一种深水ROV用电动扭矩工具设备

一种深水rov用电动扭矩工具设备
技术领域
1.本发明涉及海洋石油工程rov技术领域，具体为一种深水rov用电动扭矩工具设备。


背景技术：

2.rov扭矩工具作为一种rov外接工具，主要用于启闭水下阀门。搭载在水下机器人平台上，可以提供不同等级的扭矩进行阀门的开合。广泛应用于深水油田的开发。为了提高生产效率，需要使用专有的深水rov扭矩工具启闭水下阀门。
3.现有的扭矩工具多数采用液压驱动作为扭矩工具主要驱动方式，使用时，操作人员在水面设定好固定的扭矩值，然后下潜至固定水深进行操作；
4.上述现有扭矩工具存在不足是：
5.(1)当执行不同扭矩的水下任务时，扭矩工具需要根据特定的任务选择相应的套筒与转矩，如果扭矩值与水压和所设的额定值不匹配，则需要反复调试；
6.(2)采用液压驱动，转矩响应时间长，费时费力，在实际生产过程中，为节省作业成本，尽量减少扭矩工具下潜次数，增加扭矩工具的响应速度。


技术实现要素：

7.为解决上述现有技术的不足，本发明提供一种响应速度快，扭矩输出范围大的深水rov用电动扭矩工具设备，该电动扭矩工具设备能够在水下输出符合iso 13628-8不同等级接口标准的扭矩。
8.本发明采用如下技术方案：一种深水rov用电动扭矩工具设备，包括依次连接的电动驱动装置、扭矩倍增器和扭矩输出端；所述电动驱动装置包括电机外壳，电机外壳内固定有定子，定子中间配合设置有转子轴；所述电机外壳远离扭矩倍增器的一端固定有电机端盖；所述扭矩倍增器包括中部壳体，中部壳体内固定安装有减速器；所述中部壳体靠近电动驱动装置的一端与所述电机外壳固定连接；所述减速器靠近电动驱动装置的一端与所述转子轴连接；所述中部壳体上安装有水密连接件接口和压力平衡装置；所述扭矩输出端包括输出端底座和接口套筒；所述输出端底座靠近扭矩倍增器的一端与所述中部壳体固定连接；输出端底座远离扭矩倍增器的一端固定有输出保护罩，所述接口套筒套装在输出保护罩中；所述扭矩倍增器中的减速器的输出端穿过输出端底座与所述接口套筒连接；所述输出端底座上安装有锁闩装置。
9.优选的：所述压力平衡装置包括固定在中部壳体上的镂空外壳，镂空外壳内安装有柔性膜片；所述镂空外壳为一端敞口的圆筒型结构，镂空外壳周边开设与轴向的通槽；镂空外壳敞口端具有用于与中部壳体固定连接的法兰板，镂空外壳敞口端与中部壳体内部连通；所述柔性膜片为一端敞口的锥形筒结构，柔性膜片封闭在镂空外壳敞口端。
10.优选的：所述中部壳体、电机外壳与电机端盖之间形成的密闭空腔中设置有液压油，电动驱动装置内部元器件浸润在液压油中。
11.优选的：所述输出端底座靠近扭矩倍增器的一端具有法兰盘，法兰盘与中部壳体通过螺栓连接；输出端底座周面铣有一对安装平面，所述锁闩装置安装在所述安装平面上。
12.优选的：所述锁闩装置包括固定在输出端底座的安装平面上的锁耳座；所述锁耳座上开设有安装槽，锁耳座安装槽中固定有锁耳销和圆柱销；所述锁耳销上回转安装有锁耳，锁耳绕锁耳销沿输出端底座径向转动；所述锁耳靠近圆柱销的一侧为定位平面，定位平面靠近安装槽外部的一端具有锁齿，定位平面靠近安装槽底部的一端具有凸块；所述锁耳座安装槽底部滑动安装有推块，推块一侧开设有凹槽；所述锁耳一端的凸块位于推块的凹槽中；所述输出端底座的法兰盘中穿设有液压缸；所述液压缸位于所述中部壳体内，液压缸的推杆与所述推块固定连接；所述中部壳体内固定有用于控制所述液压缸的液压控制单元。
13.优选的：所述推杆伸出时，推块推动锁耳径向转动，直至锁耳侧面的定位平面与圆柱销接触；此时，锁耳端部的凸块与推块的凹槽具有最大接触面积，锁耳端部的锁齿勾住球阀插孔。
14.优选的：所述接口套筒前端具有与球阀阀芯配合的四边形凹槽。
15.优选的：所述输出保护罩采用尼龙材质，输出保护罩周面是60
°
的锥形面，输出保护罩前端面直径小于后端面直径。
16.优选的：所述转子轴与减速器的输入端通过键槽连接，转子轴上安装有一对滚动轴承；所述电机外壳与电机端盖之间安装有密封圈。
17.优选的：所述中部壳体上部固定有t型手柄，中部壳体下部固定有支撑架。
18.与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
19.1.水密连接件接口接收信号控制电动驱动装置的转速与转向，以电动驱动作为动力装置并配合扭矩倍增器，降低转速提高扭矩，对水下对接的标准阀门接口进行旋转操作；极大的提高了设备的灵敏性和响应速度，能实现不同等级的旋转接口自动对接，可输出不同的范围扭矩，结构紧凑，便于装配，操作效率高，进而提升了水下作业的处理效率；
20.2.电动驱动装置内部元器件浸润在液压油中，对于内部元器件保持润滑作用并且起到冷却的作用；设置压力平衡装置，通过柔性膜片的弹性形变来实现内外压力平衡，使得设备下潜深度的增加，自动平衡与海水的压差，减轻设备的壁厚并与液压油配合提高散热效果，节约成本，提升扭矩工具工作的效率；
21.3.设置锁闩装置，锁耳由液压缸推出，配合推块、圆柱销保证锁耳转至锁定位置后的稳定性，限制与锁紧电动扭矩工具设备与水下阀门插口之间的距离，进而保证了电动扭矩工具设备的工作稳定性。
附图说明
22.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
23.图1为本发明俯视图。
24.图2为本发明主视图。
25.图3为本发明扭矩倍增器与电动驱动装置爆炸图。
26.图4为本发明锁闩装置结构示意图。
27.图5为本发明扭矩输出端结构爆炸图。
28.图6为本发明压力平衡装置结构立体图。
29.图7为本发明压力平衡装置主视图。
30.图8为本发明立体示意图。
31.图中：1、输出保护罩；2、接口套筒；3、输出端底座；4、锁耳座；4-1、液压缸；4-2推杆；4-3锁耳；4-31、定位平面；4-32、锁齿；4-33、凸块；4-4、锁耳销；4-5、圆柱销；4-6、推块；5、减速器；6、t型手柄；7、中部壳体；8、电机外壳；9、定子；10电机端盖；11、转子轴；12、支撑架；13、液压控制单元；14、旋转密封圈；15、压力平衡装置；15-1、镂空外壳；15-11、通槽；15-2、柔性膜片；16、水密连接件接口；17、滚动轴承。
具体实施方式
32.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
33.结合图1至图3，以及图8所示，一种深水rov用电动扭矩工具设备，主要包括依次连接的电动驱动装置、扭矩倍增器和扭矩输出端。
34.电动驱动装置包括电机外壳8，电机外壳8内壁通过胶漆固定有定子9，定子9中间配合设置有转子轴11。转子轴11的两端分别安装有一对滚动轴承17，滚动轴承17对转动过程中转子轴11起到很好的支撑作用，保证其稳定运转。电机外壳8右端通过螺栓固定有电机端盖10，电机外壳8与电机端盖10之间安装有密封圈，密封圈起到保护与密封电动驱动装置内部元器件的作用。
35.扭矩倍增器包括中部壳体7，中部壳体7内固定安装有减速器5，转子轴11左端与减速器5的输入端通过键槽连接。中部壳体7右端与电机外壳8固定连接。中部壳体7、电机外壳8与电机端盖10之间形成的密闭空腔中设置有液压油。电动驱动装置内部元器件浸润在液压油中，对于内部元器件保持润滑作用并且起到冷却的作用。
36.扭矩输出端包括输出端底座3和接口套筒2。输出端底座3右端具有法兰盘，法兰盘与中部壳体7通过螺栓连接，输出端底座3左端通过螺栓固定有输出保护罩1。接口套筒2套装在输出保护罩1中，减速器5的输出端穿过输出端底座3与接口套筒2连接。
37.中部壳体7上安装有水密连接件接口16，工作时，电动驱动装置通过水密连接件16接收到水面控制台的信号时，启动转子轴11旋转，转子轴11启动输出的扭矩传输到扭矩倍增器中的减速器5上，通过减速器5使得扭矩增大并且降低转速，最终将扭矩传递到扭矩输出端的接口套筒2，启闭水下阀门。本实施例中，电动扭矩工具设备通过水密连接件16输出数据传递到水面控制台，水面控制台可以在水面上通过水密连接件16控制电动扭矩工具设备的转速、转向与扭矩值。
38.优选的：中部壳体7上部固定有t型手柄6，中部壳体7下部固定有支撑架12，用于辅助操作电动扭矩工具设备。中部壳体7上还安装有压力平衡装置15。
39.结合图6和图7所示，压力平衡装置15包括固定在中部壳体7上的镂空外壳15-1，镂空外壳15-1为一端敞口的圆筒型结构，镂空外壳15-1周边开设与轴向的通槽。镂空外壳15-1敞口端具有法兰板，法兰板通过螺栓与中部壳体7固定连接，镂空外壳15-1敞口端与中部壳体7内部连通，镂空外壳15-1中通道连通了中部壳体7内部与外界。柔性膜片15-2为一端敞口的锥形筒结构，柔性膜片15-2封闭在镂空外壳15-1敞口端，隔断中部壳体7内部与外界的连通。
40.本实施例中镂空壳体15-1的作用是保护柔性膜片15-2，避免水下操作划破柔性膜片15-2。柔性膜片15-2的首先起到密封的作用，防止外部海水渗入电动扭矩工具设备壳体内。其次，柔性膜片15-2外部是海水水压，内部是电动扭矩工具设备腔体的油压，柔性膜片15-2依靠形变的作用，可以自动平衡扭矩工具壳体内外的压力，达到内外压差一致的作用。最后柔性膜片15-2导热性好，可以起到释放电动扭矩工具设备由于机械运转产生的热能，起到良好的散热性。
41.优选的：输出端底座3周面铣有一对对称的安装平面，锁闩装置安装在安装平面上。
42.结合图4和图5所示，锁闩装置包括通过螺栓固定在输出端底座3的安装平面上的锁耳座4。锁耳座4上开设有安装槽，锁耳座4安装槽中固定有锁耳销4-4和圆柱销4-5。锁耳销4-4上回转安装有锁耳4-3，锁耳4-3可绕锁耳销4-4沿输出端底座3径向转动。锁耳4-3靠近圆柱销4-5的一侧为定位平面4-31，定位平面4-31靠近安装槽外部的一端具有锁齿4-32，定位平面4-31靠近安装槽底部的一端具有凸块4-33。
43.锁耳座4安装槽底部滑动安装有推块4-6，推块4-6一侧开设有凹槽；锁耳4-3一端的凸块4-33位于推块4-6的凹槽中。输出端底座3的法兰盘中穿设有液压缸4-1，液压缸4-1位于中部壳体7内，液压缸4-1的推杆4-2与推块4-6固定连接。在中部壳体7内靠下位置固定有用于控制液压缸4-1的液压控制单元13，液压控制单元13以中部壳体7、电机外壳8空腔中液压油为油源，为液压缸4-1提供动力。锁耳座4包裹整个锁闩装置内部部件，预留出锁耳伸缩的安装槽，在整个工作过程中，起到对锁闩装置保护和电动扭矩工具设备旋转时的固定作用。
44.锁闩装置主要作用是限制电动扭矩工具设备与球阀之间位置，当电动扭矩工具设备插入到球阀旋转插孔中时，打开锁闩装置能够防止电动扭矩工具设备在旋转时候与球阀插孔发生脱离。具体工作时，液压控制单元13通过水密连接件16接收水面控制台的信号，液压缸4-1为驱动装置，当电动扭矩工具设备与阀口连接到位时，液压缸4-1轴向顶出推杆4-2，推杆4-2伸出时，推块4-6推动锁耳4-3径向转动。当锁耳4-3到达指定最大弹出位置时，锁耳4-3侧面的定位平面4-31与圆柱销4-5接触，圆柱销4-5能保持锁耳4-3指定位置状态；此时，锁耳4-3端部的凸块4-33与推块4-6的凹槽具有最大接触面积，提供稳定支撑力，锁耳4-3端部的锁齿4-32勾住球阀插孔，将电动扭矩工具设备与球阀相对固定，保证整个旋转工作周期稳定性。当工作旋转周期结束时，液压缸4-1收缩推杆4-2，使得锁耳4-3也回缩至锁耳座4内，从而方便电动扭矩工具设备从球阀插口内脱离。
45.优选的：输出保护罩1采用尼龙材质，输出端底座3、锁耳座4、电机外壳8、电机端盖10、中部壳体7均采用耐海水腐蚀的轻质材料，减轻电动扭矩工具设备整体重量。输出保护罩1周面是60
°
的锥形面，输出保护罩1前端面直径小于后端面直径。输出保护罩1起到导向
作用，方便电动扭矩工具设备插入球阀旋转插孔中，减小对接时碰撞。接口套筒2前端具有与球阀阀芯配合的四边形凹槽，该外形可以让方口的球阀阀芯更加快捷的插入电动扭矩工具设备中，插入之后可以保证电动扭矩工具设备带动球阀阀芯的正反转。
46.工作原理：
47.使用时，水面控制台输出转速、转向信号，通过脐带缆传送给置于中部壳体7上的水密连接件接口16与液压控制单元13；液压控制单元13控制液压缸4-1的推杆4-2伸出，弹出锁耳4-3与标准阀门进行连接固定；水密连接件接口16接收信号控制电动驱动装置的转速与转向；电动驱动装置输出的扭矩通过扭矩倍增器放大并传递给扭矩输出端的接口套筒2启闭球阀阀芯。
48.以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。