本发明提供了一种水下采油树磁耦合式电动执行器，包括：两台伺服电机，分别通过电机固定架固定在壳体，伺服电机输出轴与磁耦合联轴器外转子连接，磁耦合器内转子与花键传动轴连接，磁耦合器内、外转子耦合传动，将电机动力传递到花键传动轴；花键传动轴与涡卷弹簧转子连接，涡卷弹簧定子固定在壳体上，花键传动轴转动带动涡卷弹簧簧片转动压缩储存动能；传动齿轮、传动齿条分别安装在花键传动轴和滑槽上，实现齿轮齿条精准啮合；传动齿条与阀门连接杆连接，推动阀门连接杆往复移动；电磁阀座安装在壳体上，阀杆、电磁阀安装在电磁阀座内，用于锁定阀门连接杆；ROV旋转轴与ROV连接，用于紧急情况下ROV操作关闭阀门。本发明结构简单，组装拆卸方便，涡卷弹簧蓄能，系统失电时可带动传动齿轮反转进而推动阀门关闭，工作安全可靠；伺服电机冗余设计，齿轮齿条传动效率高，磁耦合联轴器增强密封可靠性，可用于全电采油树阀门驱动。
1.水下采油树磁耦合式电动执行器，其特征在于：包括两台伺服电机，所述伺服电机分别的通过电机固定架固定在壳体，所述伺服电机输出轴通过磁耦合联轴器与花键传动轴连接，驱动所述花键传动轴转动，所述花键传动轴与涡卷弹簧、传动齿轮连接，所述花键传动轴驱动所述涡卷弹簧、所述传动齿轮转动；所述涡卷弹簧储存动能，所述传动齿轮推动传动齿条往复移动；所述传动齿条与阀门连接杆连接，推动所述阀门连接杆往复移动；所述阀门连接杆到达指定位置，电磁阀得电，推动阀杆锁住所述阀门连接杆；
所述磁耦合联轴器包括：磁耦合联轴器外转子、外转子磁极、隔离套、磁耦合联轴器内转子、内转子磁极；所述伺服电机输出轴通过螺栓与所述磁耦合联轴器外转子连接，所述磁耦合联轴器内转子通过螺栓与所述花键传动轴连接，所述磁耦合联轴器外转子与所述磁耦合联轴器内转子通过磁力耦合；所述花键传动轴通过圆头平键与所述传动齿轮连接；所述花键转动轴带动所述传动齿轮转动；所述传动齿轮与所述传动齿条啮合，驱动所述传动齿条往复移动。
2.如权利要求1所述的水下采油树磁耦合式电动执行器，其特征在于：
所述花键传动轴通过一对深沟球轴承固定在壳体上，所述深沟球轴承分别通过定位套筒、轴用弹性挡圈、孔用弹性挡圈固定在所述壳体上。
3.如权利要求2所述的水下采油树磁耦合式电动执行器，其特征在于：
所述花键传动轴通过矩形花键与所述涡卷弹簧连接；所述涡卷弹簧包括：涡卷弹簧转子、涡卷弹簧簧片、涡卷弹簧定子；所述涡卷弹簧簧片压缩旋转储存动能。
4.如权利要求1-3任意一项所述的水下采油树磁耦合式电动执行器，其特征在于：
所述传动齿条安装在滑槽内，所述滑槽固定于所述壳体上，所述传动齿条推动所述阀门连接杆往复移动，所述电磁阀包括阀杆、电磁阀座；所述电磁阀座通过螺栓固定于所述壳体上；所述隔离套与所述壳体通过磁耦合器密封圈进行密封，提高密封效果；所述壳体下端安装底端密封材料压盖，所述底端密封材料压盖内填装底端密封填充材料，实现底端动密封，所述花键传动轴左端通过左端磁耦合联轴器与ROV接口旋转轴连接。
5.如权利要求4所述的水下采油树磁耦合式电动执行器，其特征在于：
所述ROV接口旋转轴通过深沟球轴承与左端固定架连接，所述左端固定架通过螺栓连接在所述壳体上，紧急情况下，外部ROV操纵所述ROV接口旋转轴转动，实现阀门关闭。
6.如权利要求5所述的水下采油树磁耦合式电动执行器，其特征在于：
所述左端固定架、所述左端磁耦合联轴器密封在左端密封套筒内；左端密封材料压盖通过螺栓安装在所述左端密封套筒上；所述左端密封材料压盖内填装左端密封填充材料，实现左端动密封；所述壳体右端安装右端密封套筒，实现内部结构密封。
7.如权利要求6所述的水下采油树磁耦合式电动执行器，其特征在于：
所述右端密封套筒上安装水密接头，电缆与所述伺服电机、所述电磁阀、所述水密接头连接，实现电力和通讯信号传输。
水下采油树磁耦合式电动执行器
技术领域
[0001] 本发明属于海洋石油装备领域，具体地，设计一种水下磁耦合式电动执行器。
背景技术
[0002] 随着陆地石油资源的日益枯竭，海洋石油开发利用正在加速发展，水下采油树是开采海洋石油必不可少的装备，是水下生产系统最为重要的装备之一。水下采油树可分为全液压采油树、电液复合采油树和全电采油树。全电采油利用电控系统替代液压系统，减少对海洋环境的污染，提高系统可靠性和传递效率，现阶段全电采油树尚处在研究探索阶段，全电采油树的大规模应用是今后水下采油树的发展趋势。
[0003] 电动执行器是全电采油树的关键部件之一，控制所有阀门的开关，调节生产流量、化学试剂注入量。目前电动执行器采用丝杠螺母机构，弹簧复位实现功能，机械损失较大，传递效率较低。另外，单一的密封机理存在较大的泄漏风险。
发明内容
[0004] 为克服现有技术的缺陷，本发明提供水下采油树磁耦合式电动执行器。
[0005] 为解决上述问题，本发明采用以下述技术方案：
[0006] 水下采油树磁耦合式电动执行器，其特征在于：包括两台伺服电机，所述伺服电机分别的通过电机固定架固定在壳体，所述伺服电机输出轴通过磁耦合联轴器与花键传动轴连接，驱动所述花键传动轴转动，所述花键传动轴与涡卷弹簧、传动齿轮连接，所述花键传动轴驱动所述涡卷弹簧、所述传动齿轮转动；所述涡卷弹簧储存动能，所述传动齿轮推动传动齿条往复移动；所述传动齿条与阀门连接杆连接，推动所述阀门连接杆往复移动；所述阀门连接杆到达指定位置，所述电磁阀得电，推动阀杆锁住所述阀门连接杆。
[0007] 优选地，所述磁耦合器包括：磁耦合联轴器外转子、外转子磁极、隔离套、磁耦合联轴器内转子、内转子磁极；所述伺服电机输出轴通过螺栓与所述磁耦合联轴器外转子连接，所述磁耦合联轴器内转子通过螺栓与所述花键传动轴连接，所述磁耦合联轴器外转子与所述磁耦合联轴器内转子通过磁力耦合；所述花键传动轴通过圆头平键与所述传动齿轮连接；所述伺服电机将动力传递到所述花键传动轴；所述花键转动轴带动所述传动齿轮转动；所述传动齿轮与所述传动齿条啮合，驱动所述传动齿条往复移动；所述传动齿条安装在滑槽内，所述滑槽固定于所述壳体上，所述传动齿条推动所述阀门连接杆往复移动。
[0008] 优选地，所述花键传动轴通过一对深沟球轴承固定在壳体上，所述深沟球轴承分别通过定位套筒、轴用弹性挡圈、孔用弹性挡圈固定在所述壳体上。
[0009] 优选地，所述花键传动轴通过矩形花键与所述涡卷弹簧连接；所述涡卷弹簧包括：涡卷弹簧转子、涡卷弹簧簧片、涡卷弹簧定子；所述涡卷弹簧簧片压缩旋转储存动能，系统失电，所述涡卷弹簧驱动阀门关闭。优选地，所述电磁阀包括阀杆、电磁阀座；所述电磁阀座通过螺栓固定于所述壳体上；所述隔离套与所述壳体通过磁耦合器密封圈进行密封，提高密封效果；所述壳体下端安装底端密封材料压盖，所述底端密封材料压盖内填装底端密封填充材料，实现底端动密封。所述花键传动轴左端通过左端磁耦合联轴器与ROV接口旋转轴连接。
[0010] 优选地，所述ROV接口旋转轴通过深沟球轴承与左端固定架连接，所述左端固定架通过螺栓连接在所述壳体上，紧急情况下，外部ROV操纵所述ROV接口旋转轴转动，实现阀门关闭。
[0011] 优选地，所述左端固定架、所述左端磁耦合联轴器密封在左端密封套筒内；左端密封材料压盖通过螺栓安装在所述左端密封套筒上；所述左端密封材料压盖内填装左端密封填充材料，实现左端动密封；所述壳体右端安装右端密封套筒，通过壳体密封圈实现内部结构密封；所述右端密封套筒上安装水密接头，电缆与所述伺服电机、所述电磁阀、所述水密接头连接，实现电力和通讯信号传输。
附图说明
[0012] 图1为本发明的机械结构部分示意图。
[0013] 图2为本发明的内部传动系统三维示意图。
[0014] 图中，1、伺服电机，2、电机固定架，3、磁耦合联轴器外转子，4、外转子磁极，5、隔离套，6、内转子磁极，7、磁耦合两周期内转子，8、花键传动轴，9、轴用弹性挡圈，10、深沟球轴承，11、定位套筒，12、壳体密封圈，13、涡卷弹簧定子，14、左端盖密封套筒，15、左端固定架，16、左端密封材料压盖，17、左端密封填充材料，18、ROV接口旋转轴，19、孔用弹性挡圈，20、左端磁耦合联轴器，21、磁耦合联轴器密封圈，22、电磁阀座，23、电磁阀，24、阀杆，25、阀门连接杆，26、底端密封填充材料，27、底端密封材料压盖，28、传动齿轮，29、壳体，30、传动齿条，31、滑槽，32、电缆，33、右端密封套筒，34、水密接头，35、涡卷弹簧簧片，36、涡卷弹簧转子。
具体实施方式
[0015] 下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
[0016] 实施例一：
[0017] 本发明提供了如附图1-2所示的水下采油树磁耦合式电动执行器，其特征在于：伺服电机1通过电机固定架2固定在壳体29，伺服电机1输出轴通过磁耦合联轴器与花键传动轴8连接，驱动花键传动轴8转动，花键传动轴8与涡卷弹簧、传动齿轮28连接，花键传动轴8驱动涡卷弹簧、传动齿轮28转动，；涡卷弹簧储存动能，传动齿轮28推动传动齿条30往复移动，上述为双冗余传动设计；传动齿条30与阀门连接杆25连接，推动阀门连接杆25往复移动；阀门连接25杆到达指定位置，电磁阀23得电，推动阀杆24锁住所述阀门连接杆25。
[0018] 优选地，磁耦合器包括：磁耦合联轴器外转子3、外转子磁极4、隔离套5、磁耦合联轴器内转子7、内转子磁极6；伺服电机1输出轴通过螺栓与磁耦合联轴器外转子3连接，磁耦合联轴器内转子7通过螺栓与花键传动轴8连接，磁耦合联轴器外转子3与所述磁耦合联轴器内转子7通过磁力耦合；花键传动轴8通过圆头平键与传动齿轮28连接；伺服电机1将动力传递到所述花键传动轴8；传动齿轮28与传动齿条30啮合，驱动传动齿条30往复移动；传动齿条30安装在滑槽31内，滑槽31固定于所述壳体29上，传动齿条30推动阀门连接杆25往复移动。
[0019] 优选地，花键传动轴8通过一对深沟球轴承10固定在壳体上，四处与深沟球轴承10相同型号轴承分别通过定位套筒11、轴用弹性挡圈9、孔用弹性挡圈19固定在壳体29上。
[0020] 优选地，花键传动轴8通过矩形花键与涡卷弹簧连接；涡卷弹簧包括：涡卷弹簧转子36、涡卷弹簧簧片35、涡卷弹簧定子13；涡卷弹簧簧片35旋转压缩储存动能，系统失电，所述涡卷弹簧驱动阀门关闭。
[0021] 优选地，电磁阀23包括阀杆24、电磁阀座22；电磁阀座22通过螺栓固定于壳体29上；隔离套5与壳体29通过磁耦合器密封圈21进行密封，提高密封效果；壳体29下端安装底端密封材料压盖27，底端密封材料压盖27内填装底端密封填充材料26，实现底端动密封。花键传动轴8左端通过左端磁耦合联轴器20与ROV接口旋转轴18连接；ROV接口旋转轴18通过深沟球轴承与左端固定架15连接，左端固定架15通过螺栓连接在所述壳体上，紧急情况下，外部ROV操纵ROV接口旋转轴18转动，实现阀门关闭。
[0022] 优选地，左端固定架15、左端磁耦合联轴器20密封在左端密封套筒14内；左端密封材料压盖16通过螺栓安装在左端密封套筒14上；左端密封材料压盖内16填装左端密封填充材料17，实现左端动密封；壳体29右端安装右端密封套筒33，壳体密封圈12实现内部结构密封；右端密封套筒33上安装水密接头34，电缆32与伺服电机、电磁阀23、水密接头34连接，实现电力和通讯信号传输。
[0023] 本发明的水下采油树磁耦合式电动执行器，可广泛应用于全电采油树阀门驱动场合，本发明结构简单，组装拆卸方便，涡卷弹簧蓄能，工作安全可靠，伺服电机冗余设计，齿轮齿条传动效率高，磁耦合联轴器增强密封可靠性。
[0024] 以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
