用于与线性覆盖工具200配合连接，所述接口适配器13用于与水下阀体对接，其特征在于，还包括：

锁定装置主体12，所述锁定装置主体12为中空的圆柱旋转体，所述接头11与接口适配器13固定在所述锁定装置主体12的两端；沿所述锁定装置主体12的中心轴CX朝向所述接头11在锁定装置主体12外周面上依次设有第一档行程开关12.1、第二档行程开关12.2与三档行程开关12.3；

推力杆10，锁定装置主体12的空腔内设有，所述推力杆10能够在锁定装置主体12的圆柱体的空腔内旋转和平移；

锁扣8，所述推力杆上套接有锁扣8，所述锁扣8在推力杆10上轴向定位，从而锁扣8只能够绕推力杆的中心轴旋转而不能移动；

所述推力杆10在锁定装置主体12的空腔内沿其轴线向所述接口适配器13移动，套接在推力杆10上的锁扣8随推力杆10进行移动；当锁扣8从第一档行程开关12.1移动至第二档行程开关12.2位置处时，所述锁扣8进行旋转从而固定所述推力杆10的轴向位置；当锁扣8从二档行程开关12.1移动至第三档行程开关12.3位置处时，所述锁扣8进行旋转从而再次固定所述推力杆10的轴向位置。

进一步的，所述第一档行程开关12.1、第二档行程开关12.2与第三档行程开关12.3为设置在锁定装置主体12的外圆壁面的槽，所述槽为绕锁定装置主体12中心线CX的弧形槽。

进一步的，所述锁扣8包括锁扣本体8.1、堵头8.2与抓手8.3，所述锁扣本体8.1能够沿着锁定装置主体12空腔的内壁面移动，所述堵头8.2为从锁扣本体8.1朝向远离中心线CX的方向延伸出的凸块，堵头8.2朝向接头11的一面为止挡面8.21；所述抓手8.3设置在所述堵头的外端面。

进一步的，所述第一档行程开关12.1设置于锁定装置主体12靠近接头11的端部位置，其在中心轴CX方向上延伸的距离等于阀体一级行程；当所述锁扣8位于第一档行程开关12.1内时，不能通过抓手8.3转动所述锁扣8。

进一步的，所述第二档行程开关12.2紧邻所述第一档行程开关12.1，第二档行程开关12.2在中心轴CX方向上延伸的距离等于阀体二级行程，并且第二档行程开关12.2绕中心轴CX的弧长大于第一档行程开关12.1的弧长；当推力杆10带动锁扣8退离第一档行程开关12.1时，通过抓手8.3转动所述锁扣8进入第二档行程开关12.2，此时锁扣8的止挡面8.21紧贴于第二档行程开关12.2的圆弧锁止面。

进一步的，行程开关12.3紧邻所述第二档行程开关12.2，第三档行程开关12.2绕中心轴CX的弧长大于第二档行程开关12.2弧长；当推力杆10带动锁扣8退离第二档行程开关12.1时，通过抓手8.3转动所述锁扣8进入第三档行程开关12.3，此时锁扣8的止挡面8.21紧贴于第三档行程开关12.3的圆弧锁止面。

进一步的，装置主体12安装有接头11的端面上开有同步杆滑动槽15，所述同步杆滑动槽15设置于锁定装置主体12的外壁面上并且与其中心线CX平行。

进一步的，所述同步杆滑动槽15内设置有同步杆9，所述同步杆9包括长杆与垂直于长杆的操作柄9.1，所述长杆完全埋设在所述同步杆滑动槽15，而操作柄9.1伸出于同步杆滑动槽15。

进一步的，在所述接头端面11.2上与所述同步杆滑动槽15相对的位置设有通孔，所述同步杆9的长杆能够穿过通孔，并且通过操作柄9.1能够控制所述同步杆9的长杆从接头端面11.2伸出或者缩进。

进一步的，所述接头11的端部设有法兰固定盘11.1，所述锁定装置通过法兰固定盘11.1与线性覆盖工具200对接；所述接口适配器13的端部设置有匹配端面13.1，所述接口适配器13通过匹配端面13.1与水下阀体对接。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1.以水下闸阀为例，其内部有恢复弹簧，开启阀门是需要一个推力装置去克服弹簧的压缩力，关闭阀门则是由阀门内部的弹簧自动恢复来完成。如果水下作业需要开启阀门并保持开启状态一段时间，现有方案是选用带有液压保压功能的阀门操作工具，其结构复杂，价格昂贵，并且存在液压压力损失的情况。

2.阀门锁定装置，安装在线性覆盖工具前端一起工作。锁定装置停留在阀门上，可长时间保持阀门开启状态，结构简单可靠，造价低。线性覆盖工具和水下机器人ROV撤走，避免长时间放置水下。需要恢复阀门初始状态时，水下机器人ROV和线性覆盖工具再次下水携带阀门锁定装置一起撤走。

附图说明

图1为锁定装置配合线性覆盖工具的正等轴测图

图2为锁定装置配合线性覆盖工具的剖视图

图3为锁定装置的正等轴测图

图4为锁定装置的左视图

图5为图4的B-B向视图

图6为图4的C-C向视图

图7为锁定装置主体12的正等轴测图

图8为锁定装置主体12的正视图

图9为锁定装置主体12的左视图

图10为图8的D-D向视图

图11为图8的E-E向视图

图12为图8的F-F向视图

图中：100、锁定装置，200、接口适配器，3、主油缸，4、活塞杆，5、把手，6、液压马达，7、移动油缸，8、锁扣，8.1、锁扣本体、8.2堵头、8.3抓手、9、同步杆，9.1、操作柄，10、推力杆，11、接头，11.1、法兰固定盘，11.2、接头端面，12、锁定装置主体，12.1、第一档行程开关，12.2、第二挡行程开关，12.21、圆弧锁止面，12.3、第三挡行程开关，12.31、圆弧锁止面，13、接口适配器，13.1、匹配端面，14、两个半圆形型卡箍，15、同步杆滑动槽。

具体实施方式

下面详细讨论实施例的实施和使用。然而，应当理解，所讨论的具体实施例仅仅示范性地说明实施和使用本发明的特定方式，而非限制本发明的范围。在描述时各个部件的结构位置例如上、下、顶部、底部等方向的表述不是绝对的，而是相对的。当各个部件如图中所示布置时，这些方向表述是恰当的，但图中各个部件的位置改变时，这些方向表述也相应改变。

如图1所揭示的为旋转移动式线性覆盖工具200与水下阀门操作工具的锁定装置100的装配状态。锁定装置100连接在旋转移动式线性覆盖工具200的连接端。通过图1可以发现，锁定装置100与阀体连接的一端与旋转移动式线性覆盖工具200的连接端结构类似。

如图2所示，锁定装置100连接在线性覆盖工具200的接口适配器上。线性覆盖工具200具体包括接口适配器2、主油缸3、活塞杆4、把手5，液压马达6与移动油缸7。而关于旋转移动式线性覆盖工具200的具体结构与工作原理，全文引用CN201510730784.8，而在本实施例中不再赘述。

如图3-4所示的为水下阀门操作工具的锁定装置100的立体示意图，由图3可知，锁定装置100包括接头11与接口适配器13，接头11用于与线性覆盖工具200配合连接，接口适配器13用于与水下阀体对接。接头11的端面11.2的中部位置延伸有法兰固定盘11.1，该法兰固定盘11.1用于插入覆盖工具200的接口适配器内，从而完成与覆盖工具200的对接。接头11的端面11.2设有多个螺纹孔，从而接头11通过螺纹固定安装在锁定装置主体12的端部。锁定装置主体12上与接头11相对的一端固定连接有接口适配器13。在锁定装置主体12上靠近接口适配器13的位置同样设置有螺纹孔，接口适配器13通过螺纹孔固定安装。

如图5-6所示，锁定装置100还包括推力杆10、锁扣8与半圆形卡箍14。由图5所示，锁定装置主体12为中空的圆柱旋转体，而推力杆10设置在锁定装置主体12的空腔内。锁定装置主体12、接口适配器13、接头11与推力杆10都为同轴安装，而推力杆10的两端分别套接在接头11与接口适配器13的通孔内。推力杆10的靠中部的位置设置有台阶，而与台阶间隔一段距离设置有环形槽。锁扣8套在推力杆10，并且锁扣8一端抵靠在推力杆10的台阶上。两个半圆形卡箍14卡在推力杆10的环形槽上，并且两个半圆形卡箍14通过螺栓紧固，也就是说，锁扣8的另一端通过半圆形卡箍14定位。通过图5可知，台阶与环形槽间隔的距离就是锁扣8在轴向上的宽度。通过半圆形卡箍14与推力杆10的台阶对锁扣8在推力杆10上进行轴向定位，通过这样的设置，锁扣8只能够绕着推力杆10的中心轴线旋转，而不能沿推力杆10进行轴向的平移。

由图6可知，锁扣8包括锁扣本体8.1、堵头8.2与抓手8.3。锁扣本体8.1能够沿着锁定装置主体12空腔的内壁面移动，堵头8.2为从锁扣本体8.1朝向远离中心线CX的方向延伸出的凸块。堵头8.2朝向接头11的一面为止挡面8.21，抓手8.3设置在堵头的外端面。

图7示出的是锁定装置主体12的具体结构，锁定装置主体12具体包括原始档行程开关12.1、二挡行程开关12.2与三挡行程开关12.3。行程开关12.1,12.2,12.3为设置在锁定装置主体12的外圆壁面的槽，槽为设置在锁定装置主体12的外周面上的，并且绕其中心线CX旋转占据一定弧长的弧形槽。

第一档行程开关12.1设置于锁定装置主体12靠近接头11的端部位置，其在中心轴CX方向上延伸的距离等于阀体一级行程。当锁扣8位于第一档行程开关12.1内时，不能通过抓手8.3转动所述锁扣8。如图5-6所示的为锁扣8位于第一档行程开关12.1内的状态，在此状态下，与锁扣8贴紧的半圆形卡箍14抵靠在接头11的内侧面上。在此状态下，推力杆10完全缩进锁定装置主体12内。

第二档行程开关12.2紧邻第一档行程开关12.1设置，第二档行程开关12.2在中心轴CX方向上延伸的距离等于阀体二级行程，并且第二档行程开关12.2绕中心轴CX的弧长大于第一档行程开关12.1的弧长。当推力杆10带动锁扣8退离第一档行程开关12.1时并且进入第二档行程开关范围时，通过抓手8.3转动锁扣8进入第二档行程开关12.2，此时锁扣8的止挡面8.21紧贴于第二档行程开关12.2的圆弧锁止面12.21。

第三档行程开关12.3紧邻第二档行程开关12.2，第三档行程开关12.2绕中心轴CX的弧长大于第二档行程开关12.2弧长。当推力杆10带动锁扣8退离第二档行程开关12.1时，通过抓手8.3转动锁扣8进入第三档行程开关12.2，此时锁扣8的止挡面8.21紧贴于第三档行程开关12.3的圆弧锁止面12.31。

从上述的描述可以看出，行程开关12.1,12.2,12.3的实际作用是保持推力杆10轴向上的伸出位置。当推力杆10从原始位置被推出，推力杆10的接近接口适配器13的一端伸出匹配端面13.1。随着推力杆10的轴向移动，推力杆10带动锁扣8进入到第二档行程开关12.2的位置，此时通过抓手8.3转动堵头8.1一定角度，以使得锁扣8的堵头8.1转入到第二档行程开关12.2内，并且使得止挡面8.21与第二档行程开关12.2的圆弧锁止面12.21相抵靠，从而将推力杆10锁定于该轴向位置(阀体的第一行程位置)。当推力杆10在进一步伸出时，推力杆10带动锁扣8进入到第三档行程开关12.3的位置，此时转动堵头8.1一定角度以使得锁扣8的堵头8.1转入到第三档行程开关12.3内，并且使得止挡面8.21与第二档行程开关12.3的圆弧锁止面12.31相抵靠，从而将推力杆10锁定于该轴向位置(阀体的第二行程位置)。

如图7-9所示，装置主体12安装接头11的端面上开有同步杆滑动槽15，同步杆滑动槽15设置于锁定装置主体12的外壁面上并且与其中心线CX平行。参见图6，同步杆滑动槽15内设置有同步杆9，所述同步杆9包括长杆与垂直于长杆的操作柄9.1，长杆完全埋设在所述同步杆滑动槽15，而操作柄9.1伸出于同步杆滑动槽15。在接头端面11上与同步杆滑动槽15相对的位置设有通孔，所述同步杆9的长杆能够穿过通孔，并且通过操作柄9.1能够控制所述同步杆9的长杆从接头端面11.2伸出或者缩进。参考图1-2，当旋转移动式线性覆盖工具200与水下阀门操作工具的锁定装置100连接完成后，通过操作柄9.1将同步杆9的长杆向着覆盖工具200移动，并且使得同步杆9的长杆插入覆盖工具200内，从而完成与覆盖工具200的同步设置。通过这样的设置，当覆盖工具200旋转时，通过同步杆9能够保持锁定装置100与覆盖工具200的同步转动。

更多的是，参考图2可得，锁定装置100与覆盖工具200是同轴安装的，也就是说，锁定装置100的推力杆10与覆盖工具200的活塞杆4是同轴安装的。当覆盖工具200注油缸3启动后，活塞杆4能够将推力杆10顶出到阀体的第一行程与第二行程位置。

锁定装置100的工作原理。

线性覆盖工具的接口适配器2和锁定工具的接头11可以旋转配合安装，将L型同步杆9推入接口适配器2内部，此时线性覆盖工具和锁定装置在L型同步杆的固定下连接成一体。

下水前先将线性覆盖工具和锁定装置按照上述的步骤组合为一体,再与水下机器人ROV固定连接，下水靠近采油树，在水下机器人ROV的辅助定位下，线性覆盖工具和锁定装置靠近采油树阀门，并对接至同轴线。移动油缸7推动整个前端，接口适配器13推入阀门，液压马达6旋转，带动接口适配器13旋转完成和阀门的锁紧配合。线性覆盖工具的主油缸3工作，活塞杆4前进，推动推力杆10开启阀门，水下机器人ROV的机械手操作锁扣8的抓手8.3顺时针旋转60度，使得锁扣8的堵头8.1完全进入第二档行程开关12.2，完成一级行程锁定。如果需要二级行程锁定，线性覆盖工具的活塞杆4继续推进到阀体的二档行程，水下机器人ROV的机械手作锁扣8的抓手8.3顺时针旋转120度，使得锁扣8的堵头8.1完全进入第三档行程开关12.3，完成二级行程锁定。

此时，可以撤走阀门操作工具，只保留锁定装置在阀门上，可长时间保持阀门的开启状态。水下机器人ROV机械手操作L型同步杆9，将L型同步杆9退出接口适配器2，主油缸3工作，活塞杆4后退。因为锁扣8的限位，推力杆10位置保持不变，阀门状态保持不变。

液压马达6逆时针旋转45度，带动接口适配器2逆时针旋转。因为阀门内部弹簧巨大的压力(几吨至几十吨)施加在锁定装置推力杆10上，根据力的作用力和反作用力原理，锁定装置的接口适配器13和采油树阀门之间存在巨大的挤压力和摩擦力，所以锁定装置不会100和接口适配器2一起逆时针旋转45度。接口适配器2和锁定装置接头11完成解锁，移动油缸7工作，接口适配器2退出锁定装置接头11，水下机器人ROV携带线性覆盖工具撤离阀门。

如果需要从阀门上取下锁定装置并恢复阀门自然状态。线性覆盖工具与水下机器人ROV固定连接，下水靠近采油树，在水下机器人ROV的辅助定位下，线性覆盖工具和采油树阀门并对接至同轴线。移动油缸7工作，接口适配器2推入锁定装置接头11，液压马达6顺时针旋转45度，接口适配器2和锁定装置接头11完成锁定。水下机器人ROV机械手操作L型同步杆9，将L型同步杆9推入接口适配器2。主油缸3工作，活塞杆4推进至推力杆10位置。水下机器人ROV的机械手操作抓手8.1逆时针旋转至最大限位，主油缸3工作，活塞杆4后退至初始位置。液压马达6带动锁定装置逆时针旋转45度，移动油缸7工作，锁定装置和线性覆盖工具退出阀门，由水下机器人ROV携带撤走。

以上已揭示本发明的技术内容及技术特点，然而可以理解，在本发明的创作思想下，本领域的技术人员可以对上述公开的构思作各种变化和改进，但都属于本发明的保护范围。上述实施方式的描述是例示性的而不是限制性的，本发明的保护范围由权利要求所确定。

Claims (7)

1.一种水下阀门操作工具的锁定装置，包括接头(11)与接口适配器(13)，所述接头(11)用于与线性覆盖工具(200)配合连接，所述接口适配器(13)用于与水下阀体对接，其特征在于，还包括：锁定装置主体(12)，所述锁定装置主体(12)为中空的圆柱旋转体，所述接头(11)与接口适配器(13)固定在所述锁定装置主体(12)的两端；沿所述锁定装置主体(12)的中心轴CX朝向所述接头(11)在锁定装置主体(12)外周面上依次设有第一档行程开关(12.1)、第二档行程开关(12.2)与第三档行程开关(12.3)；推力杆(10)，推力杆(10)装在锁定装置主体(12)的空腔内，所述推力杆(10)能够在锁定装置主体(12)的圆柱体的空腔内旋转和平移；锁扣(8)，所述推力杆上套接有锁扣(8)，所述锁扣(8)在推力杆(10)上轴向定位，从而锁扣(8)只能够绕推力杆(10)的中心轴旋转而不能相对推力杆(10)移动；所述推力杆(10)在锁定装置主体(12)的空腔内沿其轴线向所述接口适配器(13)移动，套接在推力杆(10)上的锁扣(8)随推力杆(10)进行移动；当锁扣(8)从第一档行程开关(12.1)移动至第二档行程开关(12.2)位置处时，所述锁扣(8)进行旋转进入第二档行程开关(12.2)内，从而固定所述推力杆(10)的轴向位置；当锁扣(8)从第二档行程开关(12.2)移动至第三档行程开关(12.3)位置处时，所述锁扣(8)进行旋转进入第三档行程开关(12.3)内，从而再次固定所述推力杆(10)的轴向位置；

所述锁定装置主体(12)安装有接头(11)的端面上开有同步杆滑动槽(15)，所述同步杆滑动槽(15)设置于锁定装置主体(12)的外壁面上并且与其中心线CX平行；

所述同步杆滑动槽(15)内设置有同步杆(9)，所述同步杆(9)包括长杆与垂直于长杆的操作柄(9.1)，所述长杆完全埋设在所述同步杆滑动槽(15)内，而操作柄(9.1)伸出于同步杆滑动槽(15)；

在所述接头(11)的接头端面(11.2)上与所述同步杆滑动槽(15)相对的位置设有通孔，所述同步杆(9)的长杆能够穿过通孔，并且通过操作柄(9.1)能够控制所述同步杆(9)的长杆从所述接头端面(11.2)伸出或者缩进。

2.根据权利要求1所述的一种水下阀门操作工具的锁定装置，其特征在于，所述第一档行程开关(12.1)、第二档行程开关(12.2)与第三档行程开关(12.3)均为设置在锁定装置主体(12)的外圆壁面的槽，所述槽为绕锁定装置主体(12)中心线CX的弧形槽。

3.根据权利要求2所述的一种水下阀门操作工具的锁定装置，其特征在于，所述锁扣(8)包括锁扣本体(8.1)、堵头(8.2)与抓手(8.3)，所述锁扣本体(8.1)能够沿着锁定装置主体(12)空腔的内壁面移动，所述堵头(8.2)为从锁扣本体(8.1)朝向远离中心线CX的方向延伸出的凸块，堵头(8.2)朝向接头(11)的一面为止挡面(8.21)；所述抓手(8.3)设置在所述堵头的外端面。

4.根据权利要求3所述的一种水下阀门操作工具的锁定装置，其特征在于，所述第一档行程开关(12.1)设置于锁定装置主体(12)靠近接头(11)的端部位置，其在中心轴CX方向上延伸的距离等于阀体一级行程；当所述锁扣(8)位于第一档行程开关(12.1)内时，不能通过抓手(8.3)转动所述锁扣(8)。

5.根据权利要求3所述的一种水下阀门操作工具的锁定装置，其特征在于，所述第二档行程开关(12.2)紧邻所述第一档行程开关(12.1)，第二档行程开关(12.2)在中心轴CX方向上延伸的距离等于阀体二级行程，并且第二档行程开关(12.2)绕中心轴CX的弧长大于第一档行程开关(12.1)的弧长；当推力杆(10)带动锁扣(8)退离第一档行程开关(12.1)时，通过抓手(8.3)转动所述锁扣(8)进入第二档行程开关(12.2)，此时锁扣(8)的止挡面(8.21)紧贴于第二档行程开关(12.2)的圆弧锁止面。

6.根据权利要求3所述的一种水下阀门操作工具的锁定装置，其特征在于，所述第三档行程开关(12.3)紧邻所述第二档行程开关(12.2)，第三档行程开关(12.3)绕中心轴CX的弧长大于第二档行程开关(12.2)弧长；当推力杆(10)带动锁扣(8)退离第二档行程开关(12.1)时，通过抓手(8.3)转动所述锁扣(8)进入第三档行程开关(12.3)，此时锁扣(8)的止挡面(8.21)紧贴于第三档行程开关(12.3)的圆弧锁止面。

7.根据权利要求1所述的一种水下阀门操作工具的锁定装置，其特征在于，所述接头(11)的端部设有法兰固定盘(11.1)，所述锁定装置通过法兰固定盘(11.1)与线性覆盖工具(200)对接；所述接口适配器(13)的端部设置有匹配端面(13.1)，所述接口适配器(13)通过匹配端面(13.1)与水下阀体对接。