创意无极限，仪表大发明。今天为大家介绍一项国家发明授权专利——皮囊式双向压力动态平衡补偿装置的深海阀门执行机构。该专利由中国海洋石油总公司申请，并于2017年6月6日获得授权公告。
内容说明
本发明涉及一种深海阀门执行机构，特别是关于一种皮囊式双向压力动态平衡补偿装置的深海阀门执行机构。
发明背景
我国海洋油气勘探和开发起步较晚，缺乏具有自主知识产权的海洋石油水下装备关键技术和设备，基本依赖进口。随着我国石油勘探开发向海洋的战略转移，对海洋石油装备的需求进一步加大，对国外的技术和装备依赖性更大，所以无论是从国家能源安全方面还是从装备制造业未来发展方面考虑，研制适合我国油气勘探和开发的钻采装备都迫在眉睫。
在深海使用的阀门执行机构，其控压腔除受操作液压压力外，阀门执行机构整机壳体还要承受外部水深压力。如果执行机构内部的非控压腔室不采取压力平衡补偿，则执行机构内部的非控压腔室在控压腔通入工作压力动作时，因内腔封闭，会产生一定的反作用背压，阻止执行机构动作；同时壳体将承受来自外部水深单侧压力，造成内、外压力不一致，有使壳体压溃的趋势，为了保证壳体安全，就需增加壳体壁厚，造成外形尺寸和重量增大，提高制造成本。
而为了达到压力平衡补偿，简单的把深海阀门执行机构像陆地上的执行机构一样，将内部腔室与外部海水用导流(压)孔联通，将海水直接引入执行机构的各内部腔室，虽然可以实现内外压力平衡和补偿，但海水会对阀门执行机构的内部零件产生腐蚀，严重影响产品使用性能和寿命。为了实现执行机构内外压力平衡和容积的有效补偿，提高产品使用性能和寿命，减小外形尺寸和重量，就需对此功能结构进行必要的研究。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种结构简单，能够随水深动态平衡阀门执行机构内外压力的皮囊式双向压力动态平衡补偿装置的深海阀门执行机构。
图为本发明工作原理示意图
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种皮囊式双向压力动态平衡补偿装置的深海阀门执行机构，其特征在于：它包括一执行机构、一阀门连接部件和一皮囊式压力平衡补偿器；所述执行机构通过所述阀门连接部件与水下阀门连接；所述皮囊式压力平衡补偿器设置在所述执行机构的外壁上；所述执行机构包括一执行机构壳体、一液压缸端盖、一活塞杆、一传动轴套、一弹簧座和若干弹簧；所述执行机构壳体底部通过螺栓紧固连接所述液压缸端盖，所述液压缸端盖采用中空的凸台结构，该凸台结构位于所述执行机构壳体内；所述活塞杆的一端位于所述液压缸端盖中空内孔腔内，另一端穿过所述液压缸端盖顶部位于所述执行机构壳体内，且所述活塞杆另一端与所述传动轴套螺纹连接；所述传动轴套通过中部设置的轴肩与所述弹簧座紧密配合；位于所述弹簧座与所述液压缸端盖之间还设置有所述弹簧；所述执行机构壳体内形成执行机构封闭内腔；所述皮囊式压力平衡补偿器包括一平衡器壳体、一过滤端盖和一皮囊；所述平衡器壳体上端设置有一排气孔，所述排气孔内设置有排气堵塞；所述平衡器壳体一侧通过内部设置有第一导流孔的导流管道与所述执行机构中的执行机构壳体内腔连接，所述平衡器壳体另一侧通过螺栓紧固连接所述过滤端盖，且所述过滤端盖表面设置有若干第二导流孔；所述皮囊设置在所述平衡器壳体与所述过滤端盖之间，且所述皮囊通过口部设置的两定位密封凸环固定在所述平衡器壳体与所述过滤端盖配合端面下侧设置的两梯形密封定位槽内；所述皮囊与所述平衡器壳体围成动态平衡腔，所述皮囊与所述过滤端盖围成海水补偿腔。
所述活塞杆一端顶部的环形面与所述液压缸端盖中空的孔底端面及中空的孔内壁面之间形成环形液压缸工作腔；所述液压缸端盖壁厚内部设置有两第三导流孔，每一所述第三导流孔一端都与所述液压缸工作腔连通，另一端都与所述执行机构外部连通，且每一所述第三导流孔与外部连通端都通过密封堵塞密封。
所述活塞杆采用内部设置有纵向的第四导流孔的倒“T”型主轴；所述活塞杆一端设置有一“U”型卡槽，且所述“U”型卡槽上侧设置有横向的第五导流孔，并与所述第四导流孔连通；所述传动轴套上，位于所述轴肩下侧设置一第六导流孔。
所述阀门连接部件包括一阀杆、一连轴卡套和一上阀盖；所述阀杆上端螺纹连接所述连轴卡套下端，所述连轴卡套上端与所述执行机构中所述活塞杆下端部的卡槽连接；所述上阀盖紧固连接所述液压缸端盖；所述液压缸端盖的内孔腔、上阀盖的内孔腔及孔底端面、活塞杆一端底面以及所述阀杆之间围成活塞杆行程腔。
所述第三导流孔的有效截面积≤所述第五导流孔的有效截面积；所述第三导流孔的有效截面积≤所述第六导流孔的有效截面积；所述第三导流孔的有效截面积≤所述第四导流孔的有效截面积≤所述第一导流孔的有效截面积。皮囊中设置一层用于增强所述皮囊抗拉强度的衬层。平衡器壳体通过导流管道呈水平“一”字型或垂直“L”字型连接安装在所述执行机构壳体上。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明由于在执行机构外侧设置有皮囊式压力平衡补偿装置，通过其海水补偿腔和动态平衡腔的变化，可实现深海阀门执行机构开、关双向的动态压力平衡和动态容积补偿。2、本发明由于皮囊式压力平衡补偿装置中设置有海水补偿腔和动态平衡腔，随水深增加，海水挤压海水补偿腔使得执行机构中的执行机构内腔产生相同的内压，实现了执行机构内外压力平衡，保证了执行机构壳体安全，无需增加执行机构壳体厚度，减小了其外形尺寸和重量，降低了制造成本。3、本发明由于皮囊式压力平衡补偿装置中设置有皮囊，使得对执行机构进行动态补偿时，海水只在海水补偿腔内，而不会进入执行机构内部对其内部零件产生腐蚀，有效提高了产品使用性能和寿命。本发明结构简单，成本低廉，可以广泛应用于深海阀门控制领域。