CN119467816B - 一种舰船深海高压阀门压力补偿电动执行机构 - Google Patents

Abstract

一种舰船深海高压阀门压力补偿电动执行机构，包括壳体、电机、输出轴组件、蜗杆组件、补偿组件、多级齿轮组件，多级齿轮组件包括一级小齿轮、四级大齿轮、置于一级小齿轮和四级大齿轮之间的多级双联齿轮组件；垂直设置的输出轴组件位于中部，输出轴组件一侧为水平设置的电机，输出轴组件另一侧为水平设置的蜗杆组件；壳体内腔经轴承安装板分隔为容置腔一、容置腔二，容置腔一包括用于容置电机的电机容置腔，电机容置腔外的容置腔一容置蜗杆组件、输出轴组件，容置腔二中部容置多级双联齿轮组件，伸入多级双联齿轮组件一侧的容置腔二内的电机的输出轴与一级小齿轮连接固定。本发明具有重量轻、体积小、故障低、精度高、响应快、可靠性高的优点。

Description

一种舰船深海高压阀门压力补偿电动执行机构

技术领域

本发明涉及深海高压技术领域，具体是一种舰船深海高压阀门压力补偿电动执行机构。

背景技术

目前用于深海阀门执行机构采用液压驱动方式的执行机构，液压驱动执行机构因需要液压油源系统、管路系统、切换阀系统、压力控制系统、液压监控系统，体积大，需要的安装占用空间大，结构复杂，使用维护困难，因深海为高压环境，液压驱动执行机构需要抵抗压力的成本较大，同时也带来的体积尺寸较大，重量较大，特别是在采用多个深海阀门情况下，所占用深海舰船的空间和重量进一步增加，不符合深海舰船小型化、集成化、轻量化的需求。

深海舰船信息化要求越来越高，需要舰船上设备实时反馈其工作状态，舰船上设备因信息化要求，需统一通信接口，并提高人机界面操作性，目前液压驱动执行机构因深海高压环境电子元器件和传感器使用需要额外占用有限的空间，且因采集多点液压信息，布线成本较高，抗压成本高，不利于集成化、轻量化、小型化、信息化。

深海舰船因使用环境，有常压和高压环境相互变化，也有低温和高温环境相互变化，在常压和高压相互变化过程中因液体具备可压缩性会导致油液容器需要做耐压设计，高低温相互变化会因液体热胀冷缩效应，高温时油液体积膨胀，在固定容积下压力剧增产生高压，低温时油液体积减少，在固定容积下压力剧减产生负压，因此需要油液容器需要做耐压设计和压力补偿设计，增加了液压系统的复杂程度。

深海舰船上空间有限的情况下，维修困难，要求所用设备可靠性高，减少维修的频率，同时具备故障反馈、远程控制等功能，深海舰船涉及人身安全，严格要求设备安全可靠，不危机人身安全，液压驱动执行机构具备的故障检测能力低，压力故障响应慢，远程控制响应慢，不利于舰船安全，同时液压系统需要定期维护，因液压油保质期和橡胶密封件质保期需定期更换液压油和橡胶密封件，根据质保期需每五年更换，更换后需检查液压系统密封性能，维护成本高昂，不利于大面积普及应用深海技术。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的上述不足，而提出一种重量轻、体积小、故障低、精度高、响应快、可靠性高的舰船深海高压阀门压力补偿电动执行机构。

本发明的方案是：

一种舰船深海高压阀门压力补偿电动执行机构，包括壳体、电机、输出轴组件、蜗杆组件、补偿组件、多级齿轮组件，多级齿轮组件包括一级小齿轮、四级大齿轮、置于一级小齿轮和四级大齿轮之间的多级双联齿轮组件；垂直设置的输出轴组件位于中部，输出轴组件一侧为水平设置的电机，输出轴组件另一侧为水平设置的蜗杆组件；

壳体内腔经轴承安装板分隔为容置腔一、容置腔二，容置腔一包括用于容置电机的电机容置腔，电机容置腔外的容置腔一容置蜗杆组件、输出轴组件，容置腔二中部容置多级双联齿轮组件，伸入多级双联齿轮组件一侧的容置腔二内的电机的输出轴与一级小齿轮连接固定，蜗杆组件包括蜗杆，伸入多级双联齿轮组件另一侧的容置腔二内的蜗杆端部固定四级大齿轮，一级小齿轮、多级双联齿轮组件、四级大齿轮依次啮合组成传动组件；

所述输出轴组件包括用于与阀门阀杆连接的输出轴、用于与蜗杆啮合的蜗轮，所述蜗轮固定在输出轴的圆柱面上；

对应容置腔二的壳体上部有加油孔，加油孔处装可拆卸连接有堵帽；对应容置腔二的壳体侧部有皮碗对接口；

对应容置腔一的壳体上部有用于与输出轴对应的上安装孔，输出轴上连接位置传感器，用于定位输出轴上端的轴承盖装于上安装孔处；壳体下部用于安装输出轴下端的下安装孔；

壳体外安装补偿组件，所述补偿组件包括皮碗、罩于皮碗外的皮碗护罩，皮碗一端有碗口，皮碗内腔经碗口、皮碗对接口与容置腔二连通；

轴承盖与壳体之间、输出轴与壳体之间、侧板与壳体之间设置密封件。

所述皮碗护罩表面开有多个通孔，皮碗护罩的外形与皮碗外形相适配；

多级双联齿轮组件包括一级双联齿轮组件、二级双联齿轮组件、三级双联齿轮组件，三级双联齿轮组件经四级大齿轮与蜗杆传动连接；

第四密封圈放置在轴承盖与壳体之间，密封轴承盖与壳体；第五密封圈放置在输出轴与壳体之间，密封输出轴与壳体；第六密封圈放置侧板与壳体之间，密封侧板与壳体，第四密封圈、第五密封圈、第六密封圈组成密封件。

所述蜗轮为扇形蜗轮，轴承盖下端有与扇形蜗轮接触用于输出机械限位的扇形凸台，避免输出轴转动时位置过冲。

使用方法为，将堵帽打开，向壳体及皮碗内部加注液压油，加注液压油过程中，按压皮碗，通过加油孔排出多余空气；在壳体及皮碗内部液压油加注满时，静置液压油，静置结束后，按压皮碗，通过加油孔排出多余空气，排气结束；排气结束后，堵帽安装密封在壳体上；阀门阀杆与输出轴连接；

在需要阀门打开时，驱动电机正向工作，电机的高转速低扭矩动力通过传动组件、蜗轮蜗杆转化为低转速高扭矩的输出扭矩，通过输出轴将扭矩传递到阀门阀杆上，使阀门打开；

在需要阀门关闭时，驱动电机反向工作，电机的高转速低扭矩动力通过传动组件、蜗轮蜗杆转化为低转速高扭矩的输出扭矩，通过输出轴将扭矩传递到阀门阀杆上，使阀门关闭。

还包括安装于壳体上方的控制组件，所述控制组件包括控制壳体、控制盖、控制器，控制器置于控制壳体内，控制盖密封连接于控制壳体上，控制壳体侧面集成第二插座、第三插座、第四插座；控制器分别与第二插座、第三插座、第四插座之间通过导线连接形成供电和信号传递回路；

壳体外侧面有与位置传感器连接的第一插座，电机前端导线穿过壳体经第一插座、线缆组件与控制组件连接形成电机供电控制回路；位置传感器通过第一插座、线缆组件与控制组件连接形成位置信息反馈回路。

使用方法为：首先将堵帽打开，向壳体及皮碗内部加注液压油，加注液压油过程中，按压皮碗，通过加油孔排出多余空气；在壳体及皮碗内部液压油加注满时，静置液压油，静置结束后，按压皮碗，通过加油孔排出多余空气，排气结束；排气结束后，堵帽安装密封在壳体上；然后将控制组件安装在壳体上方，线缆组件连接控制组件和第一插座；阀门阀杆与输出轴连接；

在需要阀门打开时，阀门打开指令通过第三插座传递到控制组件，控制组件驱动电机正向工作，电机的高转速低扭矩动力通过传动组件、蜗轮蜗杆转化为低转速高扭矩的输出扭矩，通过输出轴将扭矩传递到阀门阀杆上，使阀门打开，位置传感器检测输出轴转动位置信息通过位置信息反馈回路传递到控制组件，当控制组件判断输出轴转动位置信息为阀门打开状态时，电机供电控制回路控制电机断电；在外部环境由海面下潜过程中，外部海水压力增加，海水压力传递到皮碗上，内部油液在压力增加过程中体积减小，皮碗向内变形，皮碗内部容积减小，补偿油液变小的体积，使内外压力压差保持较小数值，壳体和密封件相当于低压密封；

在需要阀门关闭时，阀门关闭指令通过第三插座传递到控制组件，控制组件驱动电机反向工作，电机的高转速低扭矩动力通过传动组件、蜗轮蜗杆转化为低转速高扭矩的输出扭矩，通过输出轴将扭矩传递到阀门阀杆上，使阀门关闭，位置传感器检测输出轴转动位置信息通过位置信息反馈回路传递到控制组件，当控制组件判断输出轴转动位置信息为阀门关闭状态时，电机供电控制回路控制电机断电；在外部环境由深海上升海面过程中，外部海水压力减小，海水压力减小变化传递到上，内部油液在压力减小过程中体积增加，皮碗向外变形，皮碗内部容积增加，补偿油液增加的体积，同样使内外压力压差保持较小数值。

一种舰船深海高压阀门压力补偿电动执行机构，包括电机、位置传感器、输出轴组件、蜗杆组件、控制组件、轴承安装板、侧板、第一插座、补偿组件、壳体、轴承盖、一级小齿轮、一级双联齿轮组件、二级双联齿轮组件、三级双联齿轮组件、线缆组件、堵帽，所述电机前端导线通过第一插座、线缆组件与控制组件连接形成电机供电控制回路，电机圆柱形外壳水平放置在壳体右下侧水平圆柱形腔体内，电机前端圆形安装面通过五个螺钉与轴承安装板连接固定，电机前端圆柱形输出轴与一级小齿轮圆柱形内孔通过挡圈连接固定，所述一级小齿轮左侧与一级双联齿轮组件右侧啮合，所述一级双联齿轮组件左侧与二级双联齿轮组件右侧啮合，所述二级双联齿轮组件左侧与三级双联齿轮组件右侧啮合，所述三级双联齿轮组件左侧与蜗杆组件四级大齿轮右侧啮合，所述一级双联齿轮组件、二级双联齿轮组件、三级双联齿轮组件水平放置在轴承安装板与侧板之间，所述蜗杆组件中间蜗杆圆柱面右侧与输出轴组件中间蜗轮圆柱面左侧啮合，所述蜗杆组件水平安装在壳体左侧圆柱腔体，蜗杆组件中间蜗杆端部由轴承安装板定位，所述输出轴组件垂直放置在壳体中间圆柱形腔体和轴承盖之间，所述位置传感器水平放置在输出轴组件和轴承盖之间，位置传感器上端面通过四个螺钉与轴承盖上部有圆形凸台固定连接，位置传感器下端面通过四个螺钉与输出轴组件中输出轴上端面固定连接，位置传感器通过第一插座、线缆组件与控制组件连接形成位置信息反馈回路，所述轴承盖下端圆柱形凸台放置在壳体中间圆柱形腔体通过六个螺钉连接固定，所述侧板后端面通过十个螺钉固定在壳体前端面上，所述补偿组件前端通过四个螺钉固定在壳体左侧中间，所述控制组件底面通过四个螺钉与壳体上端四个圆柱面连接固定，所述轴承安装板后端面通过六个螺钉与壳体前端腰形腔体后端面连接固定，所述第一插座放置在壳体左侧中间通过四个螺钉连接固定，第一插座放置在补偿组件下方，所述线缆组件下端第一插头与第一插座连接固定，线缆组件上端第二插头和控制组件左侧第二插座连接固定，所述堵帽安装在壳体腰形体左侧上端圆柱凸台上；

所述壳体左侧为水平小圆柱体，中间为方形体，右侧为水平大圆柱体，前端为腰形体，左侧圆柱体、中间方形体、右侧圆柱体与前端腰形体连接一体，左侧圆柱体内为水平圆柱腔体，中间方形体内为方形空腔，右侧圆柱体内为水平圆柱腔体，前端腰形体内为腰形腔体，左侧圆柱腔体、中间方形空腔、右侧圆柱腔体和前端腰形腔体连通，中间方形空腔与右侧圆柱腔体隔开不连通，中间方形体垂直方向有圆柱体，垂直圆柱体中间有圆柱通孔，垂直圆柱体四周由六个均匀分布的螺钉孔，圆柱通孔与方向腔体连通，壳体上端有四个圆柱形凸台，圆柱形凸台中间有螺纹孔，前端腰形体外侧均匀分布十个圆柱体，十个圆柱体中间有螺纹孔，前端腰形体左侧有菱形体，菱形体中间有圆柱孔，圆柱孔形成皮碗对接口，圆柱孔与前端腰形腔体连通，前端腰形体左侧菱形体下方有用于固定连接第一插座的小方形体，小方形体前端有圆柱体，小方形体中间有圆柱通孔，小方形体四角有螺纹孔，圆柱通孔与前端腰形腔体连通，左侧圆柱体左侧有小圆柱体，小圆柱体中间有螺纹孔，壳体底部中间有垂直圆柱凸台，圆柱凸台中间有圆形通孔，圆形通孔形成下安装孔，圆形通孔与方形空腔连通，圆柱凸台四周由四个小圆柱凸台，小圆柱凸台中间有螺纹孔，腰形腔体后端有八个不均匀分布的用于连接固定轴承安装板的螺纹孔，腰形腔体后端有方形走线槽，方形走线槽上有用于走位置传感器的线穿线口，腰形体左侧上端有圆柱凸台，圆柱凸台中间有用来安装堵帽的加油孔，加油孔为螺纹孔，加油孔与前端腰形腔体连通，圆柱凸台上端有圆环形密封槽；所述补偿组件包含皮碗、皮碗护罩；

所述轴承盖中部有用于安置位置传感器的安置空间，安置空间下部有用于定位输出轴组件第二轴承的定位槽，轴承盖外圈有一圈安装孔；

所述输出轴组件包括输出轴、蜗轮、第一轴承、第二轴承、螺钉，所述蜗轮通过螺钉固定在输出轴中间圆柱面上，所述第一轴承放置在输出轴下端圆柱面上，所述第二轴承放置在输出轴上端圆柱面上；

所述蜗杆组件包括蜗杆、第三轴承、第四轴承、四级大齿轮、平键、挡圈，所述第三轴承放置在蜗杆尾端圆柱面上，所述第四轴承放置在蜗杆前端圆柱面上，所述四级大齿轮放置在第四轴承前，所述平键放置在四级大齿轮于蜗杆之间，所述挡圈放置在四级大齿轮前端；

所述控制组件包括控制壳体、控制盖、控制器、第二插座、第三插座、第四插座、第一控制密封圈、第二控制密封圈，所述控制器放置在控制壳体腔内通过螺钉连接固定，所述控制盖放置在控制壳体上方通过螺钉连接固定，所述控制器分别与第二插座、第三插座、第四插座之间通过导线连接形成供电和信号传递回路，所述第一控制密封圈放置在控制盖与控制壳体水平接触面之间，所述第二控制密封圈放置在控制盖与控制壳体垂直接触面之间，所述第二插座放置在控制壳体左侧外壁上通过螺钉连接固定，所述第三插座放置在控制壳体左侧外壁上通过螺钉连接固定，第三插座放置在第二插座前方，所述第四插座放置在控制壳体左侧外壁上通过螺钉连接固定，第四插座放置在第三插座前方；

第五密封圈放置在输出轴与壳体之间，密封输出轴与壳体；第六密封圈放置侧板与壳体之间，密封侧板与壳体，第四密封圈、第五密封圈、第六密封圈组成密封件。

所述轴承安装板为腰形板，轴承安装板内表面有圆柱形的第一凸台，第一凸台中间有用于定位电机的圆形凹槽，第一凸台端面有用于固定电机的圆形孔一，圆形凹槽中间有用于穿出电机输出轴的轴孔，轴承安装板内表面还有圆柱形的第三凸台，第三凸台中间有用于定位第四轴承的定位凹槽，定位凹槽中间有用于穿出蜗杆的装配孔，轴承安装板外表面有与装配孔相对应的圆柱形的第二凸台，轴承安装板外表面还有用于定位多级双联齿轮组件一端的定位槽一，侧板内表面有与定位槽一相对应的用于定位多级双联齿轮组件另一端的定位槽二；

第三凸台与第一凸台之间的轴承安装板内表面有用于避让蜗轮的避让槽；

所述侧板为腰形板。

所述皮碗放置在皮碗护罩内腔中，皮碗后端为长方体，长方体内部为长方体空腔，皮碗中段为圆柱体，圆柱体中间为圆形腔体，皮碗前端为菱形体，菱形体中间为圆形孔，皮碗后端长方体空腔与中段圆形腔体和前端圆形孔连通，所述皮碗护罩后端为长方体，皮碗护罩的长方体内部为长方体空腔，皮碗护罩后端的长方体后端开方形孔，皮碗护罩后端的长方体中间均匀分布圆形孔与长方体空腔连通，皮碗护罩中段为圆柱体，圆柱体中间为圆形腔体，皮碗护罩前端为菱形体，菱形体中间为圆形孔，皮碗护罩后端长方体空腔与中段圆形腔体和前端圆形孔连通。

所述轴承盖上部有圆形凸台，圆形凸台下方有凸出圆柱体，凸出圆柱体有一圈安装孔，凸出圆柱体下方有圆柱凸台，下方圆柱凸台中间有用于定位输出轴组件的第二轴承的圆形凹槽，圆形凹槽上方有圆形孔，圆形孔上方有圆柱形凹槽，圆形孔、圆柱形凹槽形成用于安置位置传感器的安置空间，下方圆柱凸台左侧有方形凹槽，方形凹槽有向右倾斜的倾斜圆柱孔，倾斜圆柱孔与上方圆柱形凹槽连通，下方圆柱凸台下方有与蜗轮接触用于输出机械限位的扇形凸台，蜗轮为扇形蜗轮；

所述一级小齿轮前后水平有周向齿形，齿形前后右圆柱凸台，圆柱凸台中间有扁平通孔；

所述一级双联齿轮组件包括一级大齿轮、二级小齿轮、第一轴承一、第二轴承一，所述二级小齿轮放置在一级大齿轮中间侧圆柱面上，第一轴承一放置在一级大齿轮前端圆柱面上，第二轴承一放置在一级大齿轮后端圆柱面上；

所述二级双联齿轮组件包括二级大齿轮、三级小齿轮、第三轴承一、第四轴承一，三级小齿轮放置在二级大齿轮中间侧圆柱面上，第三轴承一放置在二级大齿轮前端圆柱面上，第四轴承一放置在二级大齿轮后端圆柱面上；

所述三级双联齿轮组件包含三级大齿轮、四级小齿轮、第五轴承、第六轴承，四级小齿轮放置在三级大齿轮中间侧圆柱面上，第五轴承放置在三级大齿轮左侧圆柱面上，第六轴承放置在三级大齿轮右侧圆柱面上；

所述线缆组件包含第一插头、第二插头、硫化线缆，第一插头在硫化线缆下方，第一插头呈90°与硫化线缆连接，第二插头在硫化线缆上方，第二插头呈90°与硫化线缆连接，第一插头与第二插头在空间上呈90度交错，第一插头与第二插头通过硫化线缆连通形成回路；

所述堵帽包含堵头、第三密封圈，堵头上端有圆柱体，上端圆柱体中间有六方凹槽，上端圆柱体下方有外螺纹圆柱体，外螺纹圆柱体与上端圆柱体中间有环形凹槽，第三密封圈放置在堵头环形凹槽内。

本发明中电机为动力源将电能转换为机械能，位置传感器提供输出轴转动位置信息，输出轴组件连接外部并传递扭矩，蜗杆组件将水平扭矩转换为垂直扭矩，控制组件根据外部指令和输出位置信息控制电机工作，侧板与轴承安装板共同支撑水平传递齿轮组件，第一插座连接外部电源和通信，补偿组件实现压力补偿功能，壳体、轴承盖安装固定其他零件，一级小齿轮、一级双联齿轮组件、二级双联齿轮组件、三级双联齿轮组件将电机输出动力转化所需输出低转速。

发明人基于油液热胀冷缩特性以及可压缩特性应用，油液所使用温度环境的温差100℃，根据油液膨胀系数计算不同温度下一定量油液的体积变化，根据液体压强公式，一定量液体体积变化在固定容积条件下会导致油液压力的变化，即温度上升会引起体积增加，但容器体积不变，压力会增加，反之亦然。本发明靠压力补偿的皮碗可变形特点消除了容器体积不变的影响，消除了温度变化引起的压力变化。同时本发明适用在深海高压环境中，同理压力变化会引起油液体积的变化，同样通过皮碗变形消除压力的影响，本发明压力补偿设计兼顾了温度和压力变化影响。根据压强公式，相同体积下的液体压力越大，体积越小，在深海高压环境下，壳体外部压力通过皮碗变形将压力传递至壳体内部，皮碗容积变小，油液体积变小，油液压力变大，趋近于外部深海压力，使内外压力基本一致。同理在常压环境下，油液体积通过皮碗恢复原来的体积，油液压力恢复常压，内外压力基本一致。

本发明壳体中垂直设置的输出轴组件位于中部，水平设置的电机及蜗杆组件位于输出轴组件两侧，传动组件置于输出轴、蜗杆组件端部，电机、蜗杆组件沿输出轴组件呈对称布置，通过该布局使壳体呈扁平式结构，使本发明整体结构的重心下沉，从结构上提高本发明抗振动及抗冲击能力。通过传动部件采集阀门位置信息，采用电机驱动传动部件，电机相比较液压系统精度更高，响应速度更快，故障率低，安全性高，经试验验证使用寿命大大延长，能够承受高温、低温、振动、冲击等环境影响的能力，结构简单、紧凑，布置方便，稳定性能好，利于舰船小型化、轻量化、信息化、集成化。传动部件包括传动组件、蜗杆组件、蜗轮。

本发明不设置弹簧，避免依靠弹簧弹力的补偿方式随变化温度稳定性差的问题。本发明提出了一种舰船深海高压阀门压力补偿电动执行机构，体积小，安全系数高，密封成本低，采用压力补偿结构方式平衡了传动部件内部与外界高压环境，使内外压力压差减小，利于传动部件旋转密封，避免了高压旋转密封的极高成本，同时因平衡了内外压力，壳体抗压能力需求降低，并解决了液压的压力补偿和温度补偿，壳体可以进行轻量化和小型化设计，外形尺寸小和重量轻，减小了舰船占用空间和重量。

本发明所用液压量大量减少。与某舰船500Nm阀门液压驱动装置所用液压油10L相比，同样用于500Nm阀门的本发明舰船深海高压阀门压力补偿电动执行机构中液压油为0.9L，0.9L灌满壳体和皮碗，从油量上实现了轻量化。

本发明中活动零件浸泡在油液用，起到充分润滑作用，避免机械磨损，延长了活动零件的使用寿命，提高了可靠性。活动零件包括电机转子、轴承、齿轮、蜗轮蜗杆、输出轴、位置传感器、皮碗、密封圈等。

本发明中壳体和密封件相当于低压密封，密封成本较低，可靠性高。密封件所用数量也大量减少，避免了高昂的维护成本，有利于普及应用。其中密封件仅包括控制组件密封圈、轴承盖密封圈、输出轴密封圈、侧盖密封圈。

附图说明

图1是本发明舰船深海高压阀门压力补偿电动执行机构带制组件5的结构示意图；

图2是本发明舰船深海高压阀门压力补偿电动执行机构无控制组件5的结构示意图；

图3是本发明舰船深海高压阀门压力补偿电动执行机构的局部剖面图之一；

图4是本发明舰船深海高压阀门压力补偿电动执行机构的局部剖面图之二；

图5是输出轴组件示意图；

图6是蜗杆组件示意图；

图7是控制组件示意图；

图8是控制组件的剖视图；

图9是轴承安装板示意图之一；

图10是轴承安装板示意图之二；

图11是侧板示意图之一；

图12是侧板示意图之一；

图13是补偿组件示意图；

图14是皮碗的示意图；

图15是皮碗护罩的示意图；

图16是壳体示意图之一；

图17是壳体示意图之二；

图18是轴承盖示意图；

图19是轴承盖剖视图；

图20是一级双联齿轮组件示意图；

图21是二级双联齿轮组件示意图；

图22是三级双联齿轮组件示意图；

图23是线缆组件示意图；

图24 是堵帽剖视图；

图25 是堵帽的立体图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

图1中，纸内方向为后方，纸外方向为前方，上下左右方向不变。

图1-4中，本发明舰船深海高压阀门压力补偿电动执行机构包括电机1、位置传感器2、输出轴组件3、蜗杆组件4、控制组件5、轴承安装板6、侧板7、第一插座8、补偿组件9、壳体10、轴承盖11、一级小齿轮12、一级双联齿轮组件13、二级双联齿轮组件14、三级双联齿轮组件15、线缆组件16、堵帽17，所述电机前端导线通过第一插座8、线缆组件16与控制组件5连接形成电机供电控制回路。电机前端导线是指电机三相和转子位置传感器引出线，三相线是电机三相绕组的引出线，为电机绕组供电，转子位置传感器引出线是电机转子尾部位置传感器出线，为位置传感器供电和反馈转子位置信号；电机前端导线穿过壳体前端的方形走线槽（10V）。电机1圆柱形外壳水平放置在壳体10右下侧水平圆柱形腔体内，电机1前端圆形安装面通过五个螺钉与轴承安装板6连接固定，电机1前端圆柱形输出轴与一级小齿轮12圆柱形内孔通过挡圈连接固定，所述一级小齿轮12前后水平有周向齿形，齿形前后右圆柱凸台，圆柱凸台中间有扁平通孔；所述一级小齿轮12左侧与一级双联齿轮组件13右侧啮合，所述一级双联齿轮组件13左侧与二级双联齿轮组件14右侧啮合，所述二级双联齿轮组件14左侧与三级双联齿轮组件15右侧啮合，所述三级双联齿轮组件15左侧与蜗杆组件4四级大齿轮4d右侧啮合，所述一级双联齿轮组件13、二级双联齿轮组件14、三级双联齿轮组件15水平放置在轴承安装板6与侧板7之间。蜗杆组件4中间蜗杆圆柱面右侧与输出轴组件3中间蜗轮3b圆柱面左侧啮合，所述蜗杆组件4水平安装在壳体10左侧圆柱腔体，蜗杆组件4中间蜗杆端部由轴承安装板6定位，所述输出轴组件3垂直放置在壳体10中间圆柱形腔体和轴承盖11之间，所述位置传感器2水平放置在输出轴组件3和轴承盖11之间，位置传感器2上端面通过四个螺钉与轴承盖11上部有圆形凸台11a固定连接，位置传感器2下端面通过四个螺钉与输出轴组件3中输出轴3a上端面固定连接，位置传感器2通过第一插座8、线缆组件16与控制组件5连接形成位置信息反馈回路，所述轴承盖11下端圆柱形凸台放置在壳体10中间圆柱形腔体通过六个螺钉连接固定，所述侧板7后端面通过十个螺钉固定在壳体10前端面上，所述补偿组件9前端通过四个螺钉固定在壳体10左侧中间，所述控制组件5底面通过四个螺钉与壳体10上端四个圆柱面连接固定，所述轴承安装板6后端面通过六个螺钉与壳体10前端腰形腔体后端面连接固定，所述第一插座8放置在壳体10左侧中间通过四个螺钉连接固定，第一插座8放置在补偿组件9下方，所述线缆组件16下端第一插头与第一插座8连接固定，线缆组件16上端第二插头16b和控制组件5左侧第二插座5d连接固定，所述堵帽17安装在壳体10腰形体左侧上端圆柱凸台10u上；所述轴承盖11中部有用于安置位置传感器2的安置空间，安置空间下部有用于定位输出轴组件第二轴承3d的定位槽，轴承盖11外圈有一圈安装孔。第四密封圈18放置在轴承盖11与壳体10之间，密封轴承盖11与壳体10；第五密封圈19放置在输出轴3a与壳体10之间，密封输出轴3a与壳体10；第六密封圈20放置侧板7与壳体10之间，密封侧板7与壳体10，第四密封圈18、第五密封圈19、第六密封圈20组成密封件。

图5中，输出轴组件3包括输出轴3a、蜗轮3b、第一轴承3c、第二轴承3d、螺钉3e，所述蜗轮3b通过螺钉3e固定在输出轴3a中间圆柱面上，所述第一轴承3c放置在输出轴3a下端圆柱面上，所述第二轴承3d放置在输出轴3a上端圆柱面上。

图6中，蜗杆组件4包括蜗杆4a、第三轴承4b、第四轴承4c、四级大齿轮4d、平键4e、挡圈4f，所述第三轴承4b放置在蜗杆4a尾端圆柱面上，所述第四轴承4c放置在蜗杆4a前端圆柱面上，所述四级大齿轮4d放置在第四轴承4c前，所述平键4e放置在四级大齿轮4d于蜗杆4a之间，所述挡圈4f放置在四级大齿轮4d前端。

图7、8中，控制组件5包括控制壳体5a、控制盖5b、控制器5c、第二插座5d、第三插座5e、第四插座5f、第一控制密封圈5g、第二控制密封圈5h，所述控制器5c放置在控制壳体5a腔内通过螺钉连接固定，所述控制盖5b放置在控制壳体5a上方通过螺钉连接固定，所述控制器5c分别与第二插座5d、第三插座5e、第四插座5f之间通过导线连接形成供电和信号传递回路，所述第一控制密封圈5g放置在控制盖5b与控制壳体5a水平接触面之间，所述第二控制密封圈5h放置在控制盖5b与控制壳体5a垂直接触面之间，所述控制器5c包含控制板、功率板，所述控制板安装在功率板上，控制板通过排针与功率板连接，所述第二插座5d放置在控制壳体5a左侧外壁上通过螺钉连接固定，所述第三插座5e放置在控制壳体5a左侧外壁上通过螺钉连接固定，第三插座5e放置在第二插座5d前方，所述第四插座5f放置在控制壳体5a左侧外壁上通过螺钉连接固定，第四插座5f放置在第三插座5e前方。控制器由控制板和功率板组成，避免相互干扰，同时采用上下2层结构设计，充分利用空间，减小控制组件体积，小体积控制组件有利于深海高压环境适应性，小体积控制组件在深海高压下变形小，不会因变形导致密封结构失效，保证密封可靠性，密封失效会导致内部控制器损坏，最终导致阀门失效，发生严重事故。

图9、10中，轴承安装板6呈腰形板，左侧前端有圆柱形第一凸台6a，第一凸台6a中间有圆形凹槽6b，第一凸台6a外侧有五个不均匀分布圆形孔一6c，左侧中间有轴孔6e，右侧后端圆柱形第二凸台6d，右侧前端有圆柱形第三凸台6f，第三凸台6f中间有定位凹槽6h，右侧中间有装配孔6g，右侧外侧有四个不均匀分布圆形孔二6j，前端中间有避让槽6k，避让槽为方形凹槽，后端中间有圆柱形第四凸台6q、圆柱形第五凸台6w、圆柱形第六凸台6r，第四凸台6q在第二凸台6d和第五凸台6w之间，第五凸台6w在第六凸台6r左侧，第五凸台6w和第六凸台6r中间连接，第四凸台6q中间有圆形凹槽6t，第五凸台6w中间有圆形凹槽6y，第六凸台6r中间有圆形凹槽6u，中间上下侧有六个圆形孔6p。

图11、12中，侧板7呈腰形板7a，腰形板7a外侧有十个半圆形凸台7b，半圆形凸台7b中间有圆形孔7c，前端中间有腰形凸台7d，后端中间有腰形凹槽7e，腰形凹槽7e中间有三个不均匀水平分布圆柱形凸台7f，三个圆柱形凸台7f中间有圆形凹槽7h。

图13-15中，补偿组件9包含皮碗9a、皮碗护罩9b，通过皮碗变形实现，皮碗方形结构作用是在现有尺寸下尽可能增加皮碗内部容积，尽可能补偿量，皮碗护罩结构保护皮碗避免划伤等外物损坏；皮碗9a放置在皮碗护罩9b长方体空腔，皮碗9a后端为长方体，长方体内部为长方体空腔，皮碗9a中段为圆柱体，圆柱体中间为圆形腔体，皮碗9a前端为菱形体，菱形体中间为圆形孔，皮碗9a后端长方体空腔与中段圆形腔体和前端圆形孔连通，所述皮碗护罩9b后端为长方体，皮碗护罩9b的长方体内部为长方体空腔，皮碗护罩9b后端的长方体后端开方形孔，皮碗护罩9b后端的长方体中间均匀分布圆形孔与长方体空腔连通，皮碗护罩9b中段为圆柱体，圆柱体中间为圆形腔体，皮碗护罩9b前端为菱形体，菱形体中间为圆形孔，皮碗护罩9b后端长方体空腔与中段圆形腔体和前端圆形孔连通。

图16、17中，壳体10左侧为水平小圆柱体10a，中间为方形体10b，右侧为水平大圆柱体10c，前端为腰形体10d，左侧圆柱体10a、中间方形体10b、右侧圆柱体10c与前端腰形体10d连接一体，左侧圆柱体10a内为水平圆柱腔体10e，中间方形体内为方形空腔10f，右侧圆柱体内为水平圆柱腔体10h，前端腰形体内为腰形腔体10g，左侧圆柱腔体10e、中间方形空腔10f、右侧圆柱腔体10h和前端腰形腔体10g连通，中间方形空腔10f与右侧圆柱腔体10h隔开不连通，隔开不连通的目的是保护电机，避免控制或位置传感器故障导致蜗轮转动超出限位撞击电机损坏，中间方形体10b垂直方向有圆柱体10j，垂直圆柱体10j中间有圆柱通孔10k，垂直圆柱体10j四周由六个均匀分布的螺钉孔，圆柱通孔10k与方向腔体10f连通，壳体10上端有四个圆柱形凸台10q，圆柱形凸台10q中间有螺纹孔，前端腰形体10d外侧均匀分布十个圆柱体10w，十个圆柱体10w中间有螺纹孔，前端腰形体10d左侧有菱形体10r，菱形体10r中间有圆柱孔10，圆柱孔10t形成皮碗对接口，圆柱孔10t与前端腰形腔体10g连通，前端腰形体10d左侧菱形体10r下方有用于固定连接第一插座8的小方形体10y，小方形体10y前端有圆柱体10p，小方形体10y中间有圆柱通孔10s，小方形体10y四角有螺纹孔，圆柱通孔10s与前端腰形腔体10g连通，左侧圆柱体10a左侧有小圆柱体10z，小圆柱体10z中间有螺纹孔，壳体10底部中间有垂直圆柱凸台10x，圆柱凸台10x中间有圆形通孔10m，圆形通孔10m形成下安装孔，圆形通孔10m与方形空腔10f连通，圆柱凸台10x四周由四个小圆柱凸台10n，小圆柱凸台10n中间有螺纹孔，腰形腔体10g后端有八个不均匀分布的用于连接固定轴承安装板6的螺纹孔，腰形腔体10g后端有方形走线槽10V，方形走线槽的作用是走电机前端导线和位置传感器的线到第一插座，方形走线槽10V上有用于走位置传感器的线穿线口10i，腰形体10d左侧上端有圆柱凸台10u，圆柱凸台10u中间有用来安装堵帽的加油孔，加油孔为螺纹孔，加油孔与前端腰形腔体10g连通，圆柱凸台10u上端有圆环形密封槽。

图18、19中，轴承盖11上部有圆形凸台11a，圆形凸台11a下方有凸出圆柱体11b，凸出圆柱体11b有一圈安装孔，凸出圆柱体11b下方有圆柱凸台11c，下方圆柱凸台11c中间有用于定位输出轴组件的第二轴承3d的圆形凹槽11d，圆形凹槽11d上方有圆形孔11e，圆形孔11e上方有圆柱形凹槽11f，圆形孔11e、圆柱形凹槽11f形成用于安置位置传感器2的安置空间，下方圆柱凸台11c左侧有方形凹槽11g，方形凹槽有11g向右倾斜的倾斜圆柱孔11h，倾斜圆柱孔11h与上方圆柱形凹槽11f连通，下方圆柱凸台11c下方有与蜗轮接触用于输出机械限位的扇形凸台11j，蜗轮为扇形蜗轮；方形凹槽和倾斜圆柱孔时便于位置传感器穿线；扇形凸台是用于输出机械限位，避免输出轴转动时位置过冲；圆柱形凹槽11f用于安置位置传感器空间；圆形凹槽11d是定位输出轴组件第二轴承3d。

图20中，一级双联齿轮组件13包括一级大齿轮13a、二级小齿轮13b、第一轴承一13c、第二轴承一13d，所述二级小齿轮13b放置在一级大齿轮13a中间侧圆柱面上，第一轴承一13c放置在一级大齿轮13a前端圆柱面上，第二轴承一13d放置在一级大齿轮13a后端圆柱面上。

图21中，二级双联齿轮组件14包括二级大齿轮14a、三级小齿轮14b、第三轴承一14c、第四轴承一14d，三级小齿轮14b放置在二级大齿轮14a中间侧圆柱面上，第三轴承一14c放置在二级大齿轮14a前端圆柱面上，第四轴承一14d放置在二级大齿轮14a后端圆柱面上。

图22中，三级双联齿轮组件15包含三级大齿轮15a、四级小齿轮15b、第五轴承15c、第六轴承15d，四级小齿轮15b放置在三级大齿轮15a中间侧圆柱面上，第五轴承15c放置在三级大齿轮15a左侧圆柱面上，第六轴承15d放置在三级大齿轮15a右侧圆柱面上。

图23中，线缆组件16包含第一插头16a、第二插头16b、硫化线缆16c，第一插头16a在硫化线缆16c下方，第一插头16a呈90°与硫化线缆16c连接，第二插头16b在硫化线缆16c上方，第二插头16b呈90°与硫化线缆16c连接，第一插头16a与第二插头16b在空间上呈90度交错，第一插头16a与第二插头16b通过硫化线缆16c连通形成回路。

图24、25中，堵帽17包含堵头17a、第三密封圈17b，堵头17a上端有圆柱体，上端圆柱体中间有六方凹槽，上端圆柱体下方有外螺纹圆柱体，外螺纹圆柱体与上端圆柱体中间有环形凹槽，第三密封圈17b放置在堵头17a环形凹槽内。

使用方法为：首先将堵帽17打开，向壳体10及皮碗内部加注液压油，液压油可进入轴承安装板6与侧板7之间即容置腔二、电机安装腔体以及电机1内部、壳体内蜗轮蜗杆安装腔体、壳体内输出轴安装位置传感器腔体、皮碗内部。电机前端、后端以及中间有通孔，油液会进入电机内部，通孔考虑了电机内部充分注满油液。油腔注满油，加注油液的油量根据是在壳体及皮碗容积基础上计算的结果；本发明油量0.9±0.2升容量；加注液压油过程中，按压皮碗9a，通过加油孔排出多余空气，按压皮碗是帮助油液排除腔体内空气，并通过按压检查皮碗变形功能是否正常以及皮碗密封性能；在壳体10及皮碗内部液压油加注满时，静置液压油（静置时间为0.5-3天），静置结束后，按压皮碗9a，通过加油孔排出多余空气，排气结束；排气结束后，堵帽17安装密封在壳体10上；然后将控制组件5安装在壳体10上方，线缆组件16连接控制组件5和第一插座8；阀门阀杆与输出轴3a连接。

在需要阀门打开时，阀门打开指令通过第三插座5e传递到控制组件5，控制组件5驱动电机1正向工作，电机1的高转速低扭矩动力通过传动组件、蜗轮蜗杆转化为低转速高扭矩的输出扭矩，通过输出轴3a将扭矩传递到阀门阀杆上，使阀门打开，位置传感器2检测输出轴3a转动位置信息通过位置信息反馈回路传递到控制组件5，当控制组件5判断输出轴3a转动位置信息为阀门打开状态时，电机供电控制回路控制电机断电；在外部环境由海面下潜过程中，外部海水压力增加，海水压力传递到皮碗9a上，内部油液在压力增加过程中体积减小，皮碗9a向内变形，皮碗9a内部容积减小，补偿油液变小的体积，使内外压力压差保持较小数值，壳体和密封件相当于低压密封，密封成本较低，可靠性高。

在需要阀门关闭时，阀门关闭指令通过第三插座5e传递到控制组件5，控制组件5驱动电机1反向工作，电机1的高转速低扭矩动力通过传动组件、蜗轮蜗杆转化为低转速高扭矩的输出扭矩，通过输出轴将扭矩传递到阀门阀杆上，使阀门关闭，位置传感器2检测输出轴3a转动位置信息通过位置信息反馈回路传递到控制组件5，当控制组件5判断输出轴3a转动位置信息为阀门关闭状态时，电机供电控制回路控制电机断电；在外部环境由深海上升海面过程中，外部海水压力减小，海水压力减小变化传递到9a上，内部油液在压力减小过程中体积增加，皮碗9a向外变形，皮碗9a内部容积增加，补偿油液增加的体积，同样使内外压力压差保持较小数值。

以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (6)

1.一种舰船深海高压阀门压力补偿电动执行机构，其特征在于：包括壳体（10）、电机（1）、输出轴组件（3）、蜗杆组件（4）、补偿组件（9）、多级齿轮组件，多级齿轮组件包括一级小齿轮（12）、四级大齿轮（4d）、置于一级小齿轮（12）和四级大齿轮（4d）之间的多级双联齿轮组件；垂直设置的输出轴组件（3）位于中部，输出轴组件（3）一侧为水平设置的电机（1），输出轴组件（3）另一侧为水平设置的蜗杆组件（4）；壳体（10）内腔经轴承安装板（6）分隔为容置腔一、容置腔二，容置腔一包括用于容置电机（1）的电机容置腔，电机容置腔外的容置腔一容置蜗杆组件（4）、输出轴组件（3），容置腔二中部容置多级双联齿轮组件，伸入多级双联齿轮组件一侧的容置腔二内的电机（1）的输出轴与一级小齿轮（12）连接固定，蜗杆组件（4）包括蜗杆（4a），伸入多级双联齿轮组件另一侧的容置腔二内的蜗杆（4a）端部固定四级大齿轮（4d），一级小齿轮（12）、多级双联齿轮组件、四级大齿轮（4d）依次啮合组成传动组件；所述输出轴组件（3）包括用于与阀门阀杆连接的输出轴（3a）、用于与蜗杆（4a）啮合的蜗轮（3b），所述蜗轮（3b）固定在输出轴（3a）的圆柱面上；对应容置腔二的壳体（10）上部有加油孔，加油孔处装可拆卸连接有堵帽（17）；对应容置腔二的壳体（10）侧部有皮碗对接口；对应容置腔一的壳体（10）上部有用于与输出轴（3a）对应的上安装孔，输出轴（3a）上连接位置传感器（2），用于定位输出轴（3a）上端的轴承盖（11）装于上安装孔处；壳体（10）下部用于安装输出轴（3a）下端的下安装孔；壳体（10）外安装补偿组件（9），所述补偿组件（9）包括皮碗（9a）、罩于皮碗（9a）外的皮碗护罩（9b），皮碗（9a）一端有碗口，皮碗（9a）内腔经碗口、皮碗对接口与容置腔二连通；轴承盖（11）与壳体（10）之间、输出轴（3a）与壳体（10）之间、侧板（7）与壳体（10）之间设置密封件。

2.根据权利要求1所述的舰船深海高压阀门压力补偿电动执行机构，其特征在于：所述皮碗护罩（9b）表面开有多个通孔，皮碗护罩（9b）的外形与皮碗外形相适配；

多级双联齿轮组件包括一级双联齿轮组件（13）、二级双联齿轮组件（14）、三级双联齿轮组件（15），三级双联齿轮组件（15）经四级大齿轮（4d）与蜗杆（4a）传动连接；

第四密封圈（18）放置在轴承盖（11）与壳体（10）之间，密封轴承盖（11）与壳体（10）；第五密封圈（19）放置在输出轴（3a）与壳体（10）之间，密封输出轴（3a）与壳体（10）；第六密封圈（20）放置侧板（7）与壳体（10）之间，密封侧板（7）与壳体（10），第四密封圈（18）、第五密封圈（19）、第六密封圈（20）组成密封件。

3.根据权利要求1所述的舰船深海高压阀门压力补偿电动执行机构，其特征在于：所述蜗轮为扇形蜗轮，轴承盖（11）下端有与扇形蜗轮接触用于输出机械限位的扇形凸台。

4.根据权利要求1所述的舰船深海高压阀门压力补偿电动执行机构，其特征在于：还包括安装于壳体（10）上方的控制组件（5），所述控制组件（5）包括控制壳体（5a）、控制盖（5b）、控制器（5c），控制器（5c）置于控制壳体（5a）内，控制盖（5b）密封连接于控制壳体（5a）上，控制壳体（5a）侧面集成第二插座（5d）、第三插座（5e）、第四插座（5f）；控制器（5c）分别与第二插座（5d）、第三插座（5e）、第四插座（5f）之间通过导线连接形成供电和信号传递回路；

壳体（10）外侧面有与位置传感器（2）连接的第一插座（8），电机前端导线穿过壳体（10）经第一插座（8）、线缆组件（16）与控制组件（5）连接形成电机供电控制回路；位置传感器（2）通过第一插座（8）、线缆组件（16）与控制组件（5）连接形成位置信息反馈回路。

5.一种采用如权利要求4所述的舰船深海高压阀门压力补偿电动执行机构的使用方法，其特征在于：将堵帽（17）打开，向壳体（10）及皮碗内部加注液压油，加注液压油过程中，按压皮碗（9a），通过加油孔排出多余空气；在壳体（10）及皮碗内部液压油加注满时，静置液压油，静置结束后，按压皮碗（9a），通过加油孔排出多余空气，排气结束；排气结束后，堵帽（17）安装密封在壳体（10）上；阀门阀杆与输出轴（3a）连接；

在需要阀门打开时，驱动电机（1）正向工作，电机（1）的高转速低扭矩动力通过传动组件、蜗轮蜗杆转化为低转速高扭矩的输出扭矩，通过输出轴（3a）将扭矩传递到阀门阀杆上，使阀门打开；

在需要阀门关闭时，驱动电机（1）反向工作，电机（1）的高转速低扭矩动力通过传动组件、蜗轮蜗杆转化为低转速高扭矩的输出扭矩，通过输出轴将扭矩传递到阀门阀杆上，使阀门关闭。

6.根据权利要求5所述的舰船深海高压阀门压力补偿电动执行机构的使用方法，其特征在于：在需要阀门打开时，阀门打开指令通过第三插座（5e）传递到控制组件（5），控制组件（5）驱动电机（1）正向工作，电机（1）的高转速低扭矩动力通过传动组件、蜗轮蜗杆转化为低转速高扭矩的输出扭矩，通过输出轴（3a）将扭矩传递到阀门阀杆上，使阀门打开，位置传感器（2）检测输出轴（3a）转动位置信息通过位置信息反馈回路传递到控制组件（5），当控制组件（5）判断输出轴（3a）转动位置信息为阀门打开状态时，电机供电控制回路控制电机断电；在外部环境由海面下潜过程中，外部海水压力增加，海水压力传递到皮碗（9a）上，内部油液在压力增加过程中体积减小，皮碗（9a）向内变形，皮碗（9a）内部容积减小，补偿油液变小的体积，使内外压力压差保持较小数值，壳体和密封件相当于低压密封；在需要阀门关闭时，阀门关闭指令通过第三插座（5e）传递到控制组件（5），控制组件（5）驱动电机（1）反向工作，电机（1）的高转速低扭矩动力通过传动组件、蜗轮蜗杆转化为低转速高扭矩的输出扭矩，通过输出轴将扭矩传递到阀门阀杆上，使阀门关闭，位置传感器（2）检测输出轴（3a）转动位置信息通过位置信息反馈回路传递到控制组件（5），当控制组件（5）判断输出轴（3a）转动位置信息为阀门关闭状态时，电机供电控制回路控制电机断电；在外部环境由深海上升海面过程中，外部海水压力减小，海水压力减小变化传递到皮碗（9a）上，内部油液在压力减小过程中体积增加，皮碗（9a）向外变形，皮碗（9a）内部容积增加，补偿油液增加的体积，同样使内外压力压差保持较小数值。