一种闸板防喷器液压锁紧装置的制作方法

本实用新型涉及一种石油机械，尤其是一种闸板防喷器液压锁紧装置。

背景技术：

目前，公知的技术有，如：中国发明专利cn108756803a公开了一种液动双闸板防喷器，包括：一体式液压缸、半封闸板、全封闸板、关闭杆、开启杆、进油法兰及盲法兰；半封闸板和全封闸板均设置为扁形，且设置在防喷器本体内部；半封闸板和全密封闸板均与一体式液压缸连接；关闭杆和开启杆固定在防喷器本体上，并分别与进油法兰连通；且关闭杆和开启杆分别与防喷器盖配合，防喷器盖与防喷器本体盖合连接；盲法兰与进油法兰连接。此防喷器采用一体式液压缸、全封闸门和半封闸门的结合，克服了现有防喷器防喷性能差的缺陷，提高了防喷器的防喷和密封性能。

如：中国发明专利cn104790898b公开了一种多用途组合式环形闸板防喷器，包括闸板防喷器、井口阀组件、环空注入装置、井口下法兰、套管短节，所述的闸板防喷器的上端通过法兰与井口阀组件连接，所述闸板防喷器的下端依次从上到下与环空注入装置、井口下法兰、套管短节固定连接，且所述的井口阀组件、闸板防喷器、环空注入装置、井口下法兰、套管短节各自的内腔相导通。降低了井口高度，从而减少了资源的浪费、改善了现场施工环境，同时消除了一定的安全隐患。同时通过泄压、平衡阀组解决了下油管接箍时，阻力大，难以下放，环形胶芯损坏严重的问题。

如：中国实用新型专利cn203626699u公开了一种变径密封的液动闸板防喷器，其包括壳体、液压缸、变径的闸板总成、侧门、侧门螺栓、油口接头，变径密封的液动闸板防喷器还包括密封机构；变径的闸板总成包括变径闸板本体和密封件；密封件包括顶部胶芯、前部变径胶芯，前部变径胶芯包括变径胶体、异型凸轮结构的铁件、垫铁、活动杆、连接杆；前部变径胶芯由多个异型凸轮结构的铁件、四个垫铁、两个活动杆和两个连接杆与橡胶在模具内一次性硫化而成为一件整体；它通过其一组变径的闸板总成就能封闭不同规格尺寸的管柱，从而实现变径密封，而且结构简单、安装方便；从而，极大地提高了工人的劳动生产效率，杜绝产生新的安全隐患。

闸板防喷器是石油钻井及修井作业中涉及安全的重要钻井通道设备。闸板防喷器在液压关闭后，为确保安全，还需要对其进行机械锁紧。防喷器对锁紧装置的要求是锁紧可靠，解锁容易。闸板防喷器目前采用的锁紧方式有手动锁紧和液压锁紧两种方式，手动锁紧简单可靠，但人工劳动强度大，且不太适合海洋钻井平台等空间受限的场合使用，液压锁紧能实现自动锁紧，是较为先进的锁紧方式。目前国内外生产的防喷器液压锁紧装置主要有长楔杆式、螺杆齿盘离合式、楔块式等几种常见形式。

长楔杆式锁紧装置锁紧可靠，但其结构尺寸大，且经常存在锁紧后难以解锁的问题，其锁紧部位容易磨损，使其可靠性降低。螺杆齿盘离合式锁紧装置结构复杂，受机械原理的限制，其锁紧位置是不连续的，锁紧后的刚性较差，离合齿盘存在容易磨损的问题。楔块式锁紧装置通常位于油缸内部，其可靠性受液压油及其它因素的影响较大，液压油的粘度、污染程度、环境温度、零部件的表面粗糙度等，都会对其造成影响，容易出现不能锁紧，锁紧后又难以解锁等问题，此类锁紧装置一般没有外部显示机构，操作者难以了解其工作状态。

技术实现要素：

针对上述技术问题，本实用新型的目的是提供一种闸板防喷器液压锁紧装置。

一种闸板防喷器液压锁紧装置，其特征在于：该锁紧装置由主锁紧机构和同步锁紧机构构成，所述的主锁紧机构包括，活塞组件(1)、楔套(3)、楔块(4)、液锁缸(5)，楔块(4)装配于活塞组件(1)前部的方孔(101)内，楔块(4)的下斜面(401)与楔套(3)的斜面(301)相贴合，楔块(4)随活塞组件(1)轴向运动，使楔块(4)的顶部在液锁缸(5)的滑道内前后移动，在主锁紧机构的前端，设置有由弹簧(9)预紧的锥环(12)与锥盘(11)构成的同步锁紧机构，在液锁缸(5)的端部设有由差动活塞(7)、护帽(6)及缸盖(15)组成的显示机构，可从外部观察到机构的工作状态。

在活塞组件(1)的前部沿圆周均布开设有三个方孔(101)，三件楔块(4)分别装配于方孔(101)内，使三件楔块(4)底部的下斜面(401)分别与楔套(3)上均布的三处斜面(301)接触，在楔套(3)内与斜面(301)交错的位置开设有三个弹簧仓孔(303)，在弹簧仓孔(303)内分别装设有由弹簧压钉(14)和弹簧(9)构成的预紧机构，在楔套(3)的后部依次安装有弹簧垫环(10)、锥盘(11)、锥环(12)以及解锁活塞(13)，弹簧垫环(10)位于弹簧(9)与锥盘(11)之间，锥环(12)装设于锥盘(11)内部，锥环(12)的内孔凸缘(1202)安装于楔套(3)的环状沟槽(304)内，解锁活塞(13)的活塞杆穿套在楔套(3)的楔套孔(302)内，在楔套(3)的端部经螺钉安装有锁紧柱塞(8)，锁紧柱塞(8)的柱塞杆插装在解锁活塞(13)的活塞杆内。

所述活塞组件(1)的左端为一中空筒状结构，由楔套(3)、弹簧压钉(14)、弹簧(9)、弹簧垫环(10)、锥环(12)、锥盘(11)和解锁活塞(13)形成的同步锁紧机构置于活塞组件(1)的中空筒状结构内，活塞组件(1)连同活塞组件(1)中空套筒内的同步锁紧机构置于由缸盖(15)、液锁缸(5)及油缸(2)连接构成的腔体内，所述的缸盖(15)经螺栓与液锁缸(5)连接固定，在油缸(2)的后部设有侧门(16)，液锁缸(5)经长螺栓(17)与侧门(16)锁紧固定，差动活塞(7)安装于护帽(6)与缸盖(15)之间，护帽(6)经螺栓与缸盖(15)连接固定，在护帽(6)圆周方向开设有观察孔(601)，护帽(6)下部开设有大气通槽(602)，所述的大气通槽(602)用于使差动活塞(7)的右侧环形面与大气连通。

所述活塞组件(1)的大径与油缸(2)的内孔配合，在解锁状态下，楔块(4)顶部的斜圆柱面(402)与直圆柱面(403)位于由液锁缸(5)的滑道内，所述的滑道是由直圆柱弧面(501)和斜圆柱弧面(502)组成的；在锁紧状态下，楔块(4)顶部的斜圆柱面(402)与液锁缸(5)孔内沿圆周均布的斜圆柱弧面(502)接触。

上紧弹簧压钉(14)可压缩弹簧(9)产生预紧力，预紧力通过弹簧垫环(10)作用在锥盘(11)与锥环(12)上，使锥盘(11)的内锥孔(1101)与锥环(12)的外锥面(1201)、锥盘(11)的外圆(1102)与活塞组件(1)的内孔(102)保持紧密接触，为保持油路畅通，在楔套(3)的右端开设有三处沿圆周均布的楔套槽口(305)。

为了使锁紧时受力均匀，所述的楔块(4)沿活塞组件(1)圆周阵列分布，为了保证主锁紧机构解锁可靠，楔块(4)与楔套(3)的锁紧角设计为10度，为了保证同步锁紧机构锁紧可靠，锥环(12)与锥盘(11)的锁紧角设计为5度。

为了消除间隙，提高锁紧刚度，锥环(12)与锥盘(11)在锁紧状态时，始终由弹簧(9)压紧，为了便于安装，锥环(12)采用了两半对合结构，为了受力均匀和方便装配，锥盘(11)采用了表链状结构。

所述的楔套(3)与楔块(4)采用了较大的楔角设计。

所述的锥环(12)与锥盘(11)采用较小的楔角设计。

所述的锥环(12)与锥盘(11)在锁紧状态时，始终由弹簧(9)压紧。

本实用新型的有益效果是：1.结构紧凑，设计合理，锁紧及解锁不受液压油状态及其它因素的影响。2.在主锁紧机构锁紧时，同步锁紧机构同步锁紧，使锁紧更为可靠。3.通过护帽的观察孔从外部观察差动活塞的运动状态，从而知晓锁紧装置的工作状态。4.锁紧力由小直径锁紧柱塞提供，可减小部件磨损，解锁力由大直径解锁活塞提供，更容易解锁。

附图说明

图1是本实用新型处于解锁位的剖视结构示意图；

图2是图1的处于锁紧位的剖视结构示意图；

图3是本实用新型的分解结构示意图；

图4是本实用新型活塞组件(1)的立体结构示意图；

图5是图4的半剖结构示意图；

图6是本实用新型油缸(2)的立体结构示意图；

图7是本实用新型楔套(3)的立体结构示意图；

图8是图7的另一面立体结构示意图；

图9是本实用新型楔块(4)的立体结构示意图；

图10是图9的另一面立体结构示意图；

图11是本实用新型液锁缸(5)的立体结构示意图；

图12是本实用新型护帽(6)的立体结构示意图；

图13是本实用新型差动活塞(7)的立体结构示意图；

图14是图13的另一面立体结构示意图；

图15是本实用新型锁紧柱塞(8)的立体结构示意图；

图16是图15的另一面立体结构示意图；

图17是本实用新型弹簧(9)的立体结构示意图；

图18是本实用新型弹簧垫环(10)的立体结构示意图；

图19是本实用新型锥盘(11)的立体结构示意图；

图20是图19的另一面立体结构示意图；

图21是本实用新型锥环(12)的立体结构示意图；

图22是图21的另一面立体结构示意图；

图23是本实用新型解锁活塞(13)的立体结构示意图；

图24是图23的另一面立体结构示意图；

图25是本实用新型弹簧压钉(14)的立体结构示意图；

图26是图25的另一面立体结构示意图；

图27是本实用新型缸盖(15)的立体结构示意图；

图28是图27的另一面立体结构示意图。

图中：活塞组件1、方孔101、内孔102、油道孔103、内孔端面104、油缸2、楔套3、斜面301、套孔302、弹簧仓孔303、环状沟槽304、槽口305、楔块4、下斜面401、斜圆柱面402、直圆柱面403、液锁缸5、直圆柱弧面501、斜圆柱弧面502，液锁缸护帽6、观察孔601、大气通槽602、差动活塞7、右端面701、中心通油孔702、左侧环形面703、锁紧柱塞8、左端面801、弹簧9、弹簧垫环10、锥盘11、内锥孔1101、外圆1102、右端面1103、锥环12、外锥面1201、内孔凸缘1202、解锁活塞13、大头圆柱面1301、小头圆柱面1302、内孔1303、右端面1304、大头左端面1305、弹簧压钉14、缸盖15、侧门16、长螺栓17。

具体实施方式

下面结合附图对发明进行详细说明。

该锁紧装置由主锁紧机构和同步锁紧机构构成，所述的主锁紧机构包括，活塞组件1、楔套3、楔块4、液锁缸5，楔块4装配于活塞组件1前部的方孔101内，楔块4的下斜面401与楔套3的斜面301相贴合，楔套3与楔块4采用了较大的楔角设计，楔块4随活塞组件1轴向运动，使楔块4的顶部在液锁缸5的滑道内前后移动。在主锁紧机构的前端，设置有由弹簧9预紧的锥环12与锥盘11构成的同步锁紧机构，为确保整体机构锁紧可靠，锥环12与锥盘11采用较小的楔角设计。锁紧机构的锁紧动作由小直径锁紧柱塞8完成，可极大的降低部件磨损，提高使用寿命。解锁时由大直径解锁活塞13完成，进一步避免了锁紧后难以解锁的问题。在液锁缸5的端部设有由差动活塞7、护帽6及缸盖15组成的显示机构，可从外部观察到机构的工作状态。

活塞组件1的左端为一中空筒状结构，在中空筒状结构的前部沿圆周均布开设有三个方孔101，三件楔块4分别装配于方孔101内，使三件楔块4底部的下斜面401分别与楔套3上均布的三处斜面301接触。在楔套3内与斜面301交错的位置开设有三个弹簧仓孔303，在弹簧仓孔303内分别装设有由弹簧压钉14和弹簧9构成的预紧机构。在楔套3的后部依次安装有弹簧垫环10、锥盘11、锥环12以及解锁活塞13，弹簧垫环10位于弹簧9与锥盘11之间，锥环12装设于锥盘11内部，锥环12的内孔凸缘1202安装于楔套3的环状沟槽304内，解锁活塞13的活塞杆穿套在楔套3的楔套孔302内，在楔套3的端部经螺钉安装有锁紧柱塞8，锁紧柱塞8的柱塞杆插装在解锁活塞13的活塞杆内。

在活塞组件1的中空筒状结构内放置有由楔套3、弹簧压钉14、弹簧9、弹簧垫环10、锥环12、锥盘11和解锁活塞13形成的同步锁紧机构，活塞组件1连同活塞组件1中空套筒内的同步锁紧机构置于由缸盖15、液锁缸5及油缸2连接构成的腔体内，所述的缸盖15经螺栓与液锁缸5连接固定，在油缸2的后部设有侧门16，液锁缸5经长螺栓17与侧门16锁紧固定，差动活塞7安装于护帽6与缸盖15之间，护帽6经螺栓与缸盖15连接固定，在护帽6圆周方向开设有观察孔601，护帽6下部开设有大气通槽602。

活塞组件1的大径与油缸2的内孔配合，在解锁状态下，楔块4顶部的斜圆柱面402与直圆柱面403位于由液锁缸5的滑道内，所述的滑道是由直圆柱弧面501和斜圆柱弧面502组成的。在锁紧状态下，楔块4顶部的斜圆柱面402与液锁缸5孔内沿圆周均布的斜圆柱弧面502接触。

上紧弹簧压钉14可压缩弹簧9产生预紧力，预紧力通过弹簧垫环10作用在锥盘11与锥环12上，使锥盘11的内锥孔1101与锥环12的外锥面1201、锥盘11的外圆1102与活塞组件1的内孔102保持紧密接触，为保持油路畅通，在楔套3的右端开设有三处沿圆周均布的楔套槽口305。

为了使锁紧时受力均匀，所述的楔块4沿活塞组件1圆周阵列分布。为了保证主锁紧机构解锁可靠，楔块4与楔套3的锁紧角设计为10度。为了保证同步锁紧机构锁紧可靠，锥环12与锥盘11的锁紧角设计为5度。

为了消除间隙，提高锁紧刚度，锥环12与锥盘11在锁紧状态时，始终由弹簧9压紧。为了便于安装，锥环12采用了两半对合结构。为了受力均匀和方便装配，锥盘11采用了表链状结构。

本实用新型在解锁状态下(如图1所示)，液压油通过液锁缸5的液锁缸油路口503进入，推动活塞组件1向右运动，液压油同时通过部件空隙和楔套3的楔套槽口305，作用到解锁活塞13的大头左端面1305，从而推动解锁活塞13向右运动，直至解锁活塞13的右端面1304与活塞组件1的内孔端面104接触，此时解锁活塞13只起到助推作用。由于锁紧柱塞8的左端面801也受到液压油压力作用，锁紧柱塞8会推动楔套3及安装在楔套3上的弹簧垫环10、锥盘11以及锥环12一起向右移动，此时锁紧柱塞8的左端面801与差动活塞7的右端面701脱离接触，液压油通过差动活塞中心通油孔702，作用到差动活塞左侧环形面703，因差动活塞7的左侧环形面703面积大于差动活塞7的右端面701面积，致使差动活塞7会向右运动，通过护帽6的观察孔601从外部观察差动活塞7的运动状态，从而间接地反映了机构的内部运动状态，护帽6上开设的大气通槽602用于使差动活塞7的右侧环形面与大气连通，确保差动活塞7能正常工作，为了保证显示机构动作可靠，差动活塞(7)的环形面积设计成约为端部面积的两倍。当活塞组件1未运动至行程终点锁紧位时，楔块4的直圆柱面403在液锁缸5直圆柱弧面501内运动，当运动至行程终点锁紧位时，如图2所示，楔块4的下斜面401受楔套3的斜面301的作用，楔块4会沿径向向外运动，楔块4的斜圆柱面402进入液锁缸5的斜圆柱弧面502并与之紧密配合，此时，由楔块4、楔套3、液锁缸5及活塞组件1形成的主锁紧机构的锁紧状态，与此同时，安装于楔套3前端的锥盘11与锥环12由于始终受弹簧9预紧力的作用，致使锥盘内锥孔1101与锥环外锥面1201保持紧密接触，锥盘外圆1102与活塞组件内孔102也保持紧密封接触，在这种状态下，由楔套3、弹簧压钉14、弹簧9、弹簧垫环10、锥环12、锥盘11与活塞组件内孔102形成了同步锁紧机构的锁紧状态，同步锁紧机构采用较小的锁紧角能可靠地锁紧，同步锁紧机构锁紧后，可确保主锁紧机构在液压油关闭压力消失的情况下也不会松脱。其作用机理是：当关闭液压消失后，来自防喷器闸板密封件及井压的反作用力作用在活塞组件1上，使其有向左移动的趋势，此作用力通过楔块的斜圆柱面402传递至液锁缸5的斜圆柱弧面502，同时在楔块4的下斜面401与楔套3的斜面301产生正压力，此力使楔套3有左移的趋势，当楔套3的斜面301的斜角小于磨擦角时，主锁紧机构会自锁，当斜角大于磨擦角时，主锁紧机构会松脱，由于磨擦角与磨擦系数相关，而磨擦系数受零部件表面粗糙度、液压油状态等诸多因素的影响，并不是一个确切的数值，其后果就是会造成锁紧机构的不可靠，而同步锁紧机构的设置可消除这个不利的因素所造成的影响，同步锁紧机构锁止后使楔套3相对于活塞组件1不能轴向左移，楔套3不能左移也就确保了由楔块4、楔套3、液锁缸5及活塞组件1组成的主锁紧机构在锁紧位能可靠的锁紧。

本实用新型在锁紧状态下(如图2所示)，液压油通过侧门16的侧门油路口1601，作用于活塞组件1的右环形面，也通过活塞组件1的油道孔103作用在解锁活塞右端面1304，由于解锁活塞13的右端面1304面积较大，可产生较大的解锁力，从而保证解锁的可靠性。解锁活塞的右端面1304在油压作用下，解锁活塞13会左移，直至解锁活塞大头左端面1305与锥盘右端面1103接触并推动锥盘11左移，锥盘11左移后使锥盘内锥孔1101与锥环外锥面1201脱离接触，从而破坏了同步锁紧机构的锁紧状态，同步锁紧机构解锁后，解锁活塞13继续左移推动楔套3及安装在楔套3上的弹簧垫环10、锥盘11以及锥环12一起左移，楔套3左移的同时，活塞组件1受油压作用也会左移，楔块4随活塞组件1向左移动，致使楔块4的斜圆柱面402受液锁缸5的斜圆柱弧面502的约束，会促使楔块4向左运动的同时沿径向向中心收缩，直至楔块4的斜圆柱面402与液锁缸5的斜圆柱弧面502完全脱离接触，楔套4的直圆柱面403进入液锁缸直圆柱弧面501内，此时主锁紧机构已完全处于解锁状态，继续左移使锁紧柱塞8的左端面801与差动活塞7的右端面701接触并推动差动活塞7左移，差动活塞7突出端面约20mm，此时防喷器处于完全打开状态(如图1所示)。